Laboratoire Analyse et Environnement – UMR CNRS 8587
Bâtiment des Sciences - Université d’Evry Val d’Essonne - Boulevard François Mitterrand - 91025 Evry Cedex - France
•Les cations alcalino-terreux sont impliqués dans de nombreux processus biologiques. Ainsi, certains mécanismes de transfert de proton entre la guanine et la cytosine au sein des paires de base GC, sont induits par ces cations. Afin de mieux comprendre la réactivité de ces métaux envers de larges biomolécules telles que les nucléotides ou les protéines, une approche préliminaire est d'explorer le comportement de systèmes modèles présentant les groupements fonctionnels des nucléotides , tels que la guanidine, la formamide ou l'urée. Nous avons focalisé notre attention dans un premier temps sur les ions Ca2+du fait de leur rôle dans de nombreux processus biochimiques. Après avoir explorée la réactivité avec l'urée(1),
ce poster présente les résultats obtenus avec ses dérivés soufré (thiourée SU) et sélénié (sélénourée SeU). La réactivité de ces systèmes est étudiée en combinant expériences de spectrométrie de masse et calculs quantiques. Les résultats obtenus mettent en évidence l’influence de l’hétéroélément sur la réactivité observée. Enfin et à titre de comparaison, les premiers résultats obtenus avec la glycine sont également présentés.
•QSTAR Pulsar i (instrument hybride de type QqTOF; Applied Biosystems/MDS Sciex) ySpectrométrie de masse
•Expériences MS/MS avec N2comme gaz de collision (P(N2)= 10-5Torr) aIntroduction
•Solutions aqueuses de CaCl2et de ligand (thiourée ou sélénourée) (10-4mol.L-1/10-4mol.L-1). •Introduction par une source nanospray (tension appliquée : 750-800V)
Réactivité des ions Ca
2+
envers la thiourée et la sélénourée :
compétition entre transfert de charge et explosions coulombiennes
Cristina Trujillo
1, Otilia Mó
1, Manuel Yáñez
1, Jean-Yves Salpin
2and Jeanine Tortajada
2ySpectre electrospray en mode positif (sélénourée)
[Ca.(H2O)m]2+ (m=1-2)
[CaOH.(H2O)x]+ (x=0,1).
[Ca.(SeU)]2+
aRésultats
aBibliographie
(2) Corral, I.; Mó, O.; Yáñez, M.; Scott, A. P.; Radom, L. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 10456-10461.
aMéthodologie
1) Universidad Autónoma de Madrid – 2) Université d'Evry Val d’Essonne
yCalculs quantiques
•Calculs quantiques de type DFT.
•Géométries, fréquences vibrationnelles harmoniques et énergies de complexation obtenues au moyen de la fonctionnelle B3LYP utilisée en combinaison avec la base cc-pWVCTZ.(2)
•Caractérisation de la nature de l’interaction métal/ligand par analyse topologique.
yStructure et réactivité du complexe [Ca(SU)]2+ yRappel : structure et réactivité du complexe [Ca(U)]2+
• Spectre MS/MS • Schéma de dissociation • Spectre MS/MS
• Mécanismes de fragmentation
Energie de complexation = 453 kJ.mol-1
Interaction essentiellement électrostatique.
yExemple d’un acide aminé : la glycine.
A première vue, la réactivité de cet acide aminé semble sensiblement différente de celle observée avec l’urée et ses dérivés soufré et sélénié. En fait, après examen des données, il apparaît que l’intensité des ions observée est notamment gouvernée par la très haute affinité des ions Ca2+envers l’anion
hydroxyle.
Ce complexe se fragmente également selon 2 processus d’explosions coulombiennes, comme le montre le schéma ci-dessous.
Cependant, la première génération d’ions fragments se dissocie immédiatement par perte de monoxyde de carbone. Ceci permet notamment de rendre compte de l’intensité particulièrement élevée des ions m/z 30 (ou 32) par rapport aux ions m/z 86 (ou 85).
Contrairement à ce qui est observé avec l’urée, les ions issus de la perte de fragments neutres ont une très faible intensité du fait de l’importante barrière d’activation associée à leur formation (TS3_7).
Le remplacement de l’oxygène par le soufre implique une diminution importante du potentiel d’ionisation du ligand. Cela se traduit sur le spectre MS/MS du complexe par deux ions (m/z 39.96 et 76.00) issus d’un processus de transfert de charge.
La surface de potentiels (provisoire) présentée ci-contre permet de déterminer la structure de certains ions fragments et de rendre compte des observations expérimentales. 20 40 60 80 100 120 140 160 180 m/z, amu 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% R e l. In t. (% ) 124,94 122,94 28,98 162,89 56,96 126,95 160,89 37,99 169,07 145,05 81,95 107,92 145,86 74,97 187,08 sélénourée [Ca.(SeU)-H]+ [(SeU)H]+ (SeU)+.
{
79,0 80,0 81,0 82,0 83,0 m/z, amu 0,0% 1,0% 2,0% 3,0% 4,0% 5,0% 6,0% 7,0% 8,0% 9,0% 10,0% 11,0% R e l. Int. (%) 81,95 80,95 82,95 79,95 80,45 78,96 74Se 76Se77Se 78Se 80Se 82Se 120122 124126 m/z, amu 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% R e l. Int. (%) 124,94 122,94 121,94 120,95 126,95 123,93 125,94 119,94 [Ca.(SeU)]2+ 56,0 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 m/z, amu 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 In te ns ity , c ount s 50.0 41.5 44.0 28.5 82.0 20.0 [Ca(U)]2+ [CaNH2] [Ca, C, O, N]+ NH4+ ? -NH3 - U -HNCO [CONH2]+ m/z 50 m/z 28.5 m/z 41.5 m/z 20 m/z 82 m/z 56 -NH3 -HNCO Ca2+ [Ca(U)]2+ [Ca,C,H,O,N]2+ [CaNH3]2+ m/z 18 [Ca,C,O,N]+ [NH4]+ m/z 44 -U [CaNH2]2+ [CONH2]2+ O Ca N N C 2.042 1.301 1.324 1.006 1.009 10 eV (lab.) (106,6) (-60,1) (-36,3) (-33,3) (21,2) (29,7) (33,3)(37,4) (245,6) (0,0) Ca2++ SU (1,9) (-6,3) (2,2) (12,9) 1 TS1_2 2 3 TS3_6 40 20 0 -20 -40 (19,3) 4 TS4a (32,8) CNCaS 6(-16,7) TS2_3 (48,0) TS3_5 (18,0) 5 (18,30) TS2_4 (27,7) (-16,2) TS6a 7(-29,7) TS3_7 (91,3) (-18,5) 9 8 (13,3) (51,2) TS2_9 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 m/z, amu 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Rel . I n t. (% ) 57.98 76.00 59.99 55.98 97.93 49.47 28.49 72.94 39.96 [Ca(SU)]2+ m/z 58.0 m/z 28.5 m/z 49.5 m/z 97.9 m/z 56.0 -NH3 -HNCS [Ca(SU)]2+ [CaHNCS]2+ [CaNH 3]2+ m/z 18.0 [CaNCS]+ [NH4]+ m/z 60.0 [CaNH2]+ [H2N-CS]+ Ca+ SU+.m/z 76.00 m/z 40.00 m/z 72.9 m/z 43.0 [CaSH]+ [NH 2-CN-H]+ kcal/molEnergie de complexation = 447 kJ.mol-1
yRéactivité du complexe [Ca(SeU)]2+
11 eV (lab.) m/z 81.95 m/z 145.8 [Ca(SeU)]2+ m/z 18.0 [CaN,C,Se]+ [NH 4]+ Ca+ SeU+.m/z 123.94 m/z 39.96 m/z 120.87 m/z 43.0 [CaSeH]+ [C,H3,N2]+ 20 40 60 80 100 120 140 160 m/z, amu 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% R e l. I n t. (% ) 123.94 81.95 145.86 43.02 39.96 120.87 [Ca(SeU)]2+ 9 eV (lab.)
La réactivité est globalement comparable à celle observée avec la thiourée. Néanmoins, l’élimination de fragments neutres n’est plus observée, alors que le processus de transfert de charge devient particulièrement favorisée. La surface de potentiels associée à ces voies de dissociation est actuellement explorée.
• Comme pour l’urée, les ions fragments les plus légers formés lors d’une explosion coulombienne ont une intensité plus faible de part leur vitesse plus élevée à l’issue de la fragmentation, induisant une certaine instabilité de leur trajectoire au sein de l’instrument. 20 30 40 50 60 70 80 90 100 m/z, amu 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% R e l. I n t. ( % ) x 10.0 57.0058.52 32.07 60.07 50.03 85.00 b) 2,2-d2 20 30 40 50 60 70 80 90 100 m/z, amu 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% R e l. I n t. ( % ) x 10.0 58.00 56.97 30.04 59.04 85.96 a) 1-13C
• L’ion [Ca(glycine)]2+ a un rapport m/z (57.49) proche de l’ion CaOH+ (m/z 56.96). L’utilisation de réactif marqués est
donc nécessaire afin de permettre une sélection propre de l’ion dichargé par le premier analyseur.
[Ca(1-13C-glycine)]2+ NH2=CH2+ m/z 30 (m/z 32) Ca13COOH+ m/z 86 (m/z 85) m/z 59 (m/z 60) NH2CH213CO+ - 13CO m/z 58.0 (m/z 58.5) CaOH+ m/z 57 (m/z 57) - 13CO aConclusion
• La réactivité en phase gazeuse des ions [Ca(SU)]2+et [Ca(SeU)]2+est comparable à celle observée pour l’ion
[Ca(Urée)]2+, car dominée par les même processus d’explosions coulombiennes. Cependant, remplacer l’oxygène par le soufre puis le sélénium se traduit par la disparition de l’élimination de molécules neutres. La présence de soufre ou de sélénium induit également une importante réaction de transfert de charge conduisant aux ions Ca+et SU+.ou SeU+., suggérant la possibilité de formation des cations radicaux (hautement réactifs)
lors de l'interaction de Ca2+avec des biomolécules tels que les sélénoprotéines. Les surfaces d’énergie
potentielle associées à ces fragmentations sont actuellement explorées et seront complétées par l’étude des aspects énergétiques associés aux transfert de charge.
Les explosions coulombiennes sont également observées avec la glycine. L’étude des acides aminés sera prochainement étendue aux cystéine et sélénocystéine.
• La réactivité des ions [Ca(ligand)-H]+a également été abordée. Quel que soit le ligand, la seule fragmentation observée correspond à l’élimination d’une molécule d’ammoniac.
(1) Corral, I.; Salpin, J.Y., Tortajada, J.; Mó, O.; Yáñez, M.; Scott, A. P.; Radom, L. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 10080-10088.
