Comment les animaux créent-ils de la bioluminescence ?

     Les produits de la réaction de chimiluminescence et de la bioluminescence sont similaires : en effet ils produisent tous deux de la lumière et d'autres produits. On peut donc supposer que leur mode de fonctionnement est à peu près identique.

     Nous allons maintenant tenter de trouver le rôle des différents réactifs de la bioluminescence (luciférine, luciférase, ATP et O2) par comparaison avec celui des réactifs de la chimiluminescence.

 

     Tout d'abord nous chercherons à savoir ce qui dans la bioluminescence joue le rôle du Luminol :

On sait que le luminol s'oxyde, grâce au dioxygène produit par les deux autres réactifs, puis se désexcite en émettant un photon, responsable de la luminescence. On sait également que c'est la luciférine qui s'oxyde dans une réaction de bioluminescence. On peut donc en déduire que c'est aussi elle qui se désexcite et est responsable de l'émission de luminescence. De plus dans la chimiluminescence on sait que le Luminol nécessite une aide pour s'oxyder car il y a du dioxygène dans l'air mais lorsqu'on met du luminol dans un tube à essai, seul, on ne remarque aucune réaction. On peut donc en conclure que la luciférine a besoin d'une aide, ou catalyseur, puisqu'elle semble fonctionner comme le Luminol. Il nous faut donc chercher ce qui pourrait jouer le rôle de catalyseur dans la réaction de bioluminescence.

 

     Premièrement on sait que la Luciférine toute seule ne peut pas s'oxyder, en revanche lorsqu'elle forme un complexe avec la Luciférase elle peut s'oxyder. La Luciférine est donc une protéine substrat, c'est à dire une molécule qui après s'être liée à une enzyme, ici la luciférase, peut se transformer en un ou plusieurs produits. Ces deux molécules sont donc des molécules symbiotiques qui s'associent étroitement et se prêtent un appui mutuel.

 

     Cependant ce complexe est semblable au Luminol puisque la Luciférase n'a pas d'équivalent dans la chimiluminescence, c'est à dire que le Luminol n'a pas besoin de s'associer à une autre molécule. Et, encore une fois, le Luminol ne s'oxyde pas seul, la réaction de chimiluminescence nécessite un catalyseur pour se faire : le ferricyanure de potassium qui accélère la réaction d'oxydo-réduction du peroxyde d'hydrogène. Il agit comme une source d'énergie. Nous cherchons donc dans la bioluminescence un élément connu pour apporter de l'énergie. On sait que l'ATP entre en jeu dans la réaction de bioluminescence et cette molécule est bien connue pour jouer le rôle de catalyseur dans de nombreuses réactions en apportant de l'énergie. Sachant cela on peut supposer que c'est l'ATP qui catalyse et donc permet la réaction de bioluminescence en apportant l'énergie nécessaire à l'oxydation de la luciférine associée à la luciférase (voir fonctionnement de l'ATP page suivante)

 

     Grâce à la comparaison avec la chimiluminescence nous avons pu déterminer le rôle de chacun des réactifs de la bioluminescence. Nous pouvons donc maintenant déterminer l'équation bilan de la réaction de bioluminescence :

 

Luciférine + luciférase + O2 + ATP = oxyluciférine + AMP + 2P + photons

 

En résumé :

Luciférine         -  Luminol

Luciférase           pas de correspondance dans la chimiluminescence

ATP                  Ferricyanure de potassium

O2                    O2 produit par l'oxydo-réduction du peroxyde d'hydrogène