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반딧불이 발광의 수수께끼

전문가 제언: ○ 반딧불이에는 루시페라아제라는 발광을 일으키는 효소를 가지고 있어 저온에서 아름다운 색을 발광하는 능력을 가지고 있으므로, 예로부터 수많은 문학작품에서 그 아름다움에 대한 예찬을 받아왔으나 반딧불이의 발광반응은 분자생물학이나 세포생물학 연구는 물론 생체내의 분자 이미징 등의 기초의학 연구에서도 널리 이용되고 있는 중요한 반응이다.

– 이 발광반응의 최대의 수수께끼는 발색광의 제어 메커니즘이다. 오랫동안 어둠 속에 묻혀있던 루시페라아제에 의한 발색광이 루시페라아제의 반응과정의 각 단계의 결정구조의 정밀한 해석을 통하여 그 전모가 명확하게 밝혀지게 되었다.

○ 반딧불이의 발광반응은 발광효소인 루시페라아제(EC 1,13,12,7)에 의해 발광기질의 화학에너지가 광으로 변환되기 때문에 나타난다. 발광반응은 2단계로 진행되는데 먼저 발광기질 루시페린의 카르복시기가 ATP 위의 인산기를 공격하여 루시페릴 AMP 중간체를 일단 생성시키고 피로인산(PPi)이 방출된다.

– 다음으로 산소가 이 중간체와 반응하여 AMP와 이산화탄소와 함께 여기상태의 옥시루시페린이 생성되고 이러한 여기상태로부터 바닥상태로 돌아갈 때 에너지를 가시광으로 방출한다. 이 에너지 변환의 양자수율은 아주 높아서 거의 90%에 이른다.

– 발광색의 변화는 발광할 때의 옥시루시페린은 케토-엔올 호변이성화가 일어나며 엔올형이 황록색, 케토형이 적색으로 발광한다는 설이 제기되었다.

○ 본고에서는 반딧불이의 발광반응 과정에서 생성되는 효소의 복합체의 X-선 결정구조를 조사하여 발색광의 제어 메커니즘에 대한 연구 결과를 소개하고 있는데 생체 내의 이미징 기술과 관련하여 매우 흥미 있는 결과를 제시하고 있다.

저자: Hiroaki Kato, Toru Nakatsu
자료유형: 학술정보