Villetaneuse Octobre 2001 Quels systèmes dintérêt 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 lADN Systèmes « réels » Systèmes modèle Complexe avec liaisons H dans codon/anticodon Complexe avec liaisons H dans codon/anticodon 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 Spectroscopies haute resolution, microondes, IR, UV.. complexes non-covalent proteine/proteine, drogue/protein complexes non-covalent proteine/proteine, drogue/protein Petits peptides

A titre dexemple de la problématique, les paires de bases de lADN en phase gazeuse Faut-il considérer les bases isolées, ou bien avec leur sucre, avec les phosphates, avec de leau et des contre-ions…?

2 énergies de liaison 1 distances intermoléculaires paires 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 (2000) Liaison N6-04 expérimental 2.93 Å paire AT isolée 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 lenvironnement cristallin, contre-ions,eau dans les expériences de diffraction X Le problème vient de lenvironnement cristallin, contre-ions,eau dans les expériences de diffraction X 2.93

La première mesure dénergie de liaison des paires A-T et C-G en phase gazeuse 1976 La première mesure dénergie de liaison des paires A-T et C-G en phase gazeuse 1976

Sukhodub Nature (1976) Chem.Rev (1987) Galetich, Adamowicz J.Phys.Chem.B (1999) Sukhodub Nature (1976) Chem.Rev (1987) Galetich, Adamowicz J.Phys.Chem.B (1999) Ionisation par champ V/cm aimant produit T 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 REMPI REsonant Multiphoton PhotoIonisation

PairingoftheG-C bases intheabsence oftheDNAbackbone PairingoftheG-C bases intheabsence oftheDNAbackbone E.Nir, K.Kleinermanns, M.deVries Nature (2000) E.Nir, K.Kleinermanns, M.deVries Nature (2000) REMPIspectrumoftheGCdimer(WC) REMPIspectrumoftheGCdimer(WC)

plusieurs papiers théoriques récents ( ou plutôt résultats de Gaussian) affirment une parfaite concordance entre calculs et la valeur expérimentale de lénergie (sans s) de liaison de la paire A-T: E=13 kcal/mol

Energies dinteraction 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 ?

Black-body Infrared Radiative Dissociation BIRD ESI source FT MS FT MS ion cell s T °C FT MS ion cell s T °C Courbes dArrhenius pour la dissociation doligomères AT double brin Courbes dArrhenius pour la dissociation doligomères AT double brin k diss 1/T °K E

E.R.Williams JACS (1998) E.R.Williams JACS (1998) Lappariement WC est partiellement préservé en phase gazeuse Lappariement WC est partiellement préservé en phase gazeuse Simulation de dynamique moléculaire Simulation de dynamique moléculaire

Méthodes spectroscopiques

Spectroscopie 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

théorie kcal/mol 1.4 (. 45) 2.0 (. 2) exp Spectroscopie micro-onde de la glycine Glycine Csaszar Prog in Biophysics and Mol.Biology (1999) Csaszar Prog in Biophysics and Mol.Biology (1999) Godfrey JACS (1995) Godfrey JACS (1995) 3.26 théorie kcal/mol 1.4 (. 45) 2.0 (. 2) exp La première configuration excitée

Cavity Ringdown Spectroscopy Mesure directe des fréquences de vibration intermoléculaires (10 à 350 cm-1 ) grâce à des lasers accordablesdans lIR lointain. et intramoléculaires 1993 Ar.. H 2 O 1997 (H 2 O) zwitterion de larginine

Rotational Coherence Spectroscopy RCS PM Felker J Phys Chem (1992) Excitation picoseconde dune superposition cohérente détats rotationnels et observation de récurrences temporelles Excitation polarisée Excitation polarisée Sonde polarisée Sonde polarisée t=0

Méthodes permettant de séparer les contributions spectrales des différents conformères Lidée: expulser hors du niveau fondamental chaque conformère tour à tour : le signal correspondant diminue Trois conformères

Dépopulation infrarouge A-B …C A-B + C A-B …C A-B + C A-B …C (A-B …C) + Excitation dune liaison intramoléculaire Dissociation dune liaison intermoléculaire