본 연구에서는 절대적 호기성인 Vitreoscilla가 지닌 FeSOD의 특성을 밝히고자 paraquat와 iron을 사용하여 실험하였다. Vitreoscilla에서 FeSOD의 활성도는 초산화 음이온을 생성하는 paraquat에 대해 커다란 영향 없이 일정하게 발현되었다. 이 결과는 Vitreoscilla는 호기적인 물질대사 동안 생성되어지는 초산화 음이온에 대해 방어할 수 있을 만큼 충분한 FeSOD를 평상시 지니고 있음을 의미한다. 또한 다른 요소에 의한 FeSOD의 발현 가능성이 고려되어졌다. 보조 인자인 Fe 를 처리한 결과 활성도가 증가됨을 알 수 있었다. 이는 CN-resistant respiration을 증가시키는 초산화 음이온에 대한 조절 기작과는 달리 apoenzyme 상태가 보조 인자인 금속 이온 (Fe)에 의해 holoenzyme 상태로 전환되었음을 의미한다. PQ와 Fe를 함께 처리하였을 경우, FeSOD의 증가는 PQ에 의해서 생성된 초산화 음이온에 의해 apo 상태에서 hole 상태로 FeSOD의 활성이 증진되는 synergism effect로 설명되어진다. 결론적으로 metalloenzyme인 SOD의 경우는 이런 전환이 활성 속도를 제한하거나 조절할 수도 있는 posttranslational 수준의 조절 기작이 존재함을 알 수 있었다.
Iron- and zinc-containing superoxide dismutase (FeZnSOD) and nickel-containing superoxide dismutase (NiSOD) are cytoplamic enzymes in Streptomyces griseus. The sodF gene coding for FeZnSOD was cloned from genomic Southern hybridization analysis with a 0.5-kb DNA probe, which was PCR-amplified with facing primers corresponding to the N-terminal amino acid of the purified FeZnSOD of S. griseus and a C-terminal region which is conserved among bacterial FeSODs and MnSODs. The sodF open reading frame (ORF) was comprised of 213 amino acid (22,430 Da), and the deduced sequence of the protein was highly homologous (86% identity) to that of FeZnSOD of Streptomyces coelicolor. The FeZnSOD expression of exponentially growing S. griseus cell was approximately doubled as the cell growth reached the early stationary phase. The growth-associated expression of FeZnSOD was mainly controlled at the transcriptional level, and the regulation was exerted through the 110 bp regulatory DNA upstream from the ATG initiation codon of the sodF gene.
본 연구는 Streptomyces subrutilus P5의 천연 Fe superoxide dismutase (FeSOD)와 유전자 재조합 기술로 생산된 6xHis-태그가 결합된 Fe superoxide dismutase (6xHis- FeSOD)의 활성을 비교하여 6xHis-태그의 효소에 대한 영향을 알아보기 위하여 수행되었다. 두 효소 모두 최적 pH는 7로 동일하였으나 6xHis-태그에 의해서 pH 범위는 축소되었다. 천연 효소는 pH 4-9의 범위에서 안정성을 보인 반면 6xHis-FeSOD는 pH 9에서 안정성이 상실되었다. 두 효소의 최적 온도는 차이가 없으나 열 안정성에 있어서는 천연 효소는 $40^{\circ}C$ 이하에서 720분까지 안정성을 유지하였으나 6xHis-FeSOD는 $20^{\circ}C$에서도 360분 이내에 활성을 잃는 것으로 나타났다. $H_2O_2$의 6xHis-FeSOD에 대한 저해는 0.5 mM에서 나타났다. 따라서 6xHis-FeSOD는 효소활성은 유지되더라도 열 안정성이 크게 감소되는 결과를 얻었다. 이것은 6xHis-태그가 활성부위 보다는 단백질 전체 구조에 더 많은 영향을 미친 결과라고 생각되었다.
비교적 연구가 미비한 Fe-SOD의 효소화학적 특성 및 그 생리적 기능을 검토하기 위해 여러 종의 세균을 대상으로하여 Fe-SOD의 고생산균주를 screening하였다. 그 결과 Fe-SOD를 대량 세포내에 생성하는 Pseudomonas polycolor를 선발하여, 이 균주의 효소생산 최적 배양조건을 설정하였다. 본 균주가 생산하는 효소는 특이적인 저해제의 작용양식에 의해 Fe을 cofactor로 요구하는 Fe-SOD임이 밝혀졌다. SOD 생성을 위한 최적배지조성은 glycerin 3%, polypeptone 1%, meat extract 0.5%, KCI 0.2%이었고, 최적 초발 pH는 9.0이었으며, 이 조건에서 500ml용 shaking flask에 배지 100ml를 넣어 15시간 전 후 배양했을 경우가 효소생산량은 최대가 되었다.
두릅나무과 식물 6종의 잎으로부터 2개의 공통적인 superoxide dismutase(SOD) isoenzyme이 구분되었다. 이들 공통적인 isoenzyme(SOD 4와 SOD 6)의 패턴은 오갈피속 식물 중에서 민가시오갈피나무(A. senticosus for. inermis) 잎에서 가장 다양하였고, 그 활성은 섬오갈피나무(A. koreanum) 잎에서 가장 높았다. 그리고 SOD 4와 SOD 6은 $H_2O$$_2$와 KCN에 의한 선택적 저해로부터 각각 Fe-SOD와 CuZn-SOD인 것으로 밝혀졌다. 또한, SOD isoenzyme의 패턴은 섬오갈피나무의 성숙한 잎과 수피, 근피에서 차이가 없었으나 그 활성은 조직별로 차이가 나타났으며, Fe-SOD는 근피에서, CuZn-SOD은 잎에서 상대적으로 높게 나타났다. 그리고, CuZn-SOD나 Fe-SOD 모두 30-4$0^{\circ}C$에서 높은 활성 을 나타내었으나 그 이상의 온도에서는 활성이 저해되었다.
SOD(superoxide dismutase)는 유해 활성산소에 의한 생리적 장해를 방지하는 방어기작의 한 구성요소이다. 들깨잎 SOD의 특성을 알아보기 위한 NBT(nitro blue tetrazolium) 환원법 을 이용하여 들깨와 자소잎의 SOD동위효소의 종류와 활성 및 이들의 항산화 활성을 Fe$^{2+}$/ascorbate, Fe$^{3+}$ -ADP/NADPH첨가제를 처리하여 조사하였다. 들깨잎에는 품종에 따라 3~4개의 주요 SOD동위효소가 있었다. SOD는 함유하고 있는 금속조효소에 따라 3종류로 분류되는데, 들깨잎에는 두개의 Cu/ZnSOD와 두개의 FeSOD을 함유하고 있었으나, 자소잎은 단지 Cu/ZnSOD만을 함유하고 있었다. Cu/ZnSOD는 들깨 품종에 따른 차이가 없었으나, FeSOD는 분자량이 다른 두개의 FeSOD동위효소의 존재 양상이 품종에 따라 차이를 나타내었으며, SOD활성 및 항산화 활성도 품종에 따라 비교적 큰 차이를 보였다. 비효소적인 Fe$^{2+}$/ascorbate첨가 및 Fe$^{3+}$ -ADP/NADPH첨가에 의해 유도된 지질 과산화의 억제에 미치는 영향을 조사한 결과 공시재료중 밀양 2호가 가장 강한 항산화 활성을 가지고 있는 것으로 확인되었다. 자소 잎의 경우는 SOD활성과 유사하게 항산화 활성 정도 가장 낮아서 들깨잎과는 뚜렷 이 구별되었다.
Kim, Young-Cheol;Kim, Cheol-Soo;Cho, Baik-Ho;Anderson, Anne-J.
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제14권4호
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pp.859-862
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2004
An isolate of Pseudomonas putida has been found to aggressively colonize root tips and induce plant resistance to Fusarium wilt. However, P. putida mutants lacking Fe-superoxide dismutase (SOD) or both FeSOD and MnSOD activities are less competitive in root tip colonization. In the current study, the growth of an FeSOD mutant was found to be more sensitive than that of the wild-type or a MnSOD mutant to oxidative stress imposed by paraquat treatment and culturing with the soil fungus Talaromyces flavus, which generates reactive oxygen species. Also, the loss of culturability with an aging stationary-phase culture was greater for a double SOD mutant than an FeSOD mutant, while no reduction in culturability was observed with the wild-type and a MnSOD mutant under the same protracted stationary-phase conditions. Accordingly, it was concluded that FeSOD activity is the major form of SOD in P. putida and plays an essential role in survival under stress conditions when increased oxidative stress is encountered.
Electrophoretic resolution of superoxide dismutase (SOD) from the highly UV-resistant bacteria, Deinococcus species revealed multiple forms of superoxide dismutases (SODs) in D. radiodurans, D. grandis, and D. proteolyticus, as judged from electrophoretic properties and metal cofactors. A single SOD occurred in both D. radiophilus and D. radiopugnans. Deinococcal SODs were either MnSOD, FeSOD or cambialistic Mn/FeSOD. The unique SOD profile of each mesophilic Deinococcus species, multiplicity and metal cofactors would be valuable in identifying Deinococcus species.
Streptomyces subrutilus P5가 생산하는 철 함유 superoxide dismutase (FeSOD)에 의한 중금속 독성의 완화를 조사하였다. 0.1 mM의 납이온이 120분 처리되면 E. coli $DH5{\alpha}$의 생존율이 7%에 불과 하지만 $0.1{\mu}M$의 정제된 천연 FeSOD가 첨가되면 생존율이 39%로 높아졌다. 이러한 해독작용은 0.01 mM의 구리이온에 대해서도 나타나며(생존율이 6%에서 50%로 증가) 그 효과는 EDTA보다 강하였다. 6xHis-tagged FeSOD를 생산하는 재조합 E. coli M15[pREP4]는 0.1 mM의 납 이온이 60분 처리된 후의 생존율이 3%에서 19%로 증가하였다. 6xHis-tagged FeSOD는 분자당 123개의 납과 결합하였다. 따라서 FeSOD가 중금속을 세포와의 접촉으로부터 격리함으로써 중금속이 오염된 환경에서 세균의 생존력을 증가시킨 것으로 사료된다.
All accessions of Rehmannia glutinosa show the unique characteristic of intrinsic tolerance to paraquat. The higher level of endogenous superoxide dismutase(SOD) activity and its increase upon paraquat treatment indicated the involvement of SOD in the tolerance mechanism to paraquat in R. glutinosa. In this study, we examined the isoform-specific response of SOD to oxidative stresses and hormones. Six SOD isoforms were found in the leaf, and they were identified as two MnSODs(named MnSOD I and MnSOD II, in order of increasing mobility), one FeSOD and three Cu/ZnSODs(named Cu/ZnSOD I, Cu/ZnSOD II, and Cu/ZnSOD III, in order of increasing mobility). MnSOD I, MnSOD II, FeSOD, Cu/ZnSOD I, Cu/ZnSOD II, and Cu/ZnSOD III, contributed to 4, 11, 7, 15, 30, and 32% of the total SOD activity, respectively. Total SOD activity levels in the leaf were increased by 4, 24, and 21% by paraquat, salicylic acid(SA), and yeast extract(YE), respectively, but little by ethephon. Six SOD isoforms responded differentially to these stresses and hormones. The activities of all the isoforms were increased by YE and SA except that of MnSOD I which was decreased by SA. The activities of MnSOD I, FeSOD, and CuZnSOD I were increased by paraquat. These results suggest that amelioration of oxidative stresses by SOD is fine-tuned by the differential expression of isoforms in R. glutinosa.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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