Villetaneuse Octobre 2001• Quels systèmes d’intérêt biologique sont étudiés
en phase gazeuse ? Quelques exemples
• Etat des lieux:• Méthodes spectroscopiques• Méthodes non spectroscopiques
• Prospective• Quelques propriétés étudier et comment ?
Paire de bases de l’ADN
Systèmes « réels »Systèmes modèle
Complexe avec liaisons Hdans codon/anticodon
Complexe avec liaisons Hdans codon/anticodon
peptides et oligonucleotides hydratés
peptides et oligonucleotides hydratés
« spectrometries universelles »
Ion mobility, BIRD, H/D, spectrometrie de masse…
« spectrometries universelles »
Ion mobility, BIRD, H/D, spectrometrie de masse…
Polypeptides, oligonucleotides
Polypeptides, oligonucleotides
Spectroscopies haute resolution, microondes, IR, UV..Spectroscopies haute resolution, microondes, IR, UV..
complexes non-covalent
proteine/proteine, drogue/protein
complexes non-covalent
proteine/proteine, drogue/protein
Petits peptidesPetits peptides
A titre d’exemple de la problématique,
les paires de bases de l’ADN en phase gazeuse
Faut-il considérer les bases isolées, ou bien avec leur sucre, avec les phosphates, avec de l’eau et
des contre-ions…?
Faut-il considérer les bases isolées, ou bien avec leur sucre, avec les phosphates, avec de l’eau et
des contre-ions…?
2 énergies de liaison2 énergies de liaison
1 distances intermoléculaires1 distances intermoléculaires
paires Watson-Crickpaires Watson-Crick
Calculs « phase gazeuse » et mesures de radiocristallographie pour la paire A-T
dans la configuration Watson-Crick W
Calculs « phase gazeuse » et mesures de radiocristallographie pour la paire A-T
dans la configuration Watson-Crick W
JACS 122 4123 (2000)JACS 122 4123 (2000)Liaison N6-04 expérimental 2.93 ÅLiaison N6-04 expérimental 2.93 Å
paire AT isoléepaire AT isolée
calculs « phase gazeuse » calculs « phase gazeuse »
2.85 Å
paire AT méthylée
2.86 Å 2.85
AT avec desoxyribose
2.85 Å
AT avec désoxyribose et phosphate
AT avec désoxyribose et phosphate
2.87 Å
Le problème vient de l’environnement cristallin,
contre-ions,eau dans les expériences de diffraction X
Le problème vient de l’environnement cristallin,
contre-ions,eau dans les expériences de diffraction X
2.93
La première mesure d’énergie de liaison
des paires A-T et C-G en phase gazeuse 1976
La première mesure d’énergie de liaison
des paires A-T et C-G en phase gazeuse 1976
Sukhodub Nature 264 245 (1976) Chem.Rev. 87 589 (1987)Galetich, Adamowicz J.Phys.Chem.B 103 12211 (1999)
Sukhodub Nature 264 245 (1976) Chem.Rev. 87 589 (1987)Galetich, Adamowicz J.Phys.Chem.B 103 12211 (1999)
Ionisation par champ 107-108 V/cmIonisation par champ 107-108 V/cm
aimant
produitT
G-C E=21 kcal/mol
A-T E=13 kcal/mol
G-C E=21 kcal/mol
A-T E=13 kcal/mol
pas de jet supersonique
pas de laser
pas de jet supersonique
pas de laser
(C-G)+
C-G
(C-G)*
La première mesure spectroscopique portant sur la paire C-G 2000
REMPIREsonant Multiphoton
PhotoIonisation
Pairing of the G-C basesin the absence of the DNA backbone
Pairing of the G-C basesin the absence of the DNA backbone
E.Nir , K.Kleinermanns , M.de Vries
Nature 408 949 (2000)
E.Nir , K.Kleinermanns , M.de Vries
Nature 408 949 (2000)
REMPI spectrum of the GC dimer (WC)REMPI spectrum of the GC dimer (WC)
plusieurs papiers théoriques récents ( ou plutôt résultats de Gaussian) affirment une parfaite concordance entre calculs et la valeur expérimentale de l’énergie (sans s) de liaison de la paire A-T: E=13 kcal/mol
plusieurs papiers théoriques récents ( ou plutôt résultats de Gaussian) affirment une parfaite concordance entre calculs et la valeur expérimentale de l’énergie (sans s) de liaison de la paire A-T: E=13 kcal/mol
-15.58 kcal/mol 35%-15.58 kcal/mol 35% -12.57 kcal/mol 5.6%-12.57 kcal/mol 5.6%
WC -11.92 kcal/mol 1%WC -11.92 kcal/mol 1%
H-bonded structuresH-bonded structures
T-shape 2.6%T-shape 2.6% stacking 2.1%stacking 2.1%
Interaction energies and relative populationsat 300°K of the A-T pair
Interaction energies and relative populationsat 300°K of the A-T pair
Sponer, HobzaJACS 122 3497 (2000)
Sponer, HobzaJACS 122 3497 (2000)
Energies d’interaction et populations relatives des
configurations de la paire A-T à 300°K
La paire AT dans la configuration Watson-Crick peut-elle malgré tout être observée en
phase gazeuse ?
La paire AT dans la configuration Watson-Crick peut-elle malgré tout être observée en
phase gazeuse ?
Black-body Infrared Radiative Dissociation BIRDBlack-body Infrared Radiative Dissociation BIRD
ESI sourceESI source
FT MSFT MS
FT MS ion cell5-100 s T 50-210°C
FT MS ion cell5-100 s T 50-210°C
Courbes d’Arrhenius pour la dissociation d’oligomères AT double brin
Courbes d’Arrhenius pour la dissociation d’oligomères AT double brin
kdisskdiss
1/T °K1/T °K
E
E.R.Williams JACS 120 9605
(1998)
E.R.Williams JACS 120 9605
(1998)L’appariement WC est partiellement
préservé en phase gazeuse
L’appariement WC est partiellement
préservé en phase gazeuse
Simulation de dynamique
moléculaire
Simulation de dynamique
moléculaire
Méthodes spectroscopiquesMéthodes spectroscopiques
Spectroscopie de rotation micro ondeSpectroscopie de rotation micro onde
Une méthode sensible (une faible densité donc une faible température est requise)
Des spectres très riches Une grande précision sur les géométries
La comparaison spectre/calculs permet indirectement de voir la présence de liaisons H
Une méthode sensible (une faible densité donc une faible température est requise)
Des spectres très riches Une grande précision sur les géométries
La comparaison spectre/calculs permet indirectement de voir la présence de liaisons H
0.49
3.26
théorie kcal/mol
1.4 ( . 45)
2.0 ( . 2)
exp
Spectroscopie micro-onde de la glycineSpectroscopie micro-onde de la glycine
GlycineGlycine
Csaszar Prog inBiophysics andMol.Biology71 243 (1999)
Csaszar Prog inBiophysics andMol.Biology71 243 (1999)
Godfrey JACS117 2019 (1995)
Godfrey JACS117 2019 (1995)
3.26
théorie kcal/mol
1.4 ( . 45)
2.0 ( . 2)
exp
La première configuration excitée
La première configuration excitée
Cavity Ringdown Spectroscopy
Mesure directe des fréquences de vibration intermoléculaires
(10 à 350 cm-1 ) grâce à des lasers accordablesdans l’IR lointain. et intramoléculaires
1993 Ar.. H2 O
1997 (H2 O)1-6
1998 zwitterion de l’arginine
Rotational Coherence Spectroscopy RCS
PM Felker J Phys Chem 96 7844 (1992)
PM Felker J Phys Chem 96 7844 (1992)
Excitation picoseconde d’une superposition cohérente d’états rotationnels et observation de récurrences temporelles
Excitation picoseconde d’une superposition cohérente d’états rotationnels et observation de récurrences temporelles
Excitation
polarisée
Excitation
polarisée
Sonde
polarisée
Sonde
polarisée
t=0t=0
Méthodes permettant de séparer les contributions spectrales des différents conformères
Méthodes permettant de séparer les contributions spectrales des différents conformères
L’idée: expulser hors du niveau fondamental chaque conformère tour à tour : le signal correspondant diminue
L’idée: expulser hors du niveau fondamental chaque conformère tour à tour : le signal correspondant diminue
Trois conformèresTrois conformères
Dépopulation infrarougeDépopulation infrarouge
A-B …C A-B + C
A-B …CA-B …C
A-B + CA-B + C
A-B …CA-B …C
(A-B …C)+(A-B …C)+
Excitation d’une liaison intramoléculaire
Excitation d’une liaison intramoléculaire
Dissociation d’une liaison intermoléculaire
Dissociation d’une liaison intermoléculaire