초록
토마토 뿌리에 존재하는 이온채널의 특성을 조사하기 위하여, 마이크로솜을 분리하고 전기생리용 분석장치가 연결된 인공지질 이중막에 유입하였다. 그 결과 다섯 종류의 이온채널을 확인하였고, 이들 중 450 pS의 전기전도도를 갖는 비선택성 양이온채널을 가장 자주 관측하였다. 이 채널은 세 가지의 subconductance 상태를 보였으며, 이들의 전기전도도는 450, 257, 105 pS으로 측정되었다. 모든 subconductance 상태는 막전위 변화에 따른 전류변화가 직선적으로 나타났다. 채널의 활성은 양의 막전위에서 열림과 닫힘이 반복되는 전이상태를 보였지만, 음의 막전위에서는 평균 열림시간과 함께 열림확률도 증가하였다. 막전위 -40mV에서 측정한 채널의 열림확률은 0.83이었다. 이온선택성을 측정하기 위하여 지질막의 한쪽에만 50mM의 $K^+$ 또는 $Na^+$을 가하여 비대칭 이온조건을 만들었을 때, 두 경우 모두에서 전류역전전위는 동일하게 약 -l0mV 이동하였다. 이것은 450 pS채널이 $K^+$과 $Na^+$을 구별없이 통과시킴을 나타낸다. 중금속 이온들 중, $100\;{\mu}M$ 농도의 $La^{3+}$과 $Ba^{2+},\;Zn^{2+}$는 채널의 활성을 크게 저해하여 열림확률을 0.2 이하로 감소시켰다. 그러나, $Al^{3+}$과 $Cd^{2+}$은 활성을 약 20% 저해하였다. 흥미롭게도, 각각의 중금속 이온은 서로 다른 형태로 채널활성을 저해하였다. $La^{3+}$은 $500\;{\mu}M$ 농도에서 모든 subconductance 상태를 저해하였으나, $Zn^{2+}$는 1 mM의 농도에서도 105 pS의 subconductance 상태는 저해하지 않았다. 또한 $Cd^{2+}$은 음의 막전위에서도 채널의 열림을 long-opening상태에서 전이상태 열림으로 전환시켰다. 이러한 결과는 중금속 이온들이 채널단백질에 각각의 결합부위를 가질 수 있을 가능성을 의미하여, 식물 뿌리의 생리현상에서 450 pS 채널의 기능적 역할 뿐 만아니라 구조적 특징을 탐색할 수 있는 유용한 조절자나 탐색자로 이용될수 있음을 시사한다.
In order to characterize ion channels present in tomato roots, microsomes were incorporated into an artificial lipid bilayer arranged for electrophysiological analysis. Of the five different ion channels that could be found, a channel of 450 pS conductance was found most frequently. This channel displayed subconductance states of 450, 257 and 105 pS. All subconductance states showed linear current-voltage relationships. At positive holding potentials, high frequency of transient channel openings was observed; however, at negative potentials, the open times were long and open probability high. Po was 0.83 at -40 mV. When an additional 50 mM $K^+\;or\;Na^+$ was added to the cis side of bilayer, the reversal potentials shifted in the negative direction to near -10 mV. Thus, the 450 pS cation channel selects poorly between $K^+\;and\;Na^+$. In the presence of $100\;{\mu}M$ metal ions, the channel activity was severely inhibited by $La^{3+},\;Ba^{2+},\;and\;Zn^{2+}$, and Po was decreased to 0.2 or even less. However, $Al^{3+}\;and\;Cd^{2+}$ decreased the activity by only 20%. Interestingly, each metal ion showed different kinetics of channel inhibition. While $500\;{\mu}M\;La^{3+}$ inhibited the activities of all subconductance state, 1 mM $Zn^{2+}$ inhibited all except the 105 pS state. $Cd^{2+}$ changed the gating of the channel from a long-opening state to brief transient openings even at negative holding potentials. These data represent that the metal ions may have different binding sites on the channel protein and could be useful modulators and probes to investigate structural characteristics as well as the functional roles of the 450 pS channel on the root physiology.
