Purification and Characterization of Cytochrome c Oxidase from Photosynthetic Bacterium, Rhodopseudomonas gelatinosa

광합성세균 Rhodopseudomonas gelatinosa 의 시토크롬 c 산화효소의 정제 및 특성

Cytochrome c oxida5e from chemotrophically grown R p , geliitinosu was purified by cytochrome c affinity chromatography and DEAE-Sephacel ion exchange chromatography. The molecular weight of the cytochrome c oxidase was approximately 110.000 Da by sephacryl s-300 gel chromatography and approximately 52, 000 Da by SDS-gel electrophoresis, respectively. Therefore. cytochrolne c oxidase of Rps. gehtinosu seems to be dimer. The cytochrome c oxidasc was very sensitive to temperature. It's Km and Vmax were 20 pM and 44 unitlmg protein for horsc heart cytochrome c as a substrate. respectively, and its optimum pH and temperature were 6.4 and 25$^{\circ}$C. respectively. The absorption peaks of the reduced cytochrome c oxidase showed at 554 nm, 523 nm. and 422 nm. The activiiy of cytochrome c oxidase was inhibited by KCN, and NaN3, but not by CO, antimycir~ A. and myxothiazol. The cytochrome c-551 was produced either in phototrophically or chemotrophically grown Rps. gelaiinosci. The rcduced cytochrome c-551 was oxidized by b-type cytochrome c oxidase from Rp.v. gc.lrtino.sc~. Km and Vmax of cytochrome c oxidase was 26 pM and 31 unitlnlg protein For cytochrome c-551 as a substrate. respectively. Thercfore. thc electron transfer chain of chemotrophically grown Rps. glatinosa seems lo be ubiquinol cytochrome bc, complex -'cytochrome c-55lMb-type cytochrome c oxidase+02.

화학 영양성으로 배양한 Rps. gelatinosa 에서 2회의 시토크롬 c 친화성 크로마토그래피와 DEAE-Sephacel 이온 교환 크로마토그래피 등 3 단계의 크로마토그래피를 수행하여 시토로콤 c 산화효소를 정제하였다. 정제된 시토크롬 c 산화효소는 Sephacryl S-300 에 의한 분자걍이 약 110,000 Da 이고 SDS-gel 전기영동에 의한 분자량이 약 52.000 Da 으로써 이량체일 것으로 보인다. 전제된 시토크롬 c 산화효소는 온도데 매우 불안정하고 말 심장 시토크롬 c 를 기질로 사용했을때 Km 값은 $20\mu$M, Vmax 값은 44unit/mg prot. 이며 pH 6.4 의 효소방응 최적 pH 와 25.deg.C 의 최적 온도를 보였다. 환원된 시토크롬 c 산화효소는 554, 523, 421 nm 에서 .alpha., .betha. soret 흡수대를 보였고 chromatophore 에서와 마찬가지로 KCN 과 $NaN_{3}$ 에 의해서는 효소 활성도가 저해를 받았지만 CO 와 antimycin A, myxothiazol 에 의해서는 효소 활성도가 저해를 받지 않았다. 빛을 에너지원으로 배양하거나 또는 화학영양성으로 배양하든지 모두 시토크롬 c-551 이 생성되었고 환원된 시토크롬 c-551 은 시토크롬 c 산화효소에 의해 산화되었다. 시토크롬 c-551 을 기질고 이용하였을 때 시토크롬 c 산화효소의 Km 값은 $26\mu$M 이었고 Vmax 값은 31.unit./mg prot. 로써 말심장의 시토크롬 c 를 기질로 이용할때 보다 오히려 낮았다. 이와 같은 결과로 보아 화학 영양성은 배양한 Rhodopseudomonas gelatinosa 에서 호흡에 의한 전자전달은 시토크롬 c-551 이 시토크롬 $bc_{1}$ 복합체로 부터 전자를 받아 b-형 시토크롬 c 산화효소에 전자를 전달해 주고 최정적으로 산소를 환원시킬 것으로 생각된다.