Étude de l’ionisation et de la fragmentation de bases de l’ADN-ARN par la théorie de la fonctionnelle de la densité

Ionization and fragmentation of DNA-RNA bases : a density functional theory study

• Auteur / Autrice : Leila Sadr-Arani
• Direction : Henry Chermette, Pierre Mignon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 13/05/2014
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Sciences Analytiques. Lsa
• Jury : Président / Présidente : Christophe Morell
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Douki, Michel Farizon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean Cadet, Ilaria Ciofini

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réactions de transfert de protons

Déshydrogénation

Fragmentation

Ionisation

Théorie de la fonctionnelle de densité

Mots clés libres

DFT

PBE

Ionisation

Fragmentation

Mécanismes

Déshydrogénation

Protonation

Bases de l’ADN/ARN

DFT

PBE

Ionization

Fragmentation

Mechanism

Dehydrogenation

Protonation

DNA/RNA bases

Résumé

Les rayonnements ionisants (RI) traversent les tissus humains, y déposent de l'énergie et la dissipent en fragmentant des molécules. Les fragments obtenus peuvent être mis en évidence par spectrométrie de masse. Malgré la quantité d'informations obtenue expérimentalement à partir du spectre de masse, l'expérience seule ne peut pas répondre à toutes les questions concernant les mécanismes de fragmentation des bases de l'ADN/ARN, et l'étude issue des méthodes quantiques est un complément précieux à ces informations. L'étude théorique permet de connaître les liaisons moléculaires rendues faibles dans chaque base par ionisation et ainsi de prévoir les mécanismes de fragmentation et les fragments produits. Le but de ce travail est d'étudier l'ionisation et les mécanismes de fragmentation de bases de l'ADN/ARN (Uracile, Cytosine, Adénine et Guanine) et d'identifier les cations correspondants à chaque pic des spectres de masse. Nous avons effectué nos calculs en utilisant la DFT avec la fonctionnelle PBE. Dans cette thèse, pour toutes les bases d'ARN, la réaction de rétro Diels-Alder est une des voies principales de dissociation (élimination de HNCO ou de NCO•) à l'exception de l'adénine qui n'a pas d'atome d'oxygène. La perte d'une molécule NH3 (NH2•) est aussi un chemin commun à toutes les bases contenant un ou plusieurs groupes amine. Egalement, la possibilité de la perte d'un hydrogène à partir des cations est également envisagée, ainsi que la dissociation de ces cations déshydrogénés et des bases protonées, en se limitant à l'uracile. Ce travail montre tout l'intérêt de l'apport de calcul (DFT) à l'interprétation des spectres de masse de bases de l'ADN

Ionizing radiation (IR) cross human tissue, deposit energy and dissipate fragmenting molecules. The resulting fragments may be highlighted by mass spectrometry. Despite the amount of information obtained experimentally by the interpretation of the mass spectrum, experience alone cannot answer all the questions of the mechanism of fragmentation of DNA/RNA bases and a theoretical study is a complement to this information. A theoretical study allows us to know the weakest bonds in the molecule during ionization and thus may help to provide mechanisms of dissociation and produced fragments. The purpose of this work, using the DFT with the PBE functional, is to study the ionization and fragmentation mechanisms of DNA/RNA bases (Uracil, Cytosine, Adenine and Guanine) and to identify the cations corresponding to each peak in mass spectra. For all RNA bases, the retro Diels-Alder reaction (elimination of HNCO or NCO•) is a major route for dissociating, with the exception of adenine for which there is no atom oxygen in its structure. Loss of NH3 (NH2•) molecule is another common way to all bases that contain amine group. The possibility of the loss of hydrogen from the cations is also investigated, as well as the dissociation of dehydrogenated cations and protonated uracil. This work shows the interest of providing DFT calculation in the interpretation of mass spectra of DNA bases