The bacterial luciferase of P. fischeri is known to catalyze the concomittant oxidation of $FMNH_2$ and long chain aliphatic aldehyde(RCHO) by use of molecular oxygen to FMN and the corresponding carboxylic acid(RCOOH) resulting a blue green luminiscence which has emission peak at 480-490 nm. We consider the reaction of $FMNH_2$ with molecular oxygen as the activation of kinetically inert dioxygen for the effective oxidation of real substrate that is, RCHO to RCOOH.
For the elucidation of the properties of the high energy intermediate(HEI) which is believe to be involved in the oxidation pathway of RCHO and also excitation step of the direct emitter, 6,7-dimethyl-8-ribityl lumazine(LMZ) which is the cofactor of the blue fluorescent protein(BFP) associated to the bacterial luciferase in vivo, the dependence of the initial maximum intensity of light production (Io) on the enzymatic activity in the stopped-flow assay system is demonstrated, and the substrate specificity of the enzyme for aldehyde, the various inhibition factors and the thermal stability is considered.
By comparison of this reaction with various type of monooxygenation, the possible structure of HEI is proposed. We examine the effects of the chemicals that affect the production and cleavage of the structure on the total bioluminescence reaction to confirm this proposition and to make clear the mechanism of the intermolecular energy transfer resulting the elevation of the LMZ to its electronic excited state coupled with conversion of HEI to RCOOH.
해양 세균인 Photobacterium fischeri 의 발광 효소인 루시퍼라제는 분자 산소를 이용하여 $FMNH_2$ 와 긴사슬을 갖는 알데히드를 FMN 과 해당되는 카르복실 산으로 산화시키는 과정에서 발광 스펙트럼의 최대값이 480 - 490 nm 에 해당되는 빛을 내는 것으로 알려져 있다. 우리는 여기서 $FMNH_2$ 와 분자 산소간의 반응이 동력학적으로 반응성이 작은 분자 산소를 흥분시켜 이 반응의 참 기질인 알데히드를 카르복실 산으로 산화 시키는 것을 용이하게 하는 역할을 한다고 보았다.
이 알데히드의 산화 과정에서 생성되어 직접적인 발광체인 6,7-디메칠-8-리비틸 루마진의 여기상태로의 전환에 참여 하리라고 믿어지는 고 에너지 함유 중간체 (HEI) 의 성격을 규명하기 위하여 이 반응에서 생성되는 광량자의 초기 최대 값이 효소의 활동도에 비례함을 stopped-flow 기구에서 확인하고 효소의 알데히드에 대한 기질 특성과 여러가지 반응 저해 요인 그리고 열역학적 안정도를 고찰하고 여러 종류의 이중결합에 단원자 산소 삽입 반응들을 고찰하여 알데히드의 경우에 적용함으로써 가능한 고 에너지 함유 중간체의 구조를 제시하였다.
이외에 이러한 고 에너지 함유 중간체의 특이한 구조의 형성과 소멸에 영향을 주는화학물질 들이 전체 발광반응에 어떻게 영향을 주는 가를 고찰함 으로써 이 구조를 확인하고자 시도 하였으며 이 고 에너지 함유 중 간체가 카르복실 산으로 전환되는 과정에서 최종 발광체가 그 전자 여기상태로 전환되는 분자간 에너지 전달 기작을 규명하고자 시도하였다.
