Réaction enzymatique

La bioluminescence est une forme de luminescence comme la fluorescence, la phosphorescence ou encore la chimiluminescence.

La luminescence consiste en une émission d’un rayonnement faisant suite à une excitation non thermique (contrairement à l’incandescence).

Dans le cas spécifique de la bioluminescence, elle est le résultat de réactions chimiques qui peuvent être regroupées en 5 catégories différentes :

a)      l'oxydation de la luciférine par la luciférase

b)      l'oxydation précédée par une activation du substrat

c)      l'oxydation du substrat précédée d'une réduction

d)     la peroxydation du substrat

e)      les systèmes préchargés : la lumière est émise sans réaction chimique.

Détaillons les deux premières catégories, la première qui est la réaction la plus simple , la seconde qui a de multiples applications dans l’industrie.

La réaction chimique implique une molécule (la luciférine) et une enzyme (la luciférase), située par exemple dans une glande ou sous la peau des animaux bioluminescents. La réaction mise en jeu est bien souvent une oxydation du complexe formé des deux entités que sont la luciférine et la luciférase.

La luciférine, lorsqu’elle se trouve en présence de la luciférase, est convertie en oxyluciférine, dans une état excité et énergiquement instable. Le retour à l'état stable s'accompagne de l'émission d'un photon.

Une substance fluorescente peut intervenir dans le mécanisme réactionnel. Dans ce cas, l'énergie emmagasinée dans le complexe sert à exciter cette substance qui servira d'émetteurs de photons.

Les luciférines appartiennent à différents groupes chimiques,

On ne peut donc pas définir pour les luciférines une structure unique.

On ignore encore comment ces composés sont synthétisés par l'animal. On a seulement pu observer que certaines luciférines étaient directement transmises d’une organisme vivant à un autre par le biais de la chaîne alimentaire.

Représentation de la luciférine :

Schéma du mécanisme réactionnel :

Voici la schématisation simplifiée de la réaction :

 

La schématisation complexe se trouve sous cette forme :

 

Cas particulier de la luciole :

Chez la luciole la luciférine est d’abord activée par de l’ATP (l’Adénosine TriPhosphate sert chez les végétaux de transporteur d’énergie) en présence d’ions magnésium. L’ATP fournit l’énergie nécessaire à la première phase de la réaction enzymatique. Cette propriété est fréquemment utilisée dans de nombreuses applications industrielles (voir le chapitre des applications de la bioluminescence)

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