Interactions du cation sodium avec des molécules d'intérêt biologique acides aminés et oligopeptides.
Résumé
There exists, today, many and effective methods of three-dimensional structural characterization of biological compounds in the condensed phase (NMR, X-ray diffraction or circular dichroism). In the last ten years, this field has extended to the gas phase. This work falls in this context and considers the structuring role of Na+ on the ! amino acids Gly and Pro and on oligo-peptides of Gly and Ala, ! by combi ning theoretical calculations and infra-red spectroscopy of gaseous ions by multiphoton dissociation (IRMPD), coupled to mass spectrometry. Experimental IRMPD spectra of the sodiated amino acid complexes, enabled us to identify the exclusive presence of the zwitterionic form in the case of Pro-Na+ and the presence of the non-zwitterionic form in the case of Gly-Na+, in accordance with quantum chemical results. Thus we provided the first direct demonstration of the presence of a zwitterion of an amino acid in gas phase. These were the first infra-red spectra of biological ions in the gas phase. The theoretical study of the Glyn-Na+ and Alan-Na+ complexes showed that for n<=5, the lower energy conformers maximize the electrostatic interaction of the metal ion with the n carbonyl groups, with or without the terminal amine. This behavior was confirmed on the one hand by IRMPD spectroscopy for n=2,3 and on the other hand by the determination of the binding energies of these complexes, by the Cooks kinetic method (n=2-4). For the theoretical study of Glyn-Na+, 5<=n<=10, we coupled Monte-Carlo conformational searches using the AMBER force field, to geometry optimizations using the ri-BLYP density functional, using the approximation of the "resolution of the identity". This approach made it possible to explore in detail very complex potential surfaces. We can distinguish two limiting conformer classes, one in which the peptide is globular and another where it adopts an alpha or 310 helical conformation. We showed! that the lowest energy structures generally display a tetradentate complexation with a strong auto-solvation. All of these structures are globular for n<10. In the case of Gly10-Na+, the most stable conformer has a globular structure around sodium plus five 310-helical residues
Il existe, aujourd'hui, de nombreuses et efficaces méthodes de caractérisation structurale tridimensionnelle de composés biologiques en phase condensée (RMN, diffraction des rayons X ou dichroïsme circulaire). Depuis une dizaine d'années, ce champ d'études s'est étendu à la phase gazeuse. Ce travail s'inscrit dans ce contexte et concerne le rôle structurant de Na+ sur les acides aminés Gly et Pro et sur des oligo-peptides de Gly et Ala, en combinant approches théoriques et expérimentales de spectroscopie infrarouge d'ions gazeux par dissociation multiphotonique (IRMPD) couplée à la spectrométrie de masse. Les spectres IRMPD expérimentaux des complexes sodiés d'acide aminé, nous ont permis d'identifier la présence exclusive de la forme zwitterionique dans le cas de Pro-Na+ et la présence de la forme non-zwitterionique dans le cas de Gly-Na+, conformément aux résultats de chimie quantique. Ainsi nous avons fourni la première démonstration directe de la présence d'un zwitterion d'acide aminé en phase gazeuse. Il s'agissait des premiers spectres infrarouge d'ions biologiques en phase gazeuse. L'étude théorique des complexes Glyn-Na+ et Alan-Na+ a montré que, pour n<=5, les conformères de plus basse énergie maximisent l'interaction électrostatique du métal avec les n groupements carbonyles, avec ou sans l'amine terminale. Ce comportement a été confirmé d'une part, par des expériences de spectroscopie IRMPD pour n=2,3 et d'autre part, par la détermination des énergies de liaison de ces complexes par la méthode cinétique de Cooks (n=2-4). Pour l'étude théorique de Glyn-Na+, 5<=n<=10, nous avons couplé des recherches conformationnelles Monte-Carlo basées sur des calculs de champ de forces AMBER, à des optimisations par calculs de type ri-BLYP utilisant l'approximation "résolution de l'identité". Cette approche a permis d'explorer en détail des sur! faces de potentiel très complexes. On peut distinguer deux classes limites de conformères, celle où le peptide est globulaire et celle où il adopte une conformation en hélice alpha ou 310. Nous avons montré que les structures les plus basses en énergie présentent le plus souvent une complexation tétradentate avec une forte auto-solvatation. Ces structures sont toutes globulaires pour n<10. Dans le cas de Gly10-Na+, le conformère le plus bas en énergie a une structure globulaire autour du sodium et un domaine de cinq résidus en hélice 310.