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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
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