TPE De Nelly LAM, Erin PACQUETET et Elyne KERMANN 1ereS1 La bioluminescence TPE De Nelly LAM, Erin PACQUETET et Elyne KERMANN 1ereS1

Sommaire Problématique : Comment les animaux produisent-ils et se servent-ils de la bioluminescence et comment l’homme s’en sert-il ? I- Le phénomène dans la nature • Le processus • L'utilisation II- Utilisation par l'homme • Médical • Agro-alimentaire • Et dans d'autres domaines

I. Le phénomène dans la nature La bioluminescence peut avoir lieu à l'intérieur de la cellule (on parle alors d’une réaction intracellulaire) ou à l'extérieur (extracellulaire). Mais la bioluminescence peut être également  générée par des bactéries symbiotiques hébergées au sein même de l’organisme.

Une réaction Extra-cellulaire ATP Mg ATP Mg Émission d'un photon Luciférine (substrat) Une réaction Extra-cellulaire Transfert d'énergie O 2 Luciférase (enzyme) Complexe oxydé Complexe excité

Lors de l’excitation du complexe luciférine/ luciférase, le complexe va devenir instable. Dans la molécule, un électron tourne au tour du noyau. Grâce à des apports en énergie, il passe dans une couche électronique plus élevée. Mais dès lors que cet apport en énergie n'est plus suffisant, il retourne dans sa couche initiale libérant ainsi l'énergie accumulée sous la forme de photon

(Luciférine + ATP) + (Luciférase + O²) => Oxyluciférine + Photons Réaction simplifiée : (Luciférine + ATP) + (Luciférase + O²) => Oxyluciférine + Photons

Une réaction Intra-cellulaire Les photocytes peuvent être soit répartis dans tout l'organisme, soit regroupés dans des organes lumineux appelés photophores. En général les photophores se forment au niveau de l'épiderme. Leur structure est assez complexe : du côté interne, ils possèdent un réflecteur doublé par une couche de cellules de couleur opaque qui réfléchit les rayons lumineux émis par les photocytes et les renvoie vers l’extérieur. La direction des rayons lumineux peut être contrôlée par une lentille située dans l'ouverture du photophore. Les zones lumineuses renferment des cellules spécialisées appelées photocytes. En effet, dans la région lumineuse de l’animal, des cellules contenant les substances luminescentes sont reliées vers l’extérieur par un canal lui même relié aux photocytes. Dans ce cas, les produits luminescents ne sont pas libérés dans le milieu extérieur mais dans les photocytes. Une réaction Intra-cellulaire Le contrôle de l’émission de lumière peut se faire de deux manières : directe et indirecte.

Une réaction symbiotique La bioluminescence des bactéries symbiotiques se fait selon un principe de perception : Une bactérie seule ne pourra pas produire de lumière, elle devra être en colonie avec d’autres bactéries de la même espèce . Ceci est dû à la production d’un auto-inducteur qui n’est exprimé en quantité suffisante que lorsque la bactérie sent la présence d’individu de son espèce autour d’elle. Cet auto-indicateur vas permettre à la bactérie et à toutes les bactéries voisines de produire de plus en plus d’auto-inducteur ce qui active les gènes codant pour les voies métaboliques de la bioluminescence. Les bactéries ont une bioluminescence continue, c’est donc l’organisme hôte qui, par les mêmes mécanismes que précédemment, régulera ou non son émission de lumière. Une réaction symbiotique

L’attaque

Le camouflage Poisson Hachette

La parade nuptiale Le poulpe Japetella

La défense Un spécimen d'Amphipholis squamata

II. L’utilisation par l’homme L’ATP (adénosine triphosphate) est présent dans toutes formes de vies, les applications en microbiologie sont donc basées sur le prélèvement des micro-organismes. En biotechnologie, la bioluminescence a permis le développement de l’ATPmétrie : technique permettant de mesurer la biomasse présente dans un échantillon à l’aide d’un luminomètre. L’ATP (présent dans tous les organismes vivants) permet de détecter des traces de bactéries dans un produit. L'intensité de la lumière émise lors du test est liée à la masse de bactéries présentes dans l'échantillon.

Le domaine médical

Le domaine agro-alimentaire

Environnement: Divers: La bioluminescence est également utilisée dans ces domaines : Environnement: - Traitements des eaux résiduaires - Suivi de décharge - Evaluation de l'activité microbienne - Tests de toxicité Divers: - Stérilité de produits cosmétiques - Contrôle de la dégradation des textiles par des agents microbiens - Armes bactériologiques Des détecteurs électroniques spéciaux, utilisant la bioluminescence, ont été placés dans des sondes spatiales pour traquer la présence de formes de vie dans l’'espace.