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

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

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.

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.