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La bioluminescence, une réaction enzymatique
 

La base de la bioluminescence est une réaction enzymatique. Lorsqu'un être vivant veut créer sa propre bioluminescence pour se protéger ou s'accoupler, cette lumière est produite par une réaction chimique dans l'organisme.
Bien sûr, cette réaction est spécifique d'un enzyme et d'un substrat qui se rencontre au hasard de l'agitation moléculaire.

Le mécanisme chimique de ce phénomène a été mis en évidence par Raphaël Dubois lors d'une expérience qu'il a effectué sur des Lucioles au siècle dernier.
L'étude de ce système biochimique à montré que la réaction implique la Luciférine comme substrat, de la Luciférase comme enzyme. Ici, le nom "Luciférine" est un nom général sans signification chimique car il existe une très grande diversité de molécules substrat qui produisent de la lumière sous l'action de la luciférase.

Ici, on peut voir une représentation chimique de la Luciférine sous la forme de CRAM :

Après la guerre, l'américain W.D McElroy démontra que cette réaction de bioluminescence nécessitait aussi de l'oxygène et de l'ATP en présence de l'ion divalent magnésium. ( Mg2+ )

Voici les différentes étapes de la réaction :

-> Au début de la réaction, l'ATP se lie avec le substrat ( la luciférine ) après avoir été lié avec l'ion magnésium. ( l'ATP ne sert pas de molécule énergétique ) En effet, le complexe MgATP sert de support pour la luciférase.

-> Ensuite la Luciférine va réagir avec l'enzyme ( la Luciférase ) et donner une forme intermédiaire, la Luciférine adénylate. On a par la même occasion une libération de Pyrophosphate.

-> Sur ce complexe, l'oxygène va réagir en donnant l'Oxyluciférine, un peroxyde qui va rapidement ce cycliser après une libération d'AMP ( Adénosine-5'-monophosphate )

-> Cette molécule, dans un état électronique excité, retourne à l'état stable avec émission d'un photon ( lumière ) et formation de CO2. Par la même occasion, l'enzyme se libère pour aller catalyser une autre réaction.

Voici la schématisation simplifiée de la réaction :

La schématisation complexe se trouve sous cette forme :

La réaction de bioluminescence présente un temps de latence de 25 ms puis cette réaction augmente rapidement jusqu'à son maximum au bout de 300 ms. Le pic maximum de la luminescence est suivi d'une d'une dégradation due à l'inhibition par le produit de la réaction, l'oxyluciférine.

Le spectre de la bioluminescence de Luciole, présente un maximum à 560 nm mais celui-ci peut varier. Chez les animaux marins, le spectre est beaucoup plus petit. Ce spectre peut également être modifié en fonction du pH et de la température. Ainsi au pH neutre, dans les conditions normales, la lumière émise est jaune-verte. Si le pH est acide, cette lumière devient rouge. Pour des températures supérieures à 25°C la lumière émise est aussi rouge.
 
Voici une animation simplifié en flash avec quelques explications que nous avons réalisé :
 
Cliquez ici pour la voir.