Réactivité de la guanidine et de la cytidine avec les cations Pb2+

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HAL Id: hal-00069119

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Submitted on 9 Oct 2018

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Réactivité de la guanidine et de la cytidine avec les cations Pb2+

Sébastien Guillaumont, Jean-Yves Salpin, Jeanine Tortajada

To cite this version:

Sébastien Guillaumont, Jean-Yves Salpin, Jeanine Tortajada. Réactivité de la guanidine et de la cyti-dine avec les cations Pb2+. 21èmes Journées Françaises de Spectrométrie de Masse, 2004, Strasbourg, France. 2004. �hal-00069119�

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Méthodologie

Réactivité de la guanidine et de la cytidine avec

les cations Pb

2+

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Introduction

Laboratoire Analyse et Environnement - UMR CNRS 8587

Bâtiment des Sciences - Université d’Evry Val d’Essonne - Boulevard François Mitterrand - 91025 Evry Cedex - France

• L’action toxique du plomb s’explique en partie par les interactions de sa forme cationique Pb2+ _{avec les acides nucléiques. Il est donc important de}

caractériser cette réactivité. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés dans un premier temps à l’étude des interactions se produisant en phase gazeuse entre les ions Pb2+ _{et les plus petits systèmes composant les ARN et les ADN: les bases nucléiques. Puis dans un second temps, nous avons}

augmenté la taille des systèmes étudiés et commencé l’étude des nucléosides. Dans ce cadre, ce poster montre les résultats concernant l’étude de la réactivité des deux bases nucléiques cytosine et guanine, ainsi que de leurs nucléosides correspondant cytidine, désoxycytidine, guanosine et désoxyguanosine. Il est important de caractériser la différence de réactivité entre les ribonucléosides et les désoxyribonucléosides, le plomb provoquant l’hydrolyse de l’ARN mais pas de l’ADN.(1) _{Concernant l’étude des bases nucléiques, les expériences sont complétés par des calculs quantiques.}

Sébastien Guillaumont, Jean-Yves Salpin, Jeanine Tortajada

cytidine (R=OH) désoxycytidine (R=H) cytosine guanine N N H NH₂ O NH N N H N O NH₂ N NH₂ O N O R OH H H H H HO guanosine (R=0H) désoxyguanosine (R=H) NH N N O NH₂ N O R OH H H H H HO

• Optimisation des géométries et fréquences vibrationnelles aux niveaux B3LYP/6-31G(d,p).

• Spectromètre de masse triple-quadripôles couplé à une source d’ionisation «TurboIonspray» (Applied Biosystems MDS/SCIEX API2000).

• Etude de solutions Pb(NO₃)₂/nucléoside (5.10-5 _mol.L-1_/10-4 _mol.L-1_{) dans un mélange}

eau/méthanol (50/50).

 Spectrométrie de masse

• Débit : 4l/min • Température : 373 K

 Calculs DFT

• Utilisation du pseudo-potentiel de Stuttgart pour décrire l’atome de plomb.

• Expériences MS/MS : gaz de collision N₂ (P  2 10-5 _{Torr )}

• Energies relatives affinées avec une base étendue de type 6-311+G(3df,2p), et données en kJ.mol-1_.

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Résultats

 Etude de la guanosine et de la désoxyguanosine

• Les ions (nucléoside)H+ _{et [(nucléoside - H)Pb]}+ _{proviennent de la}

fragmentation des ions dichargés. Ceux-ci ne sont plus observés au delà d’un DP de 100 volts.

 Spectre electrospray

• Similarité entre la guanosine et la désoxyguanosine.

100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 m/z, amu 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Rel. Int. (%) 284 152 ₂₇₁ 239 303 387 567 163 129 105 214 257 ₃₃₅ 529 428 50 100 150 200 250 300 350 m/z, amu 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Rel. Int. (%) 358 208 355 341 315 225 50 100 150 200 250 300 350 400 450 m/z, amu 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Rel. Int. (%) 318 434 323 112 279 390 ₄₃₁ 225 251 362 [(désoxycytidine-H)Pb]+ _{(m/z 434)} 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 m/z, amu 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Rel. Int. (%) 112 318 450 339 279 267 ₃₇₈ 225 50 100 150 200 250 300 350 400 450 m/z, amu 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Rel. Int. (%) 358 152 490 339 400 279 321 194 267 243 308 418 442 50 100 150 200 250 300 m/z, amu 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Rel. Int. (%) 318 224 275 208 110 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 m/z, amu 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Rel. Int. (%) 474 358 208 178 297 ₃₂₃ ₃₈₄ ₄₄₄ 402 152 ₂₇₉ [Pb(G-H)]+ - HNCO m/z 358 [Pb(G-H)]+ - NH₃ -17 -43 -150 m/z 315 m/z 208 [Pb(G-H)]+ (m/z 341) Pb+  Réactivité de la guanine

• Le spectre de fragmentation du complexe guanine/plomb a été obtenu à partir d’une solution de guanosine. La guanine est tellement basique que nous n ’avons pas pu observer l’ion [Pb(guanine-H)]+ _{à partir d’une}

solution de guanine dans nos conditions expérimentales.

• Réactivité sensiblement différente de celle observée avec l’adénine (nous n’observons pas la formation de l’ion (Guanine - H)+_).

 Etude expérimentale

 Etude théorique

• La fragmentation principale, due à la réactivité du plomb, correspond à la rupture de la liaison sucre-base.

• Fragmentation secondaire des complexes ribose/plomb et désoxyribose/plomb.

 Etude de la cytidine et de la désoxycitidine.

 Spectre electrospray [Pb(C-H)]+ - HNCO m/z 318 Pb+ m/z 208 -68 -43 -208 m/z 110 [Pb(C-H)]+ (C-H)+ m/z 275 -94 PbO+ m/z 224 0.0 +2.8 +19.8 +27.5 +42.4

• Le site de complexation préférentiel du plomb se situe sur l’oxygène du C(6) et sur le N(7), ce qui est en accord avec les résultats obtenus pour d’autres métaux.

• La forme la plus stable est un tautomère et la complexation de type bidendate est favorisé.

NH N N O NH2 N O OH OH H H H H HO [(cytidine-H)Pb]+ _{(m/z 450)} [(désoxyguanosine-H)Pb]+ _{(m/z 474)} [(guanosine-H)Pb]+ _{(m/z 490)} [(guanine-H)Pb]+ _{(m/z 358)} [(Cytosine-H)Pb]+ _{(m/z 318)}  Réactivité  Réactivité de la Cytosine  Etude expérimentale

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Conclusion

• L’étude des spectres MS et MS/MS montre une certaine similitude dans la réactivité des quatre nucléosides, la fragmentation majeure induite par le métal correspondant au clivage de la liaison sucre-base. L’observation de complexes dichargés dans le cas de la guanosine indique que ces ions, même s’ils ne sont pas systématiquement détectés, peuvent se former transitoirement et conduire à la formation des ions [Pb(nucléoside) - H]+_{. Des calculs}

quantiques seront effectués afin de compléter ce travail. Concernant l’étude des bases nucléiques, les résultats expérimentaux nous confirment bien la différence de réactivité entre les bases puriques et les bases pyrimidiques.

 Etude théorique

• Contrairement aux autres bases nucléiques, le plomb semble avoir plusieurs sites préférentiels de complexation.

• Le cation est toujours préférentiellement dicoordiné.

 Réactivité

• Les spectres de fragmentation de l’ion [Pb(cytosine - H)]+

obtenus à partir d ’une solution de cytidine, de désoxycytidine ou de cytosine sont identiques.

• Comme dans le cas de l’étude de la fragmentation du complexe adénine/plomb, on observe la formation de l’ion (cytosine-H)+

par réduction totale du centre métallique. Guanosine DP=20 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 m/z, amu 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Rel. Int. (%) 152 208 284 135 225 358 110 567 490 341 239 315 509 167 NH N N O NH2 N O OH OH H H H H HO Guanosine DP=160 - [(guanosine)_nPb]2+ _(n=2,3). _{- [(guanosine)} nH]+ (n=1,2). - [(guanosine - H)Pb]+_. _{- [(guanine)} nH]+ (n=1,2). - [(guanine - H)Pb]+_.

• Le pic de base correspond a la forme protonée de la base ou du nucléoside.

- [(désoxycytidine)_nPb]2+ _{(n=2,3 et 4).} _{- [(désoxycytidine)} nH]+ (n=1,2). - [(désoxycytidine - H)Pb]+_. _{- [(cytosine)} nH]+ (n=1,2). - [(cytosine - H)Pb]+_. 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 m/z, amu 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Rel. Int. (%) 228 455 289 303 178 260 112 ₁₅₈ ₁₉₃₂₃₀ ₃₃₁ ₃₇₉ ₄₄₅ ₄₉₇ ₅₅₈ N NH2 O N O H OH H H H H HO Désoxycytidine DP=0 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 m/z, amu 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Rel. Int. (%) 112 208 455 225 209 ₃₁₈ 336 ₄₃₄ 239 ₂₈₄ ₅₁₆ 194 390 538 N NH2 O N O H OH H H H H HO Désoxycytidine DP=160

• Nous n’observons pas d’ions dichargés dans le cas de la cytidine.

• Similarité avec les spectres MS de la guanosine et de la désoxyguanosine (pics de base, formation d’espèces,…)

• Fragmentation principale : rupture de la liaison sucre-base.

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References

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W.R. Farkas Biochim. Biophys. Acta 155 (1968).

[Pb(N-H)]

+

[Pb(nucléobase-H)]

+

[Pb(sucre-H)]

+

• La faible intensité des ions (nucléobase)H+ _{formés pour les désoxyriboses suggère que la}

présence d ’un groupement hydroxyl en 2 ’ est nécessaire à la formation de ces ions.