Die Biolumineszenz kommt im Zusammenspiel verschiedener Substanzen zustande. Neben Sauerstoff und dem Energielieferanten ATP (Adenosintriphosphorsäure) sind beim Glühwürmchen an der biochemischen Leucht-Reaktion vor allem Luciferin und Luciferase beteiligt.

Während Luciferin, das eigentliche Leuchtmolekül, nur aus wenigen Dutzend Atomen besteht, handelt es sich beim Protein Luciferase, welches die Leuchtreaktion katalysiert, um eine Kette von über 10´000 Atomen. Diese Kette ist so aufgewickelt, dass das Luciferase-Enzym eine ganz bestimmte dreidimensionale Form einnimmt, in deren Hohlräumen Luciferin und die weiteren Reaktionspartner zueinander ideal in Position gebracht werden: Luciferin wird durch den Energieträger ATP aktiviert und in einem weiteren Schritt durch Sauerstoff oxydiert. Bei der abschliessenden Reduktion des oxyidierten Luciferins zurück in den Grundzustand wird Licht abgegeben.

Luciferase-Molekül: Quelle www.bio.uni-potsdam.de/physikbc/luci_htm.gif