La bioluminescence

Jacques Livage

Collège de France

www.ccr.jussieu.fr/lcmc

rubrique ‘ cours du Collège de France ’

Aristote

Luminescence de la mer lorsqu’on agite l’eau

due à des micro-organismes planctoniques

Thomas Bartholin(1616 - 1680)

de luce animalium1647

luciole

Robert Boyle(1627 - 1691)

Montre que la bioluminescence de champignons ou de bactéries

ne se produit qu’en présence d’oxygène

Raphael Dubois 1886

Deux fractions d ’un broyat d’organes luminophores de lucioles

1. la luminescence cesse au bout d’un certain temps

2. mis dans l ’eau bouillante de donne pas de luminescence

1 + 2 la luminescence réapparaît

Réaction enzymatiquesubstrat non sensible à la chaleur

enzyme dénaturée à 100°C

1. la luminescence cesse épuisement du substrat

2. Eau bouillante dénaturation de l’enzyme

1(enzyme) + 2 (substrat) la luminescence réapparaît

Bioluminescence

luciférine peroxyluciférine [P*] P + hluciférase

O2

Catalyse enzymatique (luciférase)

de l’oxydation

d’un substrat (luciférine) par l’oxygène

rendement ≈ 90%

L’oxydation peut être précédée d’une activation du substrat (luciole)

Activation de la luciférine par l’ATP en présence d’ions Mg2+

formation d’un complexe ‘ luciférine-luciférase-AMP ’

et élimination de pyrophosphate

Oxydation de la luciférine en peroxyluciférine

relaxation du complexe activé avec émission de photons

cyclisation du peroxyde puis décarboxylation

bactéries

Grande variété de luciférinescélentérazine

dinoflagellés

lucioles

vargulin

Ver luisantfemelle du Lampyre

(coléoptère)

Les organes luminescents sont situés dans les 3 derniers segments de l’abdomen

Lampyris nocticula

L’œil du mâle est très gros de façon à mieux percevoir les signaux lumineux de la femelle

Lampyris nocticula

mâle ailé

Lucioles

nombreux signaux périodiques

émis simultanémente et en phase

par l ’ensemble des mâles

auxquels la femelle répond pour attirer les mâle

Le mâle vole tandis que la femelle reste à terre

larveluciole

La recherche(12.04)

La ‘femme fatale’

Thomas Eisner et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 94 (1997) 9723

Photuris versicolor

Après l’accouplement, la femelle émet des signaux

correspondant à d’autres espèces de lucioles

afin d’attirer leurs mâles et de les dévorer

Photinus ignitus Photinus marginellus

Ces lucioles produisent des substances (pyrones stéroïdiennes)

qui les protègent contre leurs prédateurs(araignéees, grives, …)

Protection de la femme fataleet de sa descendance

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Le ‘ railroad worm ’ (phengodidae)

têteabdomen

650 nm570 nm

double luminescence

rouge ( ≈ 550 nm) sur la tête

verte ( ≈ 620 nm) sur le reste du corps

Les ‘ railroad worms ’ : phengodidae

Luminescence de E. coli génétiquement

avec les gènes responsables

des luminescences rouge et verte

Du railroad worm Phrixotrix

Bactéries génétiquement modifiées avec les gènes

responsables de la bioluminescencede l ’Aequorea victoria

Green Fluorescent Proteins

Aequorea victoria

O. Lev et al. Chem. Mater. (2002)

Fluorescence des bactéries génétiquement modifées

Fluorescence après différents

temps d ’incubation

0

140 mn

260 mn

340 mn

420 mn

480 mn

Green Fluorescent Protein

Réponse de E. coli à l’addition des protéines

Souche de E. coliporteuse du plasmide pPBG11

cultivée en présence de

l’inducteur de protéines GFP

La bioluminescence est très répandue

Bactéries

Champignons

Insectes

luciole

ver luisant

Bioluminescence marine