Trampa cinética en la superficie de energía potencial del par citosina-guanina protonado: ¿dónde se localiza el H+?

ANDRÉS F. CRUZ ORTIZ; MATÍAS BERDAKIN; MAXIMILIANO ROSSA; GUSTAVO A. PINO

Carlos Paz

Congreso; XX Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2017

Asociación Argentina de Investigación Fisicoquímica

Se ha establecido en los últimos años que el apareamiento entre bases del ADN mediado por cationes,
representa un método muy eficiente y específico para la formación/estabilización de pares de bases no canónicos.
El interés por introducir pares de bases no canónicos en el ADN se debe a la gran diversidad de aplicaciones que estos
presentan a nivel biológico y/o biotecnológico. El estudio en fase gaseosa de estas interacciones permite conocer
las propiedades intrínsecas que dan lugar a la formación de estos pares y su comparación directa con cálculos de
estructura electrónica
En este trabajo se presentan los resultados de estudios experimentales y teóricos sobre las propiedades
estructurales y del par de bases (C-G) Citosina (C) Guanina (G) mediado por un protón (H+).
El complejo iónico (C-H+-G) fue generado mediante una fuente de ionización por electrospray (ESI) acoplada
a un espectrómetro de masas en tándem de Resonancia Ciclotrónica de Iones con Transformada de Fourier (FT-ICR).
El ión padre fue aislado y su espectro vibracional en la región 900 ? 2000 cm-1 se obtuvo por Espectroscopia de
Disociación Multifotonica IR (DMIR) con radiación proveniente del Free Electron Laser (FEL) de Orsay (CLIO). L a
superficie de energía potencial (SEP) del agregado iónico (C-H+-G) fue explorada a nivel DFT(B3LYP) y MP2. Se
empleó el conjunto de bases 6-311G ++ (d, p) para los átomos de C, H, N, y O y el pseudo potencial SDD para el átomo
de Ag. Todos los cálculos se llevaron a cabo en el paquete de programas Gaussian 09. Los espectros de absorción
lineal IR de todos los mínimos encontrados se calcularon al nivel de teoría DFT.
En los espectros de masas obtenidos después de aislar el ión padre (C-H+-G) y fotofragmentarlo con el FEL,
se observa una única señal a m/z= 152,1 correspondiente a GH+, lo cual indica que el H+ se encuentra exclusivamente
sobre G.
Los cálculos de estructura electrónica muestran que las estructuras tipo Hoogsteen son mucho más estables que
las Watson-Crick y que el mínimo global sobre la SEP corresponde al isómero con el protón sobre CH+. Sin embargo,
este isómero no puede explicar el patrón de fragmentación del complejo ni simular el espectro IR experimental. El otro
isómero Hoogsteen, es menos estable y contiene el H+ sobre GH+. Este isómero permite explicar las observaciones
y reproduce muy adecuadamente el espectro IR determinado por DMFIR-FEL. Esto indica que, a pesar de que el
sistema está termalizado a temperatura ambiente, sólo se observa el isómero menos estable debido a la presencia de
una trampa cinética que lo atrapa en un mínimo local y que es formada como consecuencia de una barrera energética
desarrollada a lo largo de la coordenada N(3)C?N(7)G que representa la distancia entre las dos bases.
Esto está relacionado con el hecho de que la solución de partida que se introduce al ESI se prepara a partir de
la mezcla de una solución de C y otra solución de GH+. Debido a que la afinidad protónica (AP) de G es mayor que la
C, cuando se encuentran, se forma el complejo, GH+?C que queda atrapado en un pozo de potencial local, hasta que
la distancia entre las bases cambia y puede ocurrir la transferencia de protón para formar el isómero más estable G?
H+C. A pesar de que la AP de C es menor que la de G, este último isómero es más estable debido a que la distribución
de cargas en los grupos funcionales de ambas bases se modifica y torna más fuertes los enlaces-Hidrógeno entre ellas
y por lo tanto el complejo sufre una estabilización adicional.