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发光细菌的发光机理的研究表明，不同种类的发光细菌的发光机理是相同的，是由特异性的荧光酶（LE）、还原性的黄素（FMNH2）、八碳以上长链脂肪醛（RCHO）、氧分子（O2）所参与的复杂反应，大致历程如下：
FM NH2+LE → FMNH2·LE+ O2 → LE·FM NH2·O2
+ RCH O →LE·FMNH2·O2·RCH0 → LE+ FM N +H2O+RCOOH+光
概括的说就是，细菌生物发光反应是由分子氧作用，胞内荧光酶催化，将还原态的黄素单核苷酸（FMNH2）及长链脂肪醛氧化为FMN 及长链脂肪酸氧化，同时释放出发光强度max在波长为450-490nm处的蓝绿光。其中三步反应产生三种中间产物，寿命极短，很难分离出来。
荧光素酶是生物体内催化荧光素或脂肪醛氧化发光的一类酶的总称，细菌荧光素酶是含α、β两个多肽亚基的单加氧酶，只有两个亚基共存时才有活性。从不同海洋细菌中提取到的细菌荧光素酶其分子量差别较小。王安平等分离纯化了东方弧菌的荧光酶并对其酶学性质进行了研究，分离得到了两个分子量分别为44 kD和41 kD的亚基，该酶反应的最适合的温度在l8℃ ，超过25℃酶即迅速失活。
