Abstract
The measurements of rubisco parameters are important in photosynthetic studies. In this experiment, we used photometric assay method to detect these major parameters, such as activity, carbamylation and amount of rubisco. The main advantages of this method are very simple and as sensitive as conventional methods which usually produce radioactive waste. In this study, with kidney bean (Phaseolus vulgatis L.) leaves grown at normal $CO_2$ (350ppm) and high $CO_2$ (650 ppm), we investigated the effect of $CO_2$ concentration on activation and carbamylation of rubisco by measuring the rubisco activity, carbamylation rate and amount of rubisco using a dual beam (334nm and 405nm) spectrophotometer, and analyzed the polypeptide profiles of rubisco by SDS-PAGE. When $CO_2$ concentration was raised from 350ppm to 650ppm, all parameters of rubisco were decreased : $41.2{\mu}M/m^2/s and 52.2{\mu}M/m^2/s$ to $27.4{\mu}M/m^2/s and 46.1{\mu}M/m^2/s$ for initial and total rubisco activity, respectively ; from 79% to 58.9% for carbamylation rate ; from $1.94 {\mu}M/m^2$ to 1.58{\mu}M/m^2$ for amount of rubisco. These results suggests that the decrease in rubisco activity at high $CO_2$ was caused by carbamylation. The analysis of the preparation by SDS-PAGE showed two major polypeptides at 50 and 14.5 kD which were identified as the large and the small subunits of rubisco. There were no differences in the intensity compared high $CO_2$ to normal $CO_2$ in both 50 kD and 14.5 kD bands. We also found that these inhibitory effects of $CO_2$ were reversible. When high $CO_2$ was switched to normal $CO_2$, the parameters of rubisco changed were almost the same as normal rubisco parameters. These data provide an evidence that activity of rubisco was recovered by $CO_2$ concentration of 350 ppm.
Rubisco의 parameter들을 측정하는 것은 광합성 연구에 대단히 중요한데, 본 연구에서는 방사성통위 원소를 사용하는 방법 이 아닌 photometric assay 방 법을 사용하여 parameter를 측정하였다. Rubisco 의 activation과 carbamylation에 미치는 고 CO2 놓도의 효과를 연구하기 위하여, 정상 $CO_2$ 농도 (350 ppm)와 고 $CO_2$ 농도(650 ppm)에서 기른 kidney bean (Phaseolus vulgaris L.) 잎을 각각 재료로 하여, dual beam(334 nm9-} 405 nm) spectrop photometer를 사용하여 rubisco의 initial activity 와 total activity, carbamylation rate 및 量을 측정 비교하였으며, SDS-PAGE에 의해 rubisco의 전기 영통 profile을 분석하였다. 정상 $CO_2$ 농도에서의 initial activity와 total activity는 $41.2{\mu}M/m^2/s 와 52.2{\mu}M/m^2/s$이며, 고 $CO_2$ 농도에서는 $27.4{\mu}M/m^2/s 와 46.1{\mu}M/m^2/s$로서, 350 ppm에서 650 ppm으로 $CO_2$ 농도를 증가시키면 rubisco의 initial activity와 total activity가 갑소되었다. 또한 carbamylation율도 정상 $CO_2$ 농도에서는 79%이며, 고 $CO_2$ 농도에서는 58.9%로서, $CO_2$ 농도의 증가에 따라 감소되 었다. Rubisco 의 量은 정상 $CO_2$농도에서는 $1.94 {\mu}M/m^2$$ 임에 반해 고 $CO_2$ 농도에서는 $1.58{\mu}M/m^2$ 로서, $CO_2$2 농도는 증가되었는데 그 量은 감소되었다. 이와 같이 고 $CO_2$농도에셔 rubisco의 activity가 감소되는 것은 rubisco의 carbamylation에 기인되는 것으로 생각된다. SOS-PAGE 분석에서 50kO 분자량의 large s subunit와 14.5 kO의 분자량을 가지는 small subu n mt를 동정하였는데, 고 $CO_2$ 농도와 정상 $CO_2$ 농도 의 50kD와 14.5 kO band의 intensity를 비교하면 두 구 사이에 큰 차이가 발견되지 않았다. 고 CO2 농도에서 정상 $CO_2$ 농도로 switch한 rubisco의 parameter는 정상 $CO_2$ 농도에서의 par rameter와 거의 비슷한 값을 나타내였는데, 이는 350 ppm의 정상 $CO_2$ 농도에 의해 rubisco의 activ vity가 회복되었음을 의미한다.
