Fluorescence intrinsèque de l’ADN

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Sous-thème : Vivant

Mots-clés : ADN, fluorescence, spectroscopie femtoseconde, G-quadruplexes, excitons, Année internationale de la lumière.

Keywords : DNA, fluorescence, femtosecond spectroscopy, excitons, G-quadruplexes, excitons, International year of light.

Dessin de Ghislain Aubry.

Pendant longtemps, l’ADN a été considéré comme non fluorescent. Ceci n’est pas étonnant compte tenu du fait que le rendement quantique de fluorescence des acides nucléiques est extrêmement faible, de l’ordre de 10^-4. Mais depuis le début du XXI^e siècle, grâce au développement de protocoles d’expérimentation spécifiques et aux avancées en instrumentation, des études systématiques sur la fluorescence intrinsèque de l’ADN ont pu être menées. On a pu ainsi obtenir non seulement des spectres de fluorescence, mais aussi une pléthore de données résolues en temps, de la femtoseconde à la nanoseconde.

Ces résultats, associés à des travaux théoriques, ont grandement contribué à la compréhension de l’interaction du rayonnement UV avec l’ADN. Ils ont notamment permis de décrire les processus responsables de la désactivation ultra-rapide des états excités des briques élémentaires, d’obtenir des informations sur les voies complexes que suit l’énergie des photons UV au sein des doubles hélices, énergie capable de provoquer des mutations cancérigènes, et enfin de démontrer le comportement collectif des excitations électroniques, particulièrement prononcé dans le cas de G-quadruplexes, structures impliquées dans d’importants processus biologiques mais également prometteuses pour des applications dans le domaine de l’électronique moléculaire et l’optoélectronique.

Dessin de Ghislain Aubry.

Up to very recently, DNA was considered to be non-fluorescent. This is not surprising given the fact that the fluorescence quantum yield of nucleic acids is extremely small, on the order of 10^-4. But since the beginning of the 21^st century, with the development of specific testing protocols and improved instrumentation, systematic studies of the intrinsic fluorescence of DNA have been performed with success. It has thus been possible to obtain not only fluorescence spectra, but also a large panel of time resolved data, from the femtosecond to the nanosecond timescale.

These results, combined with advanced theoretical work, have contributed greatly to the understanding of the interaction of UV radiation with DNA. In particular, this combination of experimental and theoretical results has allowed to describe the processes responsible for the ultrafast deactivation of the excited states of the individual building blocks, to obtain information on the complex pathways followed by the excess energy deposited by absorption of UV photons in double helices, energy capable of leading to carcinogenic mutations, and then to demonstrate the collective behavior of the electronic excitations, particularly pronounced in the case G-quadruplexes, structures involved in many important biological processes but also promising for applications in the field of molecular electronics and optoelectronics.

Fluorescence intrinsèque de l’ADN Intrinsic fluorescence of DNA