산소대사물에 의한 심장근 Sarcoplasmic reticulum의 칼슘운반 억제 기전에 관한연구

A Study on the Mechanism of Calcium Binding Inhibition of Cardiac Sarcoplasmic Reticulum by Oxygen Free Radicals

심근 세포의 칼슘 조절에 중요한 역할을 하는 sarcoplasmic reticulum (SR)의 칼슘운반 능력이 허혈 심근에서 현저히 억제됨이 알려져 있다. 이와같은 허혈 심근에서의 SR 칼슘운반승력 저하에 유독성 산소 대사물이 관여할 것으로 생각되고 있으나 그 기전에 관하여는 아직 알려진 바 없다. 본 연구에서는 그 기전의 일단을 규명하기 위하여 산틴 산화효소계에 의하여 발생된 유독성 산소대사물긴 돼지 심실근에서 추출한 sarcoplasmic reticulum의 칼슘흡수 및 막지질 과산화, sulfhydryl group 그리고 단백질 변성에 미치는 영향을 관찰하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1) 산틴 산화 효소계와 반응시킨 sarcopl smic reticulum의 칼슘흡수는 반응시간 경과에 따라 현저히 억제되었다. 2) sarcoplasmic reticulum 막지질 과산화는 산딘 산화 효소계에 의하여 현저히 증가되었다 3) 항산화제 ${\beta}$-phenylenediamine은 막지질 과산화의 증가는 효과적으로 억제하였으나, 칼슘흡수 억제는 부분적으로 회복시켰다. 4) 산틴 산화 효소계에 의하여 SH-group은 현저히 감소되었으며, 항산화제 첨가에 의하여 그 감소가 일부 억제되었다. 5) sarcoplasmic reticulum을 DTNB로 처리하여 SH-group을 산소 대사물에 의한 산화반응으로부터 보호했을 경우 칼슘흡수의 억제가 부분적으로 방지되었다. 6) Sephadex G-200 크로마토그라피 상에서 산틴 산화효소계와 반응시킨 sarcoplasmic reticulum의 단백질분해가 관찰되었다. 7) 단백질의 polymerization은 관찰되지 않았으며, 아울러 polymerization을 억제하는 semicarbazide로 칼슘흡수 감소를 방지하지 못하였다. 이상의 결과에서 유독성 산소대사물에 의한 sarcoplasmic reticulum의 칼슘흡수 억제는 sarcoplasmic reticulum의 막지질 과산화, SH-group의 산화 및 막 반백절의 분해 등으로 초래되는 복합적인 기전으로 추정되었다.

Mechanism of calcium transport inhibition of cardiac sarcoplasmic reticulum (SR) by oxygen free radicals was examined. Effects of oxygen free radicals generated by xanthine/xanthine oxidase (X/XO) system on isolated porcine ventricle SR were studied with respect to its calcium binding, lipid peroxidation, SH-group content and alteration of membrane protein components. The results are as follows. 1) Calcium binding of isolated SR was markedly inhibited by X/XO. 2) During the incubation of sarcoplasmic reticulum with xanthine/xanthine oxidase, there were marked inclose in lipid peroxidation and reduction of SH-group content. 3) An antioxidant, p-phenylenediamine effectively prevented the lipid peroxidation but partially prevented the calcium binding inhibition of X/XO treated SR. 4) The reduction of SH-group content of SR treated with X/XO was partially prevented by p-phenylendiamine. 5) When modifying SH-group of SR by treatment with DTNB, the inhibition of calcium binding activity was partially prevented. 6) On gel-permeation chromatography of X/XO-treated sarcoplasmic reticulum, there was an increase of small molecular weight products, probably protein degradation products. 7) Semicarbazide, which prevents the cross-linking reaction of protein components, did not affect the calcium binding inhibition of X/XO-treated SR. From these results, it is suggested that the inhibition of calcium binding of SR by oxygen free radicals results from the consequence of multiple changes of SR components, which are lipid peroxidation, SH-group oxidation and degradation of protein components.