본 연구에서는 호랑나비의 용기 동안 혈림프, 지방체, 표피, 큐티클 및 중장에서 항산화효소의 활성을 조사하였다. 혈림프와 지방체에서 항산화효소 활성의 변화가 두드러지게 나타났다. SOD, CAT 및 GST의 활성은 높은 활성을 보인 반면, GPX와 GR은 상대적으로 활성이 매우 낮으므로 곤충의 변태기 동안 항산화과정에서 이들 효소의 역할은 매우 미미할 것으로 생각된다. 더불어 CAT의 활성은 대부분의 조직에서 용화 직후에 높은 활성을 보이며 상대적인 활성도 매우 높게 나타나고 있어 과산화수소의 분해에는 GPX보다는 CAT가 주로 관여할 것으로 생각된다. 또한 GPX와 GR의 활성보다는 GST의 활성이 전 조직에서 비교적 높게 나타나는 것으로 보아 lipid peroxidation을 통한 항산화 과정에도 GPX보다는 주로 GST가 관여할 것으로 생각된다.
본 연구에서는 호랑나비의 용기 동안 혈림프, 지방체, 표피, 큐티클 및 중장에서 항산화효소의 활성을 조사하였다. 혈림프와 지방체에서 항산화효소 활성의 변화가 두드러지게 나타났다. SOD, CAT 및 GST의 활성은 높은 활성을 보인 반면, GPX와 GR은 상대적으로 활성이 매우 낮으므로 곤충의 변태기 동안 항산화과정에서 이들 효소의 역할은 매우 미미할 것으로 생각된다. 더불어 CAT의 활성은 대부분의 조직에서 용화 직후에 높은 활성을 보이며 상대적인 활성도 매우 높게 나타나고 있어 과산화수소의 분해에는 GPX보다는 CAT가 주로 관여할 것으로 생각된다. 또한 GPX와 GR의 활성보다는 GST의 활성이 전 조직에서 비교적 높게 나타나는 것으로 보아 lipid peroxidation을 통한 항산화 과정에도 GPX보다는 주로 GST가 관여할 것으로 생각된다.
The purpose of this study is to evaluate the activities of five different antioxidant enzymes in various tissues of Papilio xuthus during pupal stage. Superoxide dismutase (SOD) activity in haemolymph was the highest just after pupation and then decreased gradually until 7 days after pupation but th...
The purpose of this study is to evaluate the activities of five different antioxidant enzymes in various tissues of Papilio xuthus during pupal stage. Superoxide dismutase (SOD) activity in haemolymph was the highest just after pupation and then decreased gradually until 7 days after pupation but the activity in other tissue was constant during metamorphosis. This result indicates that primary antioxidant process of reactive oxygen species proceed in haemolymph. Catalase (CAT) activity in studied tissues was also the highest just after pupation and its relative activity was also high during pupal stage, suggesting that CAT is the primary enzyme in catalysis of hydrogen peroxide. Glutathion peroxidase (GPX) activity was constant and its relative activity was very low in all tested tissues. Glutathione S-transferase (GST) activity in haemolymph was high at 3 days and 5 days after pupation, and the activity in fat body was the highest at the 1 day after pupation and then decreased gradually for 7 days after pupation. Glutathion reductase (GR) activity in haemolymph and fat body was high at 1 day after pupation, but relatively low GR activity was detected in the rest tissues. Based on these results, GST activity was higher than that of GPX and GR, and it is also believed that GST was more involved in reduction process through lipid peroxidation than GPX.
The purpose of this study is to evaluate the activities of five different antioxidant enzymes in various tissues of Papilio xuthus during pupal stage. Superoxide dismutase (SOD) activity in haemolymph was the highest just after pupation and then decreased gradually until 7 days after pupation but the activity in other tissue was constant during metamorphosis. This result indicates that primary antioxidant process of reactive oxygen species proceed in haemolymph. Catalase (CAT) activity in studied tissues was also the highest just after pupation and its relative activity was also high during pupal stage, suggesting that CAT is the primary enzyme in catalysis of hydrogen peroxide. Glutathion peroxidase (GPX) activity was constant and its relative activity was very low in all tested tissues. Glutathione S-transferase (GST) activity in haemolymph was high at 3 days and 5 days after pupation, and the activity in fat body was the highest at the 1 day after pupation and then decreased gradually for 7 days after pupation. Glutathion reductase (GR) activity in haemolymph and fat body was high at 1 day after pupation, but relatively low GR activity was detected in the rest tissues. Based on these results, GST activity was higher than that of GPX and GR, and it is also believed that GST was more involved in reduction process through lipid peroxidation than GPX.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
곤충의 항산화적 방어체제는 곤충의 발생을 조절하는데 있어 매우 중요하지만 변태기 동안 항산화효소의 활성에 관한 자료는 거의 없는 편이다. 따라서 본 연구는 호랑나비의 용기 동안 혈림프, 지방체, 표피, 큐티클 및 중장 내 항산화효소의 활성 변화를 조사하였다.
곤충류에서도 항산화 효소에 관한 연구가 폭 넓게 진행되어 왔으나[2,9,10], 변태기 동안 여러 조직에서 나타나는 항산화 효소의 활성 변화에 관한 연구는 거의 없다. 따라서 본 연구에서는 호랑나비의 종령기 및 용시기 동안 혈림프, 지방체, 표피, 큐티클 및 중장내 SOD, CAT, GPX, GST 및 GR 등 여러 항산화효소의 활성 변화를 조사하였다.
본 연구에서는 호랑나비의 용기 동안 혈림프, 지방체, 표피, 큐티클 및 중장에서 항산화효소의 활성을 조사하였다. 혈 림프와 지방체에서 항산화효소 활성의 변화가 두드러지게 나타났다.
제안 방법
glutathione S-transferase의 활성은 1 mM GSH와 1 mM chlorodinitrobenzene (CDNB)이 함유된 100 mM phosphate buffer (pH 7.0)에 효소 시료를 넣은 후 340 nm에서 1분간 흡광도의 변화를 측정하였다[14]. GST의 활성은 1 분 동안에 1 nmol NADPH가 산화되는 양을 1 unit로 하였다.
glutathione reductase의 활성은 1 mM oxidized glutathione (GSSG), 50 μM NADPH가 함유된 100 mM phosphate buffer (pH 7.6)에 효소 시료액을 넣은 후 340 nm에서 3 분간 변화하는 흡광도를 측정하였다[12].
0) 2 ml 와 시료액 20 μl를 취하고 기질로 10 mM H2O2 용액 1 ml를 가하여 잘 혼합한 후 240 nm에서 흡광도의 변화를 2 분간 측정하였다[1]. 대조실험으로는 기질인 H2O2용액 대신에 50 mM phosphate buffer (pH 7.0)을 가하고 위와 동일한 방법으로 흡광도의 변화를 측정하였다. CAT의 활성은 1 분 동안에 1 μmol의 H2O2를 분해하는 효소의 양을 1 unit로 하였다.
이 공시충은 자연 상태와 거의 유사한 조건(광주기 16L : 8D, 온도 27±1℃, 습도 75±5% r.h.)에서 탱자나무(Poncirus trifoliata) 잎을 식초로 사육하였고, 발생 시기에 따라 종령기(5L), 전용기(PP), 용화 직후(P0), 용화 1일(P1), 용화 3 일(P3), 용화 5 일(P5), 용화 7 일(P7)의 간격으로 구분하여 시료를 채취하였다.
발생단계에 따라 공시충으로 부터 혈림프는 미세한 침으로 공시충의 전지을 찌른 후 몸통을 눌러 뽑아내었으며, 암화를 방지하기 위해 소량의 phenylthiourea를 첨가하여 10,000 rpm에서 10 분간 원심분리 후 -70℃에 보관하였다. 지방체, 표피, 큐티클 및 중장 조직은 Ringer 용액하에서 적출하였다. 이 조직은 homogenation buffer (5 mM tris, 38 mM glycine, pH 8.
1 mM EDTA 및 상기 조직의 추출액이 포함된 용액을 25℃에서 예치한 다음 xanthine oxidase를 첨가하여 반응을 개시하였다[17]. 효소의 활성은 550 nm에서 10초 단위로 150초간 흡광도를 측정하였으며, xanthine oxidase 첨가량은 효소액을 함유하지 않은 반응액의 흡광도 흡수가 분당 0.025가 되도록 조절하였다. 효소의 활성은 cytochrome C의 환원을 50% 억제하는 양을 1 unit로 하여 unit/mg protein/min으로 나타내었다.
대상 데이터
본 실험에 사용한 호랑나비(Papilio xuthus)는 대구광역시 수성구 매호동 금호강 인근에서 여름형 호랑나비 유충을 채집하여 동정하였다. 이 공시충은 자연 상태와 거의 유사한 조건(광주기 16L : 8D, 온도 27±1℃, 습도 75±5% r.
데이터처리
0K)를 이용하였다. 실험 자료에 대한 비교는 ANOVA test를 실시하였고 사후검정은 Duncan test로 각 실험 자료 사이에 유의적인 차이를 조사하였다. 결과는 표준값 ± 표준편차로 나타냈다.
성능/효과
In fat body, activity of SOD and CAT showed a similar pattern until the just after pupal stage, and from 1 day after pupal stage, the SOD decrease while CAT decreased then increased, displaying different patterns. GST and GPx showed the highest level of activity at 1 day after pupal stage, and the GR showed the highest level of activity at 3 days after pupal stage. Symbols are mean values±SE from 7 independent experiments.
In haemolymph, activities of SOD and CAT were the highest in the just after pupal stage and showed the similar pattern of gradual decrease in the activity from 1 day after pupal stage to 7 days after pupal stage. GST and GR showed the highest level of activity at 1 day after pupal stage, and the GPx showed the highest level of activity at 3 days after pupal stage. Symbols are mean values±SE from 7 independent experiments.
In cuticle, SOD and CAT showed a high level of activity in the prepupal stage, and displayed similar pattern of decreasing or maintaining a consistent level throughout pupation. GST showed the highest level of activity at the just after pupal stage, and the GPx and GR showed minimum activity throughout the testing period. Symbols are mean values±SE from 7 independent experiments.
그러나 용화 1 일부터 용화가 진행됨에 따라 SOD의 활성은 점차 감소하는 한편 CAT의 활성은 감소한 후 용말기로 갈수록 다시 증가하는 상반된 결과를 나타냈다. GST의 활성은 용화 1 일에 가장 높은 활성을 보인 후 용말기로 감에 따라 감소하는 경향을 나타내었다. 그러나 GPX와 GR의 활성은 매우 낮게 나타났다(Fig.
이것은 증가된 SOD 활성으로 생성된 H2O2가 CAT가 아니라 GPX와 같은 다른 효소를 통하여 H2O로 전환될 것으로 생각된다. 더불어 SOD 활성에 비하여 CAT 활성은 상당히 안정적인 양상을 보였는데 이것은 SOD에 의해 일차적으로 항산화 작용이 나타나지만 SOD 작용의 부산물로 생성된 H2O2 역시 상당한 산화력을 갖고 있기 때문에 이에 대한 대비책으로 CAT의 활성이 일정하게 유지되는 것으로 보인다.
더불어 CAT의 활성은 대부분의 조직에서 용화 직후에 높은 활성을 보이며 상대적인 활성도 매우 높게 나타나고 있어 과산화수소의 분해에는 GPX보다는 CAT가 주로 관여할 것으로 생각된다. 또한 GPX와 GR의 활성보다는 GST의 활성이 전 조직에서 비교적 높게 나타나는 것으로 보아 lipid peroxidation을 통한 항산화 과정에도 GPX보다는 주로 GST가 관여할 것으로 생각된다.
이것은 SOD 활성이 낮아지므로 인해 세포내의 H2O2의 농도가 낮아지고 동시에 CAT의 활성도 낮게 조절된 것으로 생각된다. 또한 지방체와 표피 및 장에서는 용화 3 일을 기점으로 SOD와 CAT의 활성이 상반된 결과를 나타냈다. 이것은 증가된 SOD 활성으로 생성된 H2O2가 CAT가 아니라 GPX와 같은 다른 효소를 통하여 H2O로 전환될 것으로 생각된다.
따라서 세포의 물질 대사 과정에서 생성되는 산화력이 강한 H2O2는 CAT에 의해 빠르게 분해됨으로써 갑작스런 H2O2의 축적이나 산화적 손상이 일어나지 않게 된다. 본 연구에서 SOD와 CAT의 활성은 혈림프, 큐티클에서는 용화기로 진행됨에 따라 활성이 감소하는 경향을 나타냈다. 이것은 SOD 활성이 낮아지므로 인해 세포내의 H2O2의 농도가 낮아지고 동시에 CAT의 활성도 낮게 조절된 것으로 생각된다.
본 연구에서 호랑나비 혈림프에서 SOD와 CAT의 활성은 용화 직후에 가장 높았으며 용후기로 갈수록 점차 감소하고 있다. GST의 활성은 종령기에 비해 용화 1 일에 높은 활성을 보이고 있다.
즉 용화 직후에는 유충조직이 분해될 때 해당작용 등의 무기호흡을 주로 하고, 용화 후기에 조직이 합성될 때에는 호기성 호흡을 하는 생리적 특징을 갖게 되는데, 이는 기관지의 발달과도 연관되어 있으며[26], 곤충의 변태기 동안 일어나는 조직의 분해와 합성과정 동안 생성되는 활성산소의 제거에는 SOD가 직접적으로 관여한다[23]. 본 연구에서도 대사과정이 활발한 종령기에 SOD의 활성이 높게 나타났으며, 혈림프와 장 조직의 경우 다른 조직에 비하여 SOD의 활성이 높게 나타났다. 이는 생성된 활성산소가 직접 방출되거나 먹이의 소화 과정 혹은 전산화물에 포함된 활성산소에 대하여 독성작용을 감소시키려는 방어 작용에 따라 활성이 높은 것으로 생각된다.
2). 표피 내 SOD와 CAT의 활성은 용화가 진행됨에 따라 점차 증가하는 경향을 나타냈으며, GST의 활성은 발생 시기에 따라 변이의 진폭이 심해 전용기와 용화 1 일 및 용화 5 일에 높은 활성을 보여주고 있다. 그러나 GPX와 GR의 활성은 매우 낮게 나타났으며 전 시기에 걸쳐 활성의 변화는 거의 없었다(Fig.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
곤충에게 과산화수소 매개성 지질 과산화 반응은 매우 치명적이기 때문에 곤충은 활성산소를 어떻게 방어하는가?
더구나 활성산소는 유전자 발현, 신호 전달 및 생리 조절 등 세포의 기능을 저해시킨다[7,28]. 따라서 곤충은 활성산소에 대한 방어기구로서 항산화효소를 통해 활성산소의 수준을 일정하게 유지시키고 있다[15]. 곤충에서 전산화물과 항산화물의 평형 조절은 생리적으로 매우 중요해서 결국 곤충의 생존, 성장, 발생, 생식 및 수명에 영향을 미치게 된다[2,20,21].
호기성 생물에게 산소가 생명 유지에 절대적으로 필요한 이유는?
호기성 생물은 호흡을 통해 에너지를 획득하므로 산소는 생명 유지에 절대적으로 필요하다. 그러나 이러한 산소는 각종 물리 · 화학적 요인 등에 의해 반응성이 매우 큰 활성산소로 전환하게 되면 생체에 치명적인 산소 독성을 일으키는 양면성을 지니고 있다.
생명 유지에 필요한 산소는 어떤 양면성을 지니고 있는가?
호기성 생물은 호흡을 통해 에너지를 획득하므로 산소는 생명 유지에 절대적으로 필요하다. 그러나 이러한 산소는 각종 물리 · 화학적 요인 등에 의해 반응성이 매우 큰 활성산소로 전환하게 되면 생체에 치명적인 산소 독성을 일으키는 양면성을 지니고 있다. 유리 라디칼이나 활성산소는 체내 대사 과정에서 생성되며 단백질 및 DNA을 변형시키고 생체막을 손상시킴으로써 심각한 세포 손상을 일으키게 된다.
참고문헌 (28)
Aebi, H. 1984. Catalase in vitro, pp. 121-126, In Packer, L. (ed.), Methods in Enzymology, Vol. 105, Academic Press Inc., NewYork
Ahmad, S. 1992. Biochemical evidence of pro-oxidant allelochemicals by hervivorous insects. Biochem. Syst. Ecol. 20,269-296
Ahmad, S. 1995. Oxidative stress and antioxidant defenses in biology. pp. 38-272, Chapman and Hall, NewYork
Ahmad, S., C. A. Pritsos, S. M. Bowen, C. R. Heisler, G. J. Blomquist, and R. S. Pardini. 1988. Subcellular distribution and activities of superoxide dismutase, catalase, glutathione peroxidase, and glutathione reductase in the southern army worm, Spodoptera eridania. Arch. Insect Bichem. Physiol. 7, 173-186
Ahmad, S., M. A. Beilstein, and R. S. Pardini. 1989. Glutathione peroxidase activity in insects: A reassessment. Arch. Insect Biochem. Physiol. 12, 31-49
Barbehenn, R. V. and J. Stannard. 2004. Antioxidant defense of the midgut epitherium by the peritrophic envelope in caterpillars. J. Insect Physiol. 9, 783-790
Dalton, T. P., H. G. Shertzer, and A. Puga. 1999. Regulation of gene expression by reactive oxygen. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 39, 67-101
Downer, R. G. H. 1985. Lipid metabolism, pp. 77-113, In Kerkut, G. A. and L. I. Gilbert (eds.), Comprehensive insect physiology, biochemistry and pharmacology, Vol. 10, Pergamon Press, Oxford
Felton, G. W. 1995. Antioxidant defenses of invertebrates and vertebrates, pp. 356-434, In Ahmad, S. (ed.), Oxidative stress and Antioxidant Defenses in Biology, Chapman and Hall, NewYork
Felton, G. W. and C. B. Summers. 1995. Antioxidant systems in insect. Arch. Insect Biochem. Physiol. 29, 187-197
Flohe, L., A. Wolfgang, and W. A. Gunzler. 1984. Assay of glutathione peroxidase, pp. 105-114, In Packer, L. (ed.), Methods in enzymatic analysis, Academic Press Inc., New York
Glatzle, D., J. P. Vuilleumier, F. Weber, and K. Decker. 1974. Glutathione reductase test with whole blood, a convenient procedure for the assessment of the riboflavin status in humans. Experientia. 30, 665-668
Grubor-Lajsic, G., W. Block, M. Telesmanic, A. Jovanovic, D. Stevanovic, and F. Baca. 1997. Effect of cold acclimation on the antioxidant defense system of two larval Lepidoptera. Arch. Insect Biochem. Physiol. 36, 1-10
Habig, W. H. and W. B. Jakoby. 1981. Glutathione s-transferase in rat and human. Meth. Enzymol. 77, 218-231
Halliwell, B. and J. M. C. Gutteridge. 1985. Free radicals in biology and medicine. pp. 323, Oxford University Press, London
Krogh, A. and T. Weis-Fogh. 1951. The respiratory exchange of desert locust (Schisticerca gregaria), before, during and after flight. J. Exp. Biol. 28, 342-257
McCord, J. M. and I. Fridovich. 1969. Superoxide dismutase an enzymic function for erythrocuprotein (Hemocuprotein). J. Biol. Chem. 244, 6049-6055
Neto, P. C., E. J. H. Bechara, and C. Costa. 1986. Oxygen toxicity aspects in luminescent and non-luminescent elaterid larvae. Insect Biochm. 16, 381-385
Nickla, H., J. Anderson, and T. Palzkill. 1983. Enzymes involved in oxygen detoxification during development of Drosophila mlanogaster. Experentia. 39, 610-612
Orr, W. C. and R. S. Sohal. 1994. Extension of life-span by over expression of superoxide dismutase and catalase in Drosophila melanogaster. Science 263, 1128-1130
Peric-Mataruga, V., D. Blagojevic, M. B. Spasic, J. Ivanovic, and M. Jankovic-Hladni. 1997. Effect of the host plant on the antioxidative defence in the midgut of Lymantria dispar L. caterpillars of different population origins. J. Insect Physiol. 43, 101-106.
Pritsos, C. A., S. Ahmad, S. M. Bowen, A. J. Elliott, G. J. Blomquist, and R. S. Pardini. 1988. Antioxidant enzymes of the black swallowtail butterfly, Papilio polixenes and their response to the prooxidant allelochemical quercetin. Arch. Insect Biochem. Physiol. 8, 101-112
Pritsos, C. A., S. Ahmad, A. J. Elliott, and R. S. Pardini. 1990. Antioxidant enzyme levels response to prooxidant allelochemicals in larvae of southern armyworm moth, Spodoptera eridania. Free Radical Res. Commun. 9, 127-133
Riddiford, L. M. and M. Hori. 1985. Hormone action at the cellular level, pp. 37-84, In Kerkut, G. A. and L. I. Gilbert (eds.), Comprehensive insect physiology, biochemistry and pharmacology, Vol. 8, Pergamon Press, Oxford.
Schafer, F. Q. and G. R. Buettner. 2001. Redox environment of the cell as viewed through the redox state of the glutathione disulfide/glutathione couple. Free Radical Biol. Med. 30, 1191-1212
Suzuki, Y. J., H. J. Forman, and A. Sevanian. 1997. Oxidant as stimulators of signal transduction. Free Radical Biol. Med. 22, 269-285
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.