Sodium/proton exchange in halotolerant cyanobacterium Aphanothece halophytica

• Main Author: Aporn Bualuang (Author)
• Other Authors: Aran Incharoensakdi (Contributor), Chulalongkorn University. Faculty of Science (Contributor)
• Format: Book
• Published: Chulalongkorn University, 2009-01-29T07:05:04Z.
• Subjects: Thesis
• Online Access: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/8737
• Other title: การแลกเปลี่ยนโซเดียม/โปรตอนในไซยาโนแบคทีเรียทนเค็ม Aphanothece halophytica
• Notes: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/8737
• Keywords: Cyanobacteria -- Biotechnology; Sodium; Protons; Chemical kinetics

Thesis (M.Sc.)--Chulalongkorn University, 2006

The halotolerant cyanobacterium Aphanothece halophytica grown under non-stress (0.5 M NaCI) and stress condition (2.0 M NaCI) provided a maximal Na[superscript+]H[superscript +] exchange when the optical density of culture reached 0.5-0.9 (7[superscript th] day). The Na[superscript +]H[superscript +] exchange of Aphanothece was shown to be dissipated by protonophores, namely valinomycin and CCCP. Na[superscript +]H[superscript +] exchange was strongly inhibited by monensin. Orthovanadate and DCCD also inhibited Na[superscript +]H[superscript+] exchange. Amiloride, a Na[superscript +]H[superscript +] antiporterer inhibitor, showed inhibition of Na[superscript +]H[superscript +] exchange. The Na[superscript +]H[superscript +] exchange was sensitive to sodium azide, an ATP formation inhibitor. These results strongly favour the concept that respiratory energy is used for proton efflux and that the resulting proton motive force may be involved in Na[superscript +]H[superscript +] exchange. A role for antiport activity in pH regulation can also explain the activity of Na[superscript+]H[superscript +] exchange over a broad pH range extending to the alkaline condition (pH 5.0-10.0). The cation/H[superscript +] exchange activity was observed when either mono-valent cations Na[superscript +], K[superscript +], Li[superscript +]) or di-valent cations (Ca[superscript 2+] and Mg[superscript 2+]) served as a cation. The K[subscript m] values for Na[superscript +], Ca[superscript 2+], and Li[superscript +] were 23.7, 4.4 and 36.0 mM, respectively, whereas the Vmax values were 15.0, 14.5 and 16.0% fluorescence respectively.

ไชยาโนแบคทีเรียทนเค็ม Aphanothece halophytica สามารถเจริญเติบโตได้ภายใต้สภาวะแวดล้อมที่มี ความเข้มข้นของเกลือโซเดียมคลอไรด์ 0.5 โมลาร์ (สภาวะปกติ) และ 2.0 โมลาร์ (สภาวะเครียด) มีกลไก ในการขับโซเดียมออกจากเซลล์เป็นการรักษาระดับโซเดียมภายในเซลล์ให้เหมาะสมเพื่อไม่ให้เป็นอันตราย ต่อกระบวนการเมแทบอลิซึม การแลกเปลี่ยนโซเดียม/โปรตอนเป็นกลไกหนึ่งในการควบคุมปริมาณ โซเดียม ภายในเซลล์งานวิจัยนี้ ทำการศึกษาแลกเปลี่ยนโซเดียม/โปรตอนในไซยาโนแบคทีเรียทนเค็ม Aphanothece halophytica พบว่าเซลล์ที่เติบโตเหมาะสมเมื่อความขุ่นของเซลล์ที่ค่าการดูดกลืนแสง 730 นาโนเมตร อยู่ในช่วง 0.5-0.9 หรือเซลล์ในช่วงระยะแบ่งเซลล์ พบการแลกเปลี่ยนโซเดียม/โปรตอนสูงที่สุด จึงนำเซลล์ในช่วงนี้มาทำการติดตามแอกทิวิดีต่อไป โดยทำการศึกษาผลกระทบของตัวยับยั้งพลังงาน และ ไอโอโนฟอร์ชนิดต่างๆ ต่อการแลกเปลี่ยนโซเดียม/โปรตอน พบว่า valinomycin, CCCP, vanadate และDCCD ซึ่งตัวยับยั้งดังกล่าวทำลายเกรเดียนท์ของโปรตอนและเกี่ยวข้องกับความต่างศักย์ของไอออนมีผล ในการยับยั้งการแลกเปลี่ยน อีกทั้ง monensin เกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนโซเดียม ให้ผลยังยั้งเช่นกัน amiloride ซึ่งเป็นตัวยับยั้งที่จำเพาะกับโซเดียม/โปรตอนแอนติพอร์เตอร์ต่อแบคทีเรีย ตอบสนองต่อ แอคทิวิตีของแอนติพอร์ตเตอร์เช่นกัน นอกจากนี้การแลกเปลี่ยนโซเดียม/โปรตอนยังถูกยับยั้งด้วย sodium azide อีกด้วย ซึ่งจากผลการลองแสดงว่า การแลกเปลี่ยนโซเดียม/โปรตอน เกี่ยวข้องกับเกรเดียนท์ของ โปรตอนและเกี่ยวข้องกับความต่างศักย์ของไอออนต่อมาศึกษาบทบาทของความเป็นกรด-ด่างต่อการ แลกเปลี่ยนโซเดียม/โปรตอนพบว่า สามารถทำงานได้ในช่วงกว้าง pH 5.0-10.0 นอกจากนี้ ไอออนอื่น อาทิ โปแทสเซียม ลิเทียม แคลเซียม และแมกนีเซียมมีการแลกเปลี่ยนกับโปรตอนได้ ต่อมาศึกษาผลทาง จลนพลศาสตร์ต่อการแลกเปลี่ยนโซเดียม/โปรตอนพบว่า เซลล์มีค่าคงที่ของ Michaelis-menten ต่อ โซเดียม แคลเซียม และลิเทียม ไอออน เท่ากับ 23.7, 4.4 และ 36.0 มิลลิโมลาร์ ตามลำดับ และมีค่าอัตราเร็ว สูงสุดเท่ากับ 15.0, 14.5 และ 16.0% fluorescence ตามลำดับ