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Η ρόφηση Eu από υδατικά δ/τα των μικροοργανισμών Saccharomyces cerevisiae, Kluyveromyces marxianus και Debaromyces hansenii μελετήθηκε ως συνάρτηση της θερμοκρασίας ανάπτυξης, της παροχής αέρα κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης και της ηλικίας των κυττάρων. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η εκθετική φάση των κυττάρων και η βέλτιστη θερμοκρασία επιδρούν με τέτοιο τρόπο ώστε να έχουμε μεγαλύτερη ρόφηση μετάλλου, ενώ η παροχή αέρα δεν επηρεάζει σημαντικά τα αποτελέσματα της ρόφησης. / The Eu(III) uptake from aqueous solutions by Saccharomyces cerevisiae, Kluyveromyces marxianus and Debaromyces hansenii was studied as a function of the growth temperature, supply of air flow during the cultivation process and the age of cells. Our results revealed that exponential phase cells and the optimum temperature of growth resulted in a higher metal uptake, while aeration did not have any significant effect on the uptake.

La trachée est une structure très complexe des voies respiratoires, qui est composée d'anneaux cartilagineux, fait de cartilage hyalin, et de bandes musculaires, formées de cellules musculaires lisses, dont l'architecture confère à la fois rigidité et souplesse au canal trachéen. Contrairement à d'autres cartilages, tels que ceux trouvés dans la plaque de croissance en développement et dans les articulations adultes, ou aux cellules musculaires lisses des vaisseaux, très peu d'informations sont disponibles sur le développement du cartilage et du tissu musculaire trachéal et sur leur capacité à se minéraliser, bien que la calcification de la trachée soit un événement commun dans la population âgée et plus rare dans certaines pathologies. Dans ce contexte, ce travail de thèse a cherché dans le modèle souris à mieux caractériser le cartilage et le tissu musculaire lisse de la trachée et également comprendre les mécanismes moléculaires jusqu'alors inexplorés, régulant la minéralisation de la trachée. Grâce à une nouvelle technique de culture de cellules provenant de la trachée, nous avons démontré que les chondrocytes et les cellules musculaires lisses trachéaux sont tous deux capables de minéraliser lorsqu'ils sont traités avec un haut niveau de Pi, mais via des mécanismes moléculaires différents. En parallèle, une étude in vivo nous a permis de démontrer que la minéralisation de la trachée se produit uniquement dans les anneaux cartilagineux dès 30 jours après la naissance. Des analyses histologiques et moléculaires ont permis d'affiner ces résultats et de proposer un modèle de minéralisation de la trachée via une progression rostro-caudale dépendante de BMP2 / The trachea is a very complex structure of the respiratory tract, composed of C-shaped cartilaginous rings, made of hyaline cartilage, and muscular bands, made of smooth muscle cells, conferring rigidity and compliance to the windpipe, respectively. In contrast to other intensely studied cartilages such as the ones found in the developing growth plate and in the adult joints or smooth muscle cells from the vasculature, very little information is available on the development of the tracheal cartilage and smooth muscle tissues and on their innate propensity to mineralize, although calcification of the trachea is a common finding in the elderly population and also a rare manifestation of pathologic conditions. In this context, this PhD work sought to better characterized the poorly studied tracheal cartilage and smooth muscle tissue and understand the molecular mechanisms regulating tracheal mineralization that has been unexplored so far. We tackle these questions in the mouse model. Setting up a novel in-vitro culture of tracheal cells, we demonstrated that tracheal chondrocytes and smooth muscles cells are prone to mineralize when treated with high level of Pi, through different molecular mechanisms. In parallel, we found that in vivo mineralization of the trachea only happens in the cartilaginous rings, as early as 30 days after birth. Histological and molecular evidence suggest that tracheal mineralization occurs through a BMP-dependent rostro-caudal progression

Organic ligand complexation reactions at the mineral-water interface play an important role in several environmental and geochemical processes such as adsorption, dissolution, precipitation, pollutant transport, nutrient cycling, and colloidal stability. Although organic ligand surface complexation reactions have been extensively studied, a molecular level understanding regarding the mechanisms underlying the adsorption of such compounds is still limited. The purpose of the current study was to investigate the interactions between some common naturally occurring organic ligands and a common aluminosilicate clay mineral, kaolinite, using a combination of macroscopic and microscopic experimental methods. Molecular level information regarding the structure and binding mode of adsorbed species was obtained using in situ MIR-FTIR spectroscopy. Other experimental techniques including adsorption experiments, surface titrations, and surface complexation modelling were also employed in order to quantify and describe the macroscopic adsorption properties of the organic ligands examined. Three low molecular weight organic acids (oxalic, salicylic, and phthalic acid) and humic acid were chosen as representative organic ligands. Spectroscopic evidence revealed that low molecular weight organic acids are able to form both inner and outer sphere complexes on kaolinite, and the relative concentrations of these surface complexes varies with solution chemistry. Inner sphere coordination modes inferred are a mononuclear bidentate for oxalate (five-membered chelate ring) and phthalate (seven-membered chelate ring); and a mononuclear monodenate (six-membered pseudochelate ring) for salicylic acid. Similar coordination modes were shown to form on simpler mineral (hyrd)oxides. Elucidation of the coordination chemistry of these ligands can provide insights into the dissolution mechanisms of silicate minerals In contrast to low molecular weight organic acids, there was no evidence of inner sphere complexation by humic acid acids on kaolinite or gibbsite. The combined spectroscopic and macroscopic adsorption results suggest that cation bridging and van der Waals interactions are the two most probable mechanisms for the adsorption of humic acid by these mineral substrates. This finding casts doubts over the use of low molecular weight organic acids as humic acid analogs.

De nos jours, un des objectifs importants de la recherche bioinorganique moderne est le développement d'enzymes artificielles. L'étude séquentielle des acides aminés présents dans le centre actif des métalloenzymes peut présenter une voie possible de la stratégie de modélisation enzymatique. Cependant, les peptides linéaires ont leurs limites lors de la reconstitution des centres actifs des métalloenzymes : ils ne possèdent pas la structure tridimensionnelle bien définie, par conséquent leur structure est vulnérable vis-à-vis de la coordination ou de l’hydrolyse des azotes amidiques. La capacité de coordination des métaux par des peptides linéaires peut être améliorée, par exemple, en les attachant à une plateforme tripodale. Les composés tripodaux peuvent assurer une organisation structurale rigide ou moins flexible pour des chaînes latérales des acides aminés, créant ainsi des sites de coordination pré-organisés pour les métaux. Dans cette thèse, la synthèse et la caractérisation des ligands peptidiques tripodaux contenant de l'histidine et la formation des complexes en présence de cuivre(II) et de zinc(II) sont présentées. Les propriétés acido-basiques ont été étudiées par potentiométrie et différentes techniques spectroscopiques ont été utilisées pour la caractérisation structurale (UV-Vis, CD, ESR, RMN et MS). Outre que la caractérisation thermodynamique et structurale, des propriétés catalytiques des complexes en réaction enzymatiques (oxydation du catéchol, dismutation du superoxyde) ont également été étudiées. Nos résultats ont démontré que les ligands peptidiques tripodaux sont capables d'améliorer la stabilité des complexes métalliques et qu'ils peuvent fournir des structures adéquates pour mimer efficacement les fonctions catalytiques des enzymes. Grâce aux études approfondies et systématiques des propriétés acido-basiques et spectroscopiques, nous avons mis en évidence les forces motrices de la coordination des métaux et établi l'impact de la structure tripodale sur la stabilité, la structure et les propriétés catalytiques des complexes formés. Nos résultats confirment l'effet bénéfique des plateformes tripodales durant la complexation des métaux, et soulignent les possibilités qui s’offrent aux peptides tripodaux dans le domaine de la biomimétisme / One of the most important directions of modern bioinorganic research is the development of artificial enzymes. One pathway of enzyme modeling strategy is the study of amino acid sequences present in the active centers of metalloenzymes. Linear peptides, however, have their limitations in reconstituting the active centers of metalloenzymes, since they do not possess the well-defined three dimensional structure, therefore their structure is vulnerable towards amide nitrogen coordination/hydrolysis. Improvement of metal binding capabilities of linear peptides can be obtained by e.g. their functionalization with tripodal ligands. Tripodal compounds may provide a rigid, less flexible platform for the coordinating amino acid side chains, creating pre-organized metal binding sites. In my thesis, I present synthesis and characterization of histidine containing tripodal peptide ligands and their complex formation in presence of copper(II) and zinc(II). Solution equilibrium was studied with pH potentiometric measurements, and several spectroscopic methods were used for structural characterization (UV-Vis, CD, ESR, NMR and MS methods). Beside thermodynamic and structural characterization, enzyme mimicking catalytical properties of the complexes have also been investigated (catechol oxidation, superoxide dismutation). Our results demonstrated that tripodal peptide ligands are capable of enhancing the stability of metal-peptide complexes, and they may provide convenient structures to efficiently mimic the catalytic functions of enzymes. With thorough and systematical solution equilibrium and spectroscopic studies, we uncovered the driving forces of metal coordination, and established the impact of the tripodal structure in stability, structure and catalytic properties of the forming complexes. Our findings confirm the beneficial effect of tripodal scaffolds in peptide-type ligand-metal complexes, and emphasize the possibilities lying within tripodal peptides in the field of enzyme mimicking

Le greffage radio-induit de polymères fonctionnels, tels que le poly(acide acrylique) (PAA), la poly(4-vinyl pyridine) (P4VP) et le poly(bis[2-(methacryloyloxy)ethyl] phosphate (B2MP), dans la structure nanoporeuse de membranes en poly(fluorure de vinylidène) (PVDF) à traces attaquées est ici rapporté, l’objectif étant la pré-concentration sélective des ions Pb(II), Hg(II) et U(VI) en solution dans l’eau. Les membranes en PVDF à traces attaquées sont fabriquées par irradiation aux ions lourds rapides suivie par la révélation chimique des traces. Les membranes nanoporeuses en PVDF ainsi créées sont ensuite fonctionnalisées dans la porosité grâce à la présence de radicaux résiduels à la paroi des nanopores. La spectroscopie RPE a été utilisée pour déterminer la quantité et la réactivité des radicaux piégés, notamment dans le cas d’une fonctionnalité nouvelle comme le B2MP. Il a été montré que ces radicaux, alkyles et peroxyles, étaient en quantité suffisante pour initier une polymérisation radicalaire en présence des trois monomères étudiés. Le FESEM, le FTIR et une méthode moins conventionnelle comme le potentiel Zeta ont permis la caractérisation des groupes fonctionnels. Dans le cas du greffage de la P4VP dans les nanopores, la mesure des états de charges à la surface des nanopores versus le pH a montré que le greffage était uniforme et relativement dense tout au long des canaux poreux. L’objectif de ce travail étant de développer des capteurs électrochimiques innovants pour la détection des métaux toxiques, une étude en adsorption a confirmé des capacités de sorption très efficaces des membranes à traces en PVDF greffées dont les groupes fonctionnels facilitent les réactions de coordination partant d’une interaction électrostatique pure inhérente au PAA à la complexation chélatante avec la P4VP en passant par celle du B2MP. L’effet complexant modéré du B2MP dans le cas de l’adsorption de l’U(VI) est dû à la co-existence de groupements échangeurs d’ions et chélatants dans la structure du B2MP. Pour la détection électrochimique, les membranes en PVDF nanoporeuses radio-greffées sont converties en électrodes. La pré-concentration de métaux toxiques adsorbés dans la nanoporosité permet de diminuer la limite de sensibilité de la voltammétrie à redissolution à des concentrations sub-ppb (μg/L). Les données acquises en photoluminescence résolue en temps (TRPL) et en XPS ont approfondi la compréhension du mécanisme de coordination du complexe U(VI)-B2MP. / Present work reports on radiation grafting of poly(acrylic acid) (PAA), poly(4-vinyl pyridine) (P4VP) and bis[2-(methacryloyloxy)ethyl] phosphate (B2MP) functional polymers inside nanoporous structure of track-etched poly(vinylidene fluoride) (PVDF) membranes for selective pre-concentration of Pb(II), Hg(II) and U(VI) from aqueous solutions. Track-etched PVDF membranes were made by means of swift heavy ion (SHI) irradiation followed by ion track revealing. The resulting nanoporous PVDF membranes were then functionalized through remained radicals at the nanopore walls. EPR spectroscopy was used to examine the amount and reactivity of the trapped radicals, notably towards a novel functionality inside the etched tracks, namely B2MP. It was found that these radicals, alkyl and peroxy ones, were sufficient to initiate free-radical polymerization in presence of the three studied vinyl monomers. FESEM, FTIR and a less conventional zeta-potential measurements were utilized for examination of functional group presence. In case of P4VP grafting, the measured nanopore surface charge versus pH demonstrated uniform and relatively dense grafting all along the nanopore channels. As the objective of this work is to develop innovative electrochemical sensors for toxic metal determination in water, adsorption experiments were performed confirming that efficient uptakes of the grafted track-etched PVDF membranes are due to the presence of functional groups that facilitate coordination reactions from pure inherent to PAA electrostatic interaction to chelating complexation with P4VP and B2MP complexation in between. The moderate interaction effect in case of U(VI) adsorption by B2MP is due to the co-existence of ion-exchange and chelating groups in B2MP. For electrochemical sensoring, membranes functionalized with abovementioned chelate polymers were converted into electrodes. The pre-concentration of toxic metal adsorbed inside the nanoporosity permit to below stripping voltammetry sensitivity limits to sub-ppb (μg/L) level. Time-resolved photoluminescence (TRPL) measurements accompanied with XPS were performed on uranyl adsorbed B2MP-g-PVDF membranes in order to understand deeper the U(VI)-B2MP coordination mechanism.