$Ca^{2+}-induced$ Inhibition of Microsomal ATPases in Soybean Roots

콩 뿌리조직에서의 $Ca^{2+}$에 의한 마이크로솜 이온펌프 활성저해

In order to investigate the mechanisms of epithelial ion transports, microsomes of soybean roots were prepared and the activity of microsomal ATPases was measured by an enzyme-coupled assay. The effects of various ions were evaluated on the total activity of microsomal ATPases and the average activity was 190 nmol/min/mg protein in the control solution containing $10\;mM\;Na^+\;and\;120\;mM\;K^+$. The activities were increased to 150% and decreased to 63% of the control activity in the solution containing $130\;mM\;K^+$ without $Na^+$ and in the solution containing $130\;mM{\;}Na^+$ without $K^+$, respectively. In general, the activity of microsomal ATPase was increased by$K^+$ in a concentration-dependent manner The activity was also increased at lower pH and relatively higher activities were observed in the pH range of $6{\sim}7$. However, the activity was decreased at weak alkaline $pH\;and{\sim}80%$ of the activity was inhibited at pH 9. Since intracellular $Ca^{2+}$ has been known to control the activity of various enzymes, we have investigated the effects of intra-and extrarnicrosomal $Ca^{2+}$ on the activity of microsomal ATPases. The maximal activity was obtained at the extrarnicrosomal $Ca^{2+}$ concentrations below 1 nM. The activity was gradually decreased by increasing $‘Ca^{2+}’$ concentration and 50% inhibition was observed at ${\sim}500{\;}{\mu}M{\;}Ca^{2+}$. The increase in luminal $Ca^{2+}$ concentration also inhibited the activity of microsomal ATPase. When the influx of external $Ca^{2+}$ was induced by $Ca^{2+}$ ionophore A23187 treatment, the activity was decreased by 30%; however, it was recovered by EGTA-induced chelation of $Ca^{2+}$. These results suggest that the presence of $Ca^{2+}$ regulation sites on both cytoplasmi and luminal sides of microsomal ATPases.

콩 뿌리조직의 이온 흡수와 관련된 생리활성을 조사하기 위하여 뿌리조직으로부터 마이크로솜을 분리하였고, 마이크로솜 ATPase (이온점프) 활성을 분광학적 방법인 enzyme-coupled 분석방법에 따라 측정하였다. 마이크로솜 ATPase의 활성에 미치는 여러 가지 이온의 효과 또는 ATPase의 이온선택성을 조사하기 위하여 $10mM\;Na^+$과 $120mM\;K^+$을 포함하는 대조용액에서의 평균활성을 측정한 결과 190 nmol/min/mg protein으로 나타났다. 대조활성에 비하여 $Na^+$을 포함하지 않은 $130mM\;K^+$ 용액에서는 활성이 150%로 증가하였고, $K^+$을 포함하지 않은 $130mM\;Na^+$ 용액에서는 활성이 63%로 감소되었다. 반응용액의 $K^+$ 농도에 따른 활성변화를 측정한 결과, ATPase의 활성은 외부용액의 $K^+$ 농도 증가에 따라 활성이 증가됨을 알 수 있었다. 또한 마이크로솜 ATPase 활성은 반응용액의 pH 감소에 따라 증가되어 $pH\;6{\sim}7$에서는 비교적 높은 활성을 보였으나, pH 8 이상에서는 급격히 활성이 감소되었고, pH 9에서는 80%이상의 활성이 저해되었다. $Ca^{2+}$에 의한 이온펌프의 활성조절 여부를 평가하기 위해서 마이크로솜 내부 및 외부의 $Ca^{2+}$에 의한 ATPase 활성변화를 측정하였다. 마이크로솜 ATPase의 활성은 반응액의 $Ca^{2+}$ 농도가 낮아질수록 증가하여 $10^{-9}M$ 이하에서 최대활성이 관측되었고, $Ca^{2+}$ 농도가 증가할수록 활성은 감소하여 $500\;{\mu}M$ 전후에서 50%의 활성이 감소하였다. 또한 ATPase의 활성은 마이크로솜 내부의 $Ca^{2+}$ 농도증가에 의해서 저해되어, $Ca^{2+}\;ionophore\;A23187$처리에 의한 외부의 $Ca^{2+}$ 유입에 의해서 약30%의 활성감소를 보였으며, EGTA 처리에 의한 $Ca^{2+}\;chelation$에 의해서 마이크로솜 내부의 $Ca^{2+}$ 농도가 감소되었을 때, ATPase 활성은 증가하였다. 위의 조건에서 실제 마이크로솜 내부로의 $Ca^{2+}$ 유입 여부는 $‘Ca^{2+}’$를 이용하여 확인하였다. 이상의 결과는 마이크로솜 막에 위치한 ATPase의 내부 및 외부에 $Ca^{2+}$에 의한 효소활성 조절부위가 각각존재함을 시사한다.