Effets coopératifs dans les états excités singulets des doubles hélices modèles d'ADN

Cooperative effects in the singlet excited states of model DNA double helices

• Auteur / Autrice : Delphine Onidas
• Direction : Dimitra Markovitsi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie. Chimie - Physique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Interaction UV-ADN

Adénine

Thymine

Upconversion

Fluorescence

Effets coopératifs

Excitons

Transfert d'énergie

Résumé

Nous avons étudié les propriétés des états excités singulets de deux doubles hélices modèles d’ADN, (dA)n. (dT)n et (dAdT)n. (dAdT)n et nous les avons comparées à celles des simples brins et de leurs monomères constitutifs, afin de caractériser les effets coopératifs qui existent entre les bases. Nous avons utilisé les spectroscopies optiques en régime stationnaire ainsi que la spectroscopie de fluorescence résolue en temps sur une large gamme temporelle (100 fs – 100 ns). Premièrement, nous avons déterminé les propriétés des états singulets des monomères. Nous avons montré que la fluorescence de dA et dAMP est émise aussi bien à partir de l’état S1 que de l’état S2. L’émission du S2 correspond essentiellement au maximum du spectre de fluorescence enregistré en régime stationnaire alors que l’aile rouge de ce spectre provient majoritairement de l’émission du S1. Ensuite, nous nous sommes intéressés aux états excités singulets des simples et doubles brins. Nous avons démontré que tous nos résultats expérimentaux obtenus pour les deux doubles brins ainsi que pour la simple hélice (dA)20, ne peuvent pas être interprétés en terme d’états excités localisés sur une seule base. Par contre, l’hypothèse d’une bande d’états délocalisés nous a permis de rendre compte de toutes nos observations. La formation des états délocalisés serait due à l’action des interactions dipolaires et des interactions à transfert ou résonance de charge. Finalement, l’observation des déclins d’anisotropie de fluorescence à l’échelle subpicoseconde, nous a permis de prouver qu’un transfert d’énergie a lieu au sein des hélices considérées. Ce transfert s’effectuerait par un mécanisme de diffusion intrabande.

We have studied singlet excited states properties of two DNA double helices, (dA)n. (dT)n and (dAdT)n. (dAdT)n and we have compared them to the properties of the corresponding single strands ((dA)20 and (dT)20) and monomers (nucleosides and nucleotides), by focusing on cooperative effects between bases. We have used both steady-state (absorption, fluorescence) and time-resolved fluorescence optical spectroscopies covering a large time-domain (100 fs – 100 ns). The first step of the study was to determine the properties of the monomers (dA, dAMP, dT and TMP). Our main result is that fluorescence of dA and dAMP emanates from both S1 and S2. The peak of the steady-state fluorescence spectrum corresponds mainly to S2 fluorescence whereas the red tail arises from S1. We have shown that all our experimental results, obtained for the two double helices and the single helix (dA)20, cannot be described in terms of states localized on single bases. In contrast, formation of delocalized states, induced by the combined action of dipolar interactions and charge transfer or charge resonance interactions, can account for the ensemble of our observations. Finally, the observation of fluorescence anisotropy decays at the sub-picosecond time-scale, has shown that energy transfer takes place in the studied helices.