\( \mathrm{H_{2}} \mathrm{O_{2}} \)는 중요 활성산소 분자 중에서 비교적 안정된 형태로 오랫동안 세포 내에 존재하며 세포에 산화적 손상을 초래하는데, ctalase 는 이것의 주 생성 장소인 peroxisome과 mitochondria에서 일차적인 \( \mathrm{H_{2}} \mathrm{O_{2}} \)분해효소로 작용하며, 저온 스트레스에 노출된 옥수수 중배축의 미토콘드리아에서 catalase의 특정 동위효소의 활성도 증가가 유도되어 세포 내 \( \mathrm{H_{2}} \mathrm{O_{2}} \) 함량 증가를 억제한다. 따라서 스트레스 내성 발현에 대한 항산화 효소의 기여도를 평가하기 위해 식물이 스트레스를 받거나 스트레스에 대한 순화 반응을 보이고 있는 동안 총 효소 활성도값 변화와 특정 동위효소의 변화 양상을 확인하여야 하므로 본 연구를 통해 산화스트레스에 대한 식물의 방어 반응에서 폴리아민의 생리, 생화학적 역할을 확인한다.
<h1>서 론</h1> <p>식물이 비생물적(abiotic) 산화스트레스를 받고 있는 동안 세포 내 폴리아민 (polyamine) 함량이 급속히 변한다는 보고가 제안되었 다 (Kurepa et al. 1998; Ye et al. 1997). 특히, putrescine 함량과 그 생합성 반응은 식물이 삼투스트레스 (Aziz and Larher, 1996), 오존 (Langebartels et al. 1991), 자외선-B (Kramer et al. 1991) 및 제초제 atrazine (Zheleva et al., 1994) 등 다양한 환경스트레스에 노출되었 을 때 크게 증가한다고 보고되었다. 또한, 식물에 직접 폴리아민 처 리 시 오존에 의해 유도된 담배 잎의 necrosis 현상이 감소하였으며 (Bors et al. 1989), 콩 잎에서 제초제 atrazine의 산화적 독성 효과의 감소 (Zheleva et al. 1994)와 해바라기 잎 절편 조직에서 중금속 독 성이 완화 되는 결과 (Groppa et al. 2001)가 알려졌다. 그러나 이처 럼 폴리아민에 대한 여러 연구에도 불구하고 현재까지 산화스트레 스에 대한 식물의 방어 반응에서 폴리아민의 정확한 작용 기작(action mode)은 불분명한 상태로 남아있다. 즉, 식물 스트레스 환 경 하에서 폴리아민이 그 자신의 양이온적 성질로 인한 세포막 구 조의 안정화 유지를 통해 스트레스 방어에 기여할 수 있다는 이론 (Besford et al., 1993)과 강력한 산화제인 활성산소 (activated oxygen species )의 직접적인 scavenger로서의 역할 (Drolet et al. 1986; Bors et al. 1989), 그리고 간접적으로 catalase, peroxidase, superoxide dismutase 와 같은 항산화 효소 (antioxidative enzymes)의 활성도 조절 을 통한 활성산소의 제거 역할 (Velikova et al. 2000; Kim and Jin, 2006) 등이 제시되고 있다. 중요 활성산소 분자 중에서 비교적 안 정된 형태로 오래 세포 내에 존재하며 세포에 산화적 손상을 초래 하는 \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \) 에 대해 ctalase 는 \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \) 의 주 생성 장소인 peroxisome과 mitochondria에서 일차적인 \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \) 분해효소로 작용하며 (Tsaftaris and Sandalios 1981; Anderson et al. 1995), 세포질 및 세포벽에 존재 하는 guaiacol peroxidase도 \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \) 의 제거에 주된 역할을 하는 항산 화 효소로 알려져 있다 (Asada 1992; Gaspar et al. 1985). 식물계에서 항산화 효소 들은 그들 고유의 여러 동위효소 (isozyme)를 지니고 있으며 (Edward et al. 1994; Anderson et al. 1995; Prasad 1997). 이 들 동위효소 들은 산화스트레스에 대해 제각기 다른 감수성을 보이며 또한 서로 다른 조직에서는 차등적으로 발현된다(Donahue et al. 1997; Martinez et al. 2001). Anderson 등(1995)은 저온 스트레 스에 노출된 옥수수 중배축에서 이 식물 조직이 저온에 순화하는 동안 미토콘드리아에서 catalase의 특정 동위효소의 활성도 증가가 유도되어 세포 내 \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \) 함량 증가를 억제한다는 보고를 하였다. Donahue 등(1997)은 제초제 paraquat \( (\mathrm{PQ}) \) 를 완두 잎에 단기간 처리 시 잎의 나이 및 품종에 따라 glutathione reductase, ascorbate peroxidase와 같은 항산화 효소의 총활성도 및 그 들의 동위효소 반 응이 차등적으로 발현됨을 관찰하여 식물이 다양한 산화스트레스 에 대한 내성을 발휘하는데 있어 이 들 항산화 효소의 특정 동위효 소가 중요한 역할을 할 가능성을 제시하였다. 한편, 산화스트레스 에 의해 유도된 항산화 효소의 총 효소활성도 (total enzyme activity) 값 변화는 새로운 동위효소의 생성 등을 포함한 효소단백질 합성 의 변화 또는 효소 자체의 구조 변화에 따른 활성화 상태의 변화에 의해 좌우 될 수 있음이 제안되었다 (Edward et al. 1994; Rao et al. 1995). 그러므로 스트레스 내성 발현에 대한 이 들 항산화 효소의 기여도를 정확히 평가하기 위해 식물이 스트레스를 받거나 스트레 스에 대한 순화 반응을 보이고 있는 동안 총 효소 활성도값 변화와 더불어 특정 동위효소의 변화 양상을 규명할 필요가 있다.</p> <p>본 연구에서는 산화스트레스에 대한 식물의 방어 반응에서 폴 리아민의 생리, 생화학적 역할을 규명하고자 하였다. 이를 위해 세 포 내 산소 분자를 환원하여 superoxide 라디칼과 \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \) 분자를 만 들어 냄으로서 세포에 산화적 손상을 발생시켜 산화스트레스 유도 인자로 잘 알려진 제초제 PQ (Martinez et al. 2001)로 처리된 무 (Raphanus sativus L.) 유식물 자엽에서 \( \mathrm{PQ} \) 에 의해 유도된 산화적 손상과 \( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \) 분해 효소로 작용하는 catalase와 guaiacol peroxidase의 총 활성도 변화 및 그 들 동위효소 조성의 생화학적 변화에 대한 여러 종류의 폴리아민 (putrescine, spermidine, spermine) 효과를 조 사하였고 이 들 폴리아민의 종류에 따른 방어 효과를 평가하였다.</p>