Luciférase

Une luciférase est une enzyme qui catalyse une réaction émettrice de lumière à partir d’une luciférine. Ce nom décrit une fonction et non une famille unique de protéines : plusieurs systèmes de bioluminescence, apparus indépendamment au cours de l’évolution, emploient des enzymes, des substrats et des cofacteurs chimiquement différents.

Réaction lumineuse

La luciférase facilite l’oxydation de son substrat et la formation d’un produit dans un état électronique excité. Le retour de ce produit à un état moins énergétique libère un photon. L’oxygène moléculaire intervient dans de nombreux systèmes, mais les autres réactifs varient. La luciférase des lucioles utilise notamment de l’ATP, tandis que la luciférase bactérienne agit avec un flavine mononucléotide réduit et un aldéhyde à longue chaîne.

La longueur d’onde, l’intensité et la cinétique de l’émission dépendent de la structure du substrat, de l’environnement de la protéine et, parfois, de protéines ou de filtres optiques associés. Dans un photophore, l’organisation des tissus peut en outre orienter, réfléchir ou moduler la lumière produite.

Diversité et distinction

Des protéines appelées luciférases chez deux organismes éloignés ne sont donc pas nécessairement homologues. Elles partagent une fonction globale mais peuvent présenter des structures et des mécanismes distincts. La spécificité enzyme-substrat explique également qu’une luciférase donnée ne réagisse pas avec toutes les molécules qualifiées de luciférines.

Une photoprotéine se distingue au sens strict d’une luciférase classique par la présence préalable d’un substrat oxygéné ou d’un complexe prêt à émettre. Un signal, souvent la fixation du calcium, déclenche alors rapidement la lumière. Cette distinction fonctionnelle reste plus informative que l’emploi indifférencié du mot luciférase pour toute protéine luminescente.