A-La catalyse enzymatique
Il s'agit d'une action par laquelle une substance accélère une réaction chimique par sa seule présence, en se retrouvant intacte à l'issue de celle-ci. Cette substance, appelée catalyseur, est de plus utilisée en très petite quantité par rapport aux autres réactifs en présence.
La catalyse enzymatique est spécifique; il existe ainsi plusieurs milliers d'enzymes différentes, qui peuvent catalyser des milliers de réactions chimiques différentes. Chaque enzyme est une protéine globulaire dont la conformation particulière définit la création d'un site catalytique à la surface de la molécule. Il s'agit d'u site spécifique de reconnaissance et de fixation, qui permet à l'enzyme de s'associer à une molécule qui constitue le substrat de l'enzyme. L'enzyme se lie très étroitement, et s'ajuste très précisément à son substrat par l'intermédiaire de liaisons faibles. Ces liaisons s'établissent entre des groupes d'atomes du site catalytique, et des groupes d'atomes correspondants du substrat. Lorsqu'une enzyme donnée est liée à son substrat, elle accélère l'une des réactions chimiques qui peuvent se produire au niveau de ce substrat.
Les molécules d’ARN transcrites sur l’ADN contiennent les informations permettant de synthétiser des polypeptides, des protéines. Parmi ces protéines, certaines vont relayer les acides nucléiques en tant que vecteurs de l’information et contrôler le déroulement de toutes les fonctions du vivant ; ce sont des protéines globulaires appelées «enzymes», qui jouent le rôle de catalyseurs pour l’ensemble des réactions chimiques du métabolisme.
Dans les conditions de milieu du vivant, où les molécules sont relativement peu nombreuses et dispersées dans un environnement fortement hydraté et à température modérée, les réactions du métabolisme tendraient à se dérouler de façon aléatoire, avec une faible fréquence et sur un rythme lent. La présence des enzymes permet d’abaisser le niveau d’énergie nécessaire à l’activation de ces réactions, d’en augmenter très sensiblement la fréquence et d’en accélérer le déroulement.
Les enzymes sont donc des catalyseurs de réactions chimiques, elles agissent à faibles concentration, de façon très spécifique, et elles se retrouvent inaltérées en fin de réaction. Elles sont souvent associées en des complexes multienzymatiques qui permettent le déroulement continu d’une séquence de réactions chimiques complémentaires.
B-Le cas de la bioluminescence
La base de la bioluminescence est une réaction enzymatique. Lorsqu'un être vivant veut créer sa propre bioluminescence pour se protéger ou s'accoupler, cette lumière est produite par une réaction chimique dans l'organisme. Bien sûr, cette réaction est spécifique d'un enzyme et d'un substrat qui se rencontre au hasard de l'agitation moléculaire. Le mécanisme chimique de ce phénomène a été mis en évidence par Raphaël Dubois lors d'une expérience qu'il a effectué sur des lucioles au siècle dernier. L'étude de ce système biochimique à montré que la réaction implique la Luciférine comme substrat, de la Luciférase comme enzyme. Ici, le nom Luciférine est un nom général sans signification chimique car il existe une très grande diversité de molécules substrat qui produisent de la lumière sous l'action de la luciférase.
Ici, on peut voir une représentation chimique de la Luciférine sous la forme de CRAM
L'américain W.D.McElroy découvre que la réaction de bioluminescence ne peut se faite uniquement en présence d'adénosine triphosphate appelé plus simplement ATP, qui est un transporteur d'énergie dans tous les organismes vivants, et d'ions magnésium Mg2+. On ignore cependant comment ces composés sont synthétisés par les animaux.
Voici les différentes étapes de la réaction :
- Au début de la réaction, l'ATP se lie avec le substrat (la luciférine) après avoir été lié avec l'ion magnésium. (l'ATP ne sert pas de molécule énergétique). En effet, le complexe MgATP sert de support pour la luciférase.
- Ensuite la Luciférine va réagir avec l'enzyme (la luciférase) et donner une forme intermédiaire, la luciférine adénylate. On a par la meme occasion une libération de Pyrophosphate.
- Sur ce complexe, l'oxygène va réagir en donnant l'oxyluciférine, un peroxyde qui va rapidement ce cycliser après une libération d'AMP (adénosine-5'-monophosphate)
- Cette molécule, dans un état électronique excité, retourne à l'état stable avec émission d'un photon (lumière) et formation de CO2. Par la même occasion, l'enzyme se libère pour aller catalyser une autre réaction.
Voici la schématisation simplifiée de la réaction :
( Luciférine + ATP ) + ( Luciférase + O² ) ===> Oxyluciférine + Photons
Cette réaction se fait réellement en deux étapes ou plus avec dans certains cas production PPI (pyrophosphate) ainsi que d'autres éléments. La production de lumière a lieu durant la phase d'oxydation de la luciférine. Le signal lumineux est décroissant à mesure de la consommation progressive de substrat (luciférine) et de l'accumulation correspondante du produit (oxyluciférine), inhibiteur compétitif de la réaction de la luciférine avec l'enzyme (luciférase), du fait d'une seconde réaction se produit entre oxyluciférine et la luciférase.
Pour simplifier, l'enzyme : la luciférase se fixe sur le substrat : la luciférine pour former un complexe. Rien ne se passe tant que ce complexe ne réagit pas avec les molécules d'oxygène présentes dans l'organisme. Mais une fois que cette rencontre se produit, la luciférine change de nature pour entrer dans une transe que seule l'émission d'un photon d'une longueur d'onde spécifique peut calmer.
Le mot bioluminescence a pour origine le terme grec "bios", vie et le terme latin "l'humaine", lumière. La bioluminescence est la production et l'émission de lumière par certaines espèces animales ( vers luisants, lucioles, etc ... ). Elle est le résultat d'une réaction chimique et transformée en énergie lumineuse. C'est une lumière froide car moins de 20% de la lumière émise produit de la chaleur. Ce phénomène a été expliqué pour la première fois par le physiologiste français Raphaël Dubois en 1887. 
A l'origine, le composé chimique de la luminescence est la luciférine. En s'oxydant avec l'intervention de la luciférase (enzyme), celle-ci émet de la lumière. La majorité des émissions lumineuses marines appartiennent au spectre lumineux du bleu et du vert, les longueurs d'onde qui peuvent être transmises aisément à travers l'eau. Plus rarement, certaines espèces émettent dans le rouge ou dans l'infrarouge. Ainsi plus de 90% des espèces abyssales ont cette capacité de bioluminescence. 
On peut voir le même phénomène chez un céphalopode de Méditerranée, l'Heterotheuthis dispar, qui quand il est perturbé émet un nuage lumineux. L'organe lumineux est une grosse glande qui contient un réservoir qui s'ouvre sur la surface du céphalopode par deux trous. Ainsi, la glande évacue des substances lumineuses grâce à ses petits muscles. 
Dans la famille des crustacés, l'exemple du Cypridina est le plus connu. On peut voir deux glandes lumineuses situées au dessus de sa bouche et on sait que les cellules sécrétrices en font partie. Ces cellules glandulaires libèrent leur contenu par des pores. A chacun de ces pores est associé un sphincter : il permet ainsi de contrôler le déversement ou non du contenu des pores. Chaque glande contient soit des granules de luciférine, soit des petits granules de luciférase qui tous deux vont se mélanger lors de leur expulsion dans de l'eau de mer. 
Photophores : Dans cette luminescence intracellulaire, on trouve aussi des structures dont le rôle est de modifier l'émission lumineuse. Les photophores se présentent alors comme des organes possédant des écrans, des lentilles et des réflécteurs, qui sont bien sûr associés à des groupes de cellules émettrices, les photocytes. Les Céphalopodes en ont une extrème variété et on peut dire que les photophores réprésentent la majeure partie de la présence de bioluminescence chez les animaux marins.
