La bioluminescence Collège de France Jacques Livage 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 de luce animalium (1616 - 1680) de luce animalium 1647 luciole

Montre que la bioluminescence de champignons ou de bactéries 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 substrat non sensible à la chaleur enzyme dénaturée à 100°C Réaction enzymatique 1. la luminescence cesse épuisement du substrat 2. Eau bouillante dénaturation de l’enzyme 1(enzyme) + 2 (substrat) la luminescence réapparaît

Bioluminescence Catalyse enzymatique (luciférase) de l’oxydation d’un substrat (luciférine) par l’oxygène luciférine peroxyluciférine [P*] P + hn luciférase O2 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

cyclisation du peroxyde puis décarboxylation relaxation du complexe activé avec émission de photons

Grande variété de luciférines célentérazine bactéries dinoflagellés lucioles vargulin

Ver luisant femelle du Lampyre (coléoptère) Lampyris nocticula Les organes luminescents sont situés dans les 3 derniers segments de l’abdomen

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

Lucioles Le mâle vole tandis que la femelle reste à terre nombreux signaux périodiques émis simultanémente et en phase par l ’ensemble des mâles auxquels la femelle répond pour attirer les mâle luciole larve

La recherche(12.04)

La ‘femme fatale’ Après l’accouplement, la femelle émet des signaux Thomas Eisner et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 94 (1997) 9723 Après l’accouplement, la femelle émet des signaux correspondant à d’autres espèces de lucioles afin d’attirer leurs mâles et de les dévorer Photuris versicolor

Ces lucioles produisent des substances (pyrones stéroïdiennes) qui les protègent contre leurs prédateurs (araignéees, grives, …) Photinus marginellus Photinus ignitus Protection de la femme fatale et de sa descendance 15

Le ‘ railroad worm ’ (phengodidae) double luminescence rouge (l ≈ 550 nm) sur la tête verte (l ≈ 620 nm) sur le reste du corps tête abdomen 650 nm 570 nm

Les ‘ railroad worms ’ : phengodidae Luminescence de E. coli génétiquement avec les gènes responsables des luminescences rouge et verte Du railroad worm Phrixotrix

Green Fluorescent Proteins Bactéries génétiquement modifiées avec les gènes responsables de la bioluminescence de l ’Aequorea victoria Aequorea victoria

Fluorescence des bactéries génétiquement modifées O. Lev et al. Chem. Mater. (2002) 140 mn 260 mn 340 mn 420 mn 480 mn Souche de E. coli porteuse du plasmide pPBG11 cultivée en présence de l’inducteur de protéines GFP Green Fluorescent Protein Réponse de E. coli à l’addition des protéines Fluorescence après différents temps d ’incubation

La bioluminescence est très répandue Bactéries Champignons

luciole Insectes ver luisant

Bioluminescence marine