Avant la division cellulaire, l'ADN se présente sous forme d'une structure lâche, non ordonnée, puis s'enroule et se structure pour former les chromosomes. Lors de ces enroulements successifs, l'ADN adopte une structure en double hélice à l'intérieur de laquelle sont localisés des cations. Selon la nature de ces cations (taille et coordinence), l'empilement de l'ADN peut être modifié, c'est ainsi que la présence d'un cation divalent modifie l'équilibre électrostatique local, et conduit à une déformation de l'ADN.

Pour comprendre le rôle des cations dans l'ADN, nous étudions les structures d'acides aminés et de bases nucléiques en présence de cations tels que Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺. Ces études sont réalisées expérimentalement en phase gazeuse par couplage electrospray-spectrométrie de masse en tandem (ESI/MS/MS), cette technique, très douce, permet de garder la « mémoire » de la structure effective en solution.

En parallèle, des études de chimie quantique sont réalisées avec des méthodes hybrides Hartree-Fock/DFT, prenant la corrélation électronique en compte. Ces études sont réalisées en utilisant les méthodes qui permettent d'avoir une bonne corrélation avec les résultats expérimentaux, telle que l'affinité cationique, pour pouvoir déterminer la structure des complexes cationisés.

 Nous avons ainsi pu mettre en évidence des structures d'acides aminés cationisés, sous forme zwitterionique ou non, selon la nature de l'acide aminé.

Glycine et Phénylalanine cationisées par le sodium

 Des systèmes étudiés récemment ont mis en évidence des structures tétramériques ou octamériques de certaines bases nucléiques telle que la guanine cationisée par le potassium.

Structure du tétramère de guanine/K⁺ (vue de face et de profil)

Structure de l'octamère de guanine/K⁺

L'étude de l'influence de la nature du cation (taille, coordinence) montre que les structures des tétramères de bases nucléiques cationisées dépendent essentiellement de la taille du cation intervenant dans le complexe.

Influence de la taille du cation sur la structure des tétramères d'uracile

Référence bibliographiques