<h1>서 론</h1><p>생명체의 가장 홍미로운 특성중의 하나는 환경조건의 변화에 적응하는 능력이다. 생명체들은 효소의 생합성 정도를 변화하거나 활성을 조절함으로써 대사과정의 항상성을 유지할 수 있다. 어류가 저산소조건의 환경에 순응하는 과정에서 대사를 줄이거나 혐기적 대사를 활성화하므로 혐기적 대사에 관여하는 젓산탈수소효소(EC 1.1.1.27, lactate de-hydrogenase, LDH) 의 활성이 어떻게 변화하는지는 흥미로운 일이다. LDH 동위효소의 온도, 용존산소 및 \( \mathrm{pH} \)에 따른 효소활성의 변화, 역학적 특성, 구조적 특성 및 기능에 관한 연구들이 어류에서 이루어졌으며 조직에서 혐기적 대사와 호기적 대사의 정도는 LDH와 시트르산 합성효소(EC 4.1.3.7, citrate synthase, CS)의 비(LDH/CS)로 연구되었다. 호기적 조건에서 피루브산은 미토콘드리아로 들어가 아세틸 CoA로 전환되고 CS에 의해 시트르산을 생성하므로 CS는 산화적 대사의 지표로 사용된다. 그리고 젖산은 운동 중에 혐기적 대사로 인해 생성되는 노폐물로 피로를 유발한다고 알려져 왔으나 최근에 활성대사물 또는 신호화합물로서 작용하여 monocarboxylate transporter (MCT) 계를 통해 세포로 들어가 피루브산으로 전환되어 산화될 수 있고, 포도당을 형성할 수 있다는 새로운 가설이 보고되었고, 특히 뇌 조직에서 젓산을 주된 에너지원으로 사용한다고 보고되었다.</p><p>LDH는 \( \mathrm{NAD}^{+} \)-oxidoreductase로서 피루브산과 젓산의 상호전환 반응을 촉매하며 \( L d h-A\),\( L d h-B \) 및 \( L d h-C \) 유전자에 의 한 하부단위체 \(\mathrm{A}\), \(\mathrm{B}\), \(\mathrm{C}\)로 구성된 \(\mathrm{MW} 140,000\)정도의 사량체이다. LDH A4 동위효소는 피루브산을 젖산으로 전환하는 pyruvate reductase로서 골격근과 같은 혐기적 조직에서 우세하고 \( \mathrm{B}_{4} \) 동위효소는 젓산을 피루브산으로 전환하는 lactate oxidase로서 심장과 같은 호기적 조직에서 우세하므로, 동위효소는 대사생리학적 수준에서 적응 양상을 밝히는 좋은 수단이 되어왔다. 조직 내 피루브산 농도가 높을 경우, 호기적 조직에서는 \(\mathrm{LDH}~\mathrm{B}_{4} \) 동위효소의 기능이 억제되어 젓산 축적이 제한되지만 혐기적 조직에서는 \( \mathrm{A}_{4} \) 동위효소의 활성이 증가되어 젖산이 축적된다. \( \mathrm{C}_{4} \) 동위효소는 경골어류 농어목에서는 눈과 뇌 조직에서 eye-specific \( \mathrm{C}_{4} \) 동위효소가 발현되고, 잉어목의 간 조직에서는 liver-specific \( \mathrm{C}_{4} \) 동위효소가 발현되지만, 일부 어류 군에서는 \( L d h-C \) 유전자가 발현되지 않았다.</p><p>따라서 여름철에 공기호홉 어류는 각 조직의 필요에 따라 LDH 동위효소를 조절하여 호기적 대사는 줄이고 혐기적 대사를 증가시켜 조절하였다. 그러나 공기호홉을 하는 Channa punctaurs의 수생 호흡 유충은 공기가 부족하면 \(\mathrm{LDH}~ \mathrm{A}_{4} \) 보다 \( \mathrm{B}_{4} \) 를 일시적으로 발현하고 공기호흡을 하는 성체는 공기가 부족하면 심장에서 \( \mathrm{A}_{4} \) 를 증가하고 \( \mathrm{B}_{4} \) 는 서서히 감소하였다. 또한 꺽지와 모래무지를 증가된 용존산소에 급격히 순응시킨 경우 골격근에서는 \( \mathrm{A}_{4} \) 동위효소가 증가되나 심장에서는 \( \mathrm{B}_{4} \) 가 조금 증가되어 기존의 LDH 기능에 대한 설명과 일치하지 않았고, 모래무지가 꺽지에 비해 LDH 활성이 크게 증가되고 동위효소의 변화도 크게 나타났으며 \( \mathrm{C}_{4} \) 동위 효소는 lactate oxidase로서 대사를 조절하였다. 모래무지에서 온도를 증가 했을 경우 \( L d h-A \) 와 \( L d h-B \) 만 발현되는 조직에서는 발현 정도가 큰 하부단위체가 감소하므로 골격근에서는 \( \mathrm{A}_{4} \), 심장에서는 \( \mathrm{B}_{4} \) 가 감소하였고, \( L d h-C \) 가 발현된 간 조직은 \( \mathrm{C}_{4} \) 를 증가시켜 조절하는 것으로 나타났다. 즉 생명체가 어떤 환경조건에 적응되어 진화되었는지에 따라 습성과 행동 양식이 다르고, Ldh 발현도 다르게 조절되어 LDH 동위효소의 일반적인 기능에 따르지 않는 것으로 볼 수 있다. 따라서 LDH 동위효소의 기능에 대해 연구하기 위해 특수한 환경에 서식하는 종을 선택하여 LDH 동위효소의 특성에 대해 살펴보고자 하였다.</p><p>본 연구에서는 기수 환경에 서식하여 물속과 물 밖의 생활에 적응되어 있는 풀망둑을 시료로 선택하였고, LDH 동위 효소의 발현 양상을 연구하여 대사를 확인하고, LDH의 촉매적 특성과 역학적 특성을 살펴봄으로써 환경에 적응되어 진화하는 과정에서 LDH의 역할을 이해하고자 하였다.</p>
호기적 조직에서 우세한 LDH 동위효소는 뭐야?
\( \mathrm{B}_{4} \) 동위효소