Dans le contexte actuel, il devient nécessaire de rendre les alternatives au pétrole, tel que le bioéthanol 2G, disponibles à grande échelle. Cependant, l’étape d’hydrolyse par les enzymes de Trichoderma reesei reste un verrou à un procédé économiquement stable et rentable. Ces travaux de thèse, s'intègrent dans le cadre du projet Futurol et ont pour objectifs d'identifier et de caractériser de nouvelles enzymes fongiques pour améliorer l'hydrolyse de la biomasse lignocellulosique. A partir des données protéomiques disponibles pour Podospora anserina et Fusarium verticillioides, une douzaine d'enzymes candidates ont été identifiées dans leurs sécrétomes. Ce travail de thèse s'est plus particulièrement focalisé sur les AA9s « Lytic Polysaccharide Monooxygenases » (LPMOs) de P. anserina. Parmi les LPMOs étudiées, PaLPMO9A, PaLPMO9E et PaLPMO9H, qui possèdent un CBM1, sont les plus actives sur la cellulose. La détermination de la régiosélectivité d'action a mis en évidence que PaLPMO9A et PaLPMO9H clivent la cellulose en position C1 et C4 alors que la PaLPMO9E génère uniquement des produits oxydés en C1. La PaLPMO9H est la plus versatile puisqu’elle est active sur les cello-oligosaccharides solubles et sur les polysaccharides hémicellulosiques liés en β-(1,4) (i.e., xyloglucane, glucomannane). La supplémentation du cocktail de T. reesei avec PaLPMO9E ou PaLPMO9H a permis de doubler les rendements d'hydrolyse du miscanthus prétraité. Les travaux réalisés au cours de cette thèse ont permis de démontrer l'importance de ces enzymes oxydatives dans les phénomènes de déconstruction de la lignocellulose chez les champignons filamenteux. / In the current context, it becomes essential to make alternative to oil, such as the 2G bioethanol, available at large scale. However, the hydrolysis step by Trichoderma reesei enzymes remains the major bottleneck for an economically sustainable process. The present work is part of the Futurol project, and aims at identifying and characterizing new fungal enzymes to improve the hydrolysis of lignocellulosic biomass. From the proteomic data available for Podospora anserina and Fusarium verticillioides, a dozen of interesting enzymes were identified in their secretomes. This work focuses, mainly, on the AA9s « Lytic Polysaccharide Monooxygenases » (LPMOs) from P. anserina. Among all the LPMOs studied, PaLPMO9A, PaLPMO9E and PaLPMO9H that harbored a CBM1 were the most active on cellulose. Investigation of their regioselective mode of action revealed that PaLPMO9A and PaLPMO9H oxidatively cleaved at both C1 and C4 positions while PaLPMO9E released only C1-oxidized products. PaLPMO9H that was the most versatile in terms of substrate specificity as it also displayed activity on cello-oligosaccharides and β-(1,4)-linked hemicellulose polysaccharides (e.g., xyloglucan, glucomannan). The hydrolysis yield of the pretreated miscanthus was significantly improved up to 2 fold, when the PaLPMO9E, or PaLPMO9H were supplemented to the T. reesei cocktail. This work demonstrated the importance of these oxidative enzymes for lignocellulose deconstruction by fungi. These biocatalysts open new prospects to improve the enzymatic conversion of plant biomass for 2G bioethanol production.

Le clivage est un mécanisme de défense dans lequel les représentations positives et négatives de soi-même et d’autrui sont séparées afin d’éviter de ressentir l’anxiété. Les stresseurs interpersonnels provoqueraient des comportements impulsifs chez les individus ayant une propension au clivage élevée. Ceci dit, les processus cognitifs associés à la propension au clivage sont inconnus. La capacité de résistance à l’interférence proactive est la capacité de résister à l’intrusion en mémoire de travail de pensées impertinentes pour la tâche en cours. Ainsi, cette capacité pourrait jouer un rôle important dans la gestion de représentations et être diminuée par les stresseurs de nature interpersonnelle. La présente étude avait pour but de vérifier l’hypothèse voulant que la résistance à l’interférence proactive diminue dans une condition d’exclusion sociale et que cet effet soit augmenté par la propension au clivage. L’échantillon comprenait 131 individus provenant d’une population non-clinique. D’abord, ils ont complété un questionnaire mesurant la propension au clivage. Ensuite, ils ont été assignés aléatoirement à une condition soit d’exclusion sociale, soit d’inclusion sociale. Finalement, ils ont effectué une tâche de résistance à l’interférence proactive. Dans la condition d’exclusion, les participants commettent davantage d’erreurs sur les cibles négatives non récentes que sur les cibles négatives récentes à la tâche de résistance à l’interférence proactive. Aucune interaction n’a été obtenue entre la propension au clivage et les conditions sociales. Conséquemment, les processus cognitifs associés à la propension au clivage demeurent inconnus, mais des pistes d’explication sont explorées du point de vue méthodologique pour les recherches futures. / Splitting refers to a defense mechanism by which the positively and negatively charged representations of self and others are separated in order to protect oneself from several anxiety. Interpersonal stresses play a major role in triggering impulsive behaviors among individuals with a high splitting usage. However, the cognitive processes associated with the usage of splitting are unknown. Resistance to proactive interference is the ability to resist memory intrusions from irrelevant previously learned information. This cognitive ability might, thus, play an important role in regulating representations and be decreased by interpersonal stress. It is hypothesized that the resistance to proactive interference would decrease during social exclusion and this effect would be function of splitting use frequency. The sample consisted of 131 nonclinical individuals from student and general population. They completed a self-report splitting questionnaire. Then, they were randomly assigned to rejection or inclusion conditions on an interpersonal task. Finally, they performed a resistance to proactive interference task. In the rejection condition, the error rate on negative probes trials was higher than recent negative probes trials. Splitting usage did not interact with social condition in predicting the error rate in the resistance to proactive interference task. Consequently, the cognitive processes associated to splitting usage remain unknown but explanations are explored in a methodological view for future researches.

Cotutelle internationale de thèse réalisée entre l'Université de Montréal et l'Université de Lille / Résumé Victoire inattendue de Donald Trump aux États-Unis lors de la campagne présidentielle de 2016 ; succès du camp du Brexit au Royaume-Uni la même année ; disparition des deux partis de gouvernement au deuxième tour de la campagne présidentielle en France lors de l’élection de 2017 ; victoire majoritaire d’un tiers-parti, la Coalition Avenir Québec, lors de l’élection provinciale de 2018 au Québec : des deux bords de l’Atlantique, d’importantes recompositions des scènes partisanes et des résultats électoraux inopinés agitent les analyses politiques, médiatiques et pour partie universitaires. Ces phénomènes sont parfois interprétés au travers du prisme de la « montée des populismes ». Certains travaux pointent du doigt le « peuple » et sa propension à se laisser séduire, voire berner, par des leaders « populistes ». L’explication, souvent sur la base d’enquêtes de sondage, serait à trouver dans le vote, pêlemêle, des « perdants de la mondialisation », des classes populaires ou encore du monde ordinaire des zones rurales. Le constat d’un champ politique apparemment chamboulé par les franges dominées du monde social s’accompagne du paradoxe de pauvres votant contre leurs intérêts supposés. En France, ces questionnements s’inscrivent en partie dans des débats autour du vote des classes populaires dans un contexte d’effacement du clivage gauche-droite comme référent politique. Au contraire, au Québec, la scène partisane est présentée comme de plus en plus polarisée autour de ce clivage en raison du moindre attrait de la cause souverainiste tandis que la notion de classes populaires n’est pas aussi centralement mobilisée par les analyses politiques. En comparant ces deux cas distincts, ce travail de recherche vise à éclairer sous un jour qualitatif les rapports à la politique et au politique des classes populaires en France et au Québec. Sur la base d’une enquête ethnographique dans deux campings populaires dans le Pas-de-Calais et dans la partie sud de la région de Québec, ce travail étudie par le bas et dans une perspective comparée les représentations et les attitudes politiques de campeuses et de campeurs saisonniers dans des contextes de loisirs. Je mobilise comme données d’enquête une campagne d’une cinquantaine d’entretiens, des observations ethnographiques réalisées pendant deux saisons estivales dans ces deux campings et dans d’autres espaces de loisirs. En analysant les représentations ordinaires des sphères partisanes et les sens sociaux du vote auprès des enquêté-e-s rencontré-e-s, ce travail souligne une même distance soupçonneuse vis-à-vis du champ politique auprès de groupes sociaux aux propriétés sociales comparables. Le vote y apparait comme une information politique équivoque et parfois difficilement interprétable. A rebours des seuls schèmes savants de compréhension du jeu politique, ce travail souligne la mobilisation parmi les classes populaires françaises et québécoises d’outils profanes comparables, les indices et les rumeurs, qui observés in situ illustrent la pluralité des modes d’appréhension de la politique. Pour partie faiblement connectées aux enjeux du champ politique, souvent en écho à des expériences personnelles, les attitudes politiques des classes populaires nécessitent d’être étudiées dans une perspective plus large. Ces rapports au politique se comprennent davantage en réinscrivant ces représentations politiques et du monde social dans les relations qu’entretiennent ces enquêté-e-s à l’État et dans les frontières identitaires et de classe qu’ils et elles mobilisent pour se situer socialement. Cette recherche souligne ainsi les divergences et les effets de trajectoires sociales et de lieu dans les visions du monde que mobilisent les classes populaires dans ces deux espaces nationaux. Ma contribution vise donc à éclairer sous un autre jour les recompositions des scènes partisanes en France et au Québec en abordant la question au travers des rapports ordinaires à la politique des classes populaires. Elle esquisse une sociologie politique des classes populaires au Québec et prend position dans les débats portant sur la droitisation des classes populaires et sur la « montée des populismes » en France et au Québec en proposant une contribution méthodologique à l’ethnographie du politique. / Abstract Donald Trump’s unforeseen victory in the U.S’s 2016 presidential campaign. The unexpected Brexit in the U.K. the same year. The disappearance of the two governing political parties in France at the 2017 elections. The electoral success of a third party, the Coalition Avenir Québec, during the provincial elections in 2018 in Quebec. On both sides of the Atlantic, unpredicted electoral results and a large reshuffling of partisan scenes are upsetting political, media and academic analyses. These phenomena are sometimes summed up as part of the “rise of populism”. Some works single out the “people” and their habit of being seduced, sometimes of being fooled, by “populist” leaders. The (jumbled) causes – built through statistical explications – are usually found with the “losers of the globalization”, the popular social classes or with ordinary people of rural regions. The observation of a political world turned upside down by the more dominated margins of society is usually brought up with the paradox of poor people voting against their supposed interests. In France, these reflections are part of the larger debate concerning the voting habits of the popular classes in the context of the slow demise of the right-left divide as the main political reference. On the contrary, in Quebec, the partisan sphere is seen as being more and more polarized around this divide, as the question of sovereignty loses its significance. At the same time, the notion of popular social classes is not as centrally used by analysts in Quebec. Comparing these two cases allows this research to shed – a qualitative – light on the popular classes’ relations to politics and political sides in France and in Quebec. This work is based on an ethnographic fieldwork in two lower class campgrounds in Pas-de-Calais (in France) and in the south of the “ region of Québec ”. It is a study, from the bottom-up and in a comparative perspective, of the representations and political attitudes of seasonal campers in a leisurely context. My analysis is based on around fifty interviews and a set of ethnographic observation made during two summer seasons in two campgrounds and in other spaces of leisure. In my analysis of the research participants, ordinary representations of the political parties and of the social significance of voting underlines a suspicious distance from the political realm that is common to socially comparable groups. Voting habits appear to give ambiguous political information that is often difficult to interpret. Far from the erudite patterns of understanding the political game, my work emphasizes common secular tools used by popular classes in France and in Quebec. When such tools, like the use of clues or of rumors for instance, are observed on site, they illustrate the plurality of the participants’ understanding of and relationship to the political. The political attitudes of the popular classes are very loosely connected to the issues of the political realm and are usually rooted in personal experiences. They thus need to be studied in a larger perspective. These relationships to the political are better understood when they are connected to the participants’ relationship to the State and to their own mobilization of identities which allows them to situate themselves socially. My work therefore underscores the divergences and effects of diverse social and spatial trajectories on the social representations and world visions that the popular social classes muster in these two distinct national spaces. My work consequently aims at shedding a different light on the reshuffling of the partisan scenes in France and in Quebec by orienting the debate towards the ordinary relationships of the popular classes to the political. This thesis points at a political sociology of popular classes in Quebec. It also takes a stand in the debates on the shift to the right of these lower classes and on the “rise of populism” in France and in Quebec. This stand is rooted in a methodological contribution to the ethnography of the political.

Les ribosomes sont des complexes nucléoproétiques responsables de la traduction. Chez les eucaryotes, la biogenèse du ribosome est un processus complexe très régulé qui fait intervenir un nombre important de facteurs d’assemblages (~200). La construction d’un ribosome est initiée dans le nucléole puis continue dans le nucléoplasme et se termine dans le cytoplasme. La maturation cytoplasmique de la petite sous-unité ribosomale implique la dissociation séquentielle des facteurs d’assemblage tardifs et la maturation finale de l’ARNr 18S. Ce processus est catalysé par l’endonucléase Nob1 qui assure la coupure de l’extrémité 3’ du précurseur de l’ARNr 18S (pré-18S) aboutissant à sa forme mature. Ce mécanisme est coordonné par la protéine Pno1 qui est le partenaire de Nob1. Des informations détaillées sur l’architecture des particules pré-ribosomiques nous ont permis de mieux comprendre les différents intermédiaires de la biogenèse. Cependant, certains aspects fonctionnels comme la conformation adoptée par Nob1 pour assurer la coupure du site D du pre-18S reste encore flou. L’objectif de mon travail a été de mieux comprendre les aspects très tardifs de la maturation cytoplasmique du ribosome. Pour ce faire, nous avons redéfini l’organisation modulaire de l’endonucléase Nob1 chez les eucaryotes pour ensuite étudier son mode d’interaction avec son partenaire Pno1. Des tests fonctionnels in vitro ont été effectués pour étudier le rôle de Pno1 dans la régulation de la coupure par Nob1.Nos résultats nous ont permis de montrer que le domaine catalytique de Nob1 adopte une conformation atypique. En effet le domaine PIN est composé de deux fragments (res 1-104 and 230-255) séparé par une boucle interne qui est importante pour la reconnaissance avec son partenaire Pno1. Nos études nous ont également montré que Pno1 inhibe l’activité de Nob1 probablement en reconnaissant directement l’ARNr substrat, masquant ainsi le site de coupure de l’endonucléase. Ces résultats sont complémentaires et cohérents avec les données structurales de cryo-EM de la particule pré-40S humaine récemment publiées. En effet, Nob1 est dans une conformation incapable de couper le pré-ARNr puisque son domaine catalytique se retrouve à une distance d’environ 30Å de son ARN substrat. Ce phénomène implique donc des changements de conformations ou encore la nécessité de protéine accessoire pour déplacer certains facteurs. La protéine Cinap est impliqué dans la maturation de l’ARNr 18S. Nos études d’interaction avec les protéines localisées au niveau de la plateforme (à savoir RPS14, RPS26, le complexe Nob1/Pno1) ont permis de montrer que Cinap pouvait former un complexe tripartite avec l’endonucléase Nob1 et son partenaire Pno1. De plus, Cinap est capable de reconnaitre RPS26 dans un complexe RPS14-dépendant. Il est important de noter que RPS26 est un composant de la petite sous-unité qui remplace Pno1 dans le ribosome mature. De ce fait le recrutement de RPS26 au sein du pré-ribosome nécessite la dissociation de Pno1 et cet échange serait assurée par Cinap. Sur la base des travaux effectués, nous pouvons proposer un modèle de maturation où la formation du complexe Cinap/Pno1 induirait un changement de conformation permettant à Nob1 de reconnaitre son substrat et donc de catalyser la coupure du site D qui aboutit à la maturation de l’ARNr 18S et donc à la production de la sous-unité 40S mature. / Ribosomes are translational machineries universally responsible of protein synthesis. In eukaryote, ribosome assembly is a complex and highly regulated process that requires coordinated action of more than 200 biogenesis factors. Ribosome assembly is initiated in the nucleolus, continues in the nucleoplasm and terminates in the cytoplasm. The cytoplasmic maturation events of the small ribosomal subunit are associated with sequential release of the late assembly factors and concomitant maturation of the pre-rRNA. During final maturation of the small subunit, the pre-18S rRNA is cleaved off by the endonuclease Nob1, which activity is coordinated by its binding partner Pno1. Detailed information on pre-ribosomal particle architectures have been provided by structural snapshots of maturation events. However, key functional aspects such as the architecture required for pre-rRNA cleavage have remained elusive. In order to better understand these late steps of cytoplasmic pre-40S maturation, we first redefine the domain organization of Nob1, then study its binding mode with Pno1 using different tools such as sequence analysis, structure prediction and biochemical experiments and, we then performed functional assay to elucidate the role played by Pno1 during the pre-18S rRNA maturation.Our results have shown that eukaryotic Nob1 adopts an atypical PIN domain conformation: two fragments (res 1-104 and 230-255) separated by an internal loop, which is essential for Pno1 recognition. We also found out that Pno1 inhibits Nob1 activity likely by masking the cleavage site. Our findings further support the recently published cryo-EM structure of the pre-40S, where Nob1 displays an inactive conformation. Moreover, 18S rRNA 3’-end cleavage has to happen and this implies structural rearrangement or requirement of some accessory proteins such as Cinap, an atypical kinase involved in pre-18S processing. Studying the interplay between proteins localized in the pre-40S platform (RPS14, RPS26, Nob1/Pno1 complex) has shown that Cinap is able to form a trimeric complex with Nob1 and its binding partner Pno1. Furthermore, Cinap can recognize RPS26 in a RPS14-dependent manner, which had already been studied with its yeast counterpart. It is important to note that RPS26 is the ribosomal protein replacing Pno1 in the mature ribosome. Our finding clearly suggests a mechanism where RPS26 recruitment to the ribosome requires Pno1 dissociation. This exchange would be carried out by Cinap. Therefore, we can suggest a simplified model as follow: upon binding with Pno1, the newly formed complex (Cinap/Pno1) will trigger a conformational change, which will allow the endonuclease Nob1 to reach its substrate (D-site) and perform its cleavage resulting in mature 18 rRNA generation.

Cette thèse est destinée à appréhender le phénomène Taliban d'un autre point de vue, c'est-à-dire en tantqu'État, durant la période 1996-2001. À cet égard, nous avons utilisé la théorie d'Alain Touraine relative auxmouvements sociaux, distinguant trois grands principes caractérisant un mouvement social : l'identité, l'oppositionet la totalité, ces trois éléments étant interdépendants. Le premier chapitre de cette thèse est destiné à analysercomment les Talibans, en tant que sujet historique, ont été créés dans un contexte de guerre et d'opposition. Sontainsi successivement abordés la guerre avec l'Union soviétique, les Moudjahidins, les guerres civiles, les oppositionsrégionales et le clivage essentiel entre sunnites et chiites. Ensuite, il a été tenté de clarifier la façon dont le caractèretotalitaire de l'identité de l'Etat Taliban est renforcé par ses deux dimensions organisationnelles : l'islamisme et lepachtounisme, ce qui a conduit à confronter le régime des Talibans à la définition du modèle classique de régimetotalitaire concernant les institutions et la domination. La dernière partie aborde la question de la chute de l'EtatTaliban. La contradiction entre l'universalisme idéologique et l'existence des Talibans en tant qu'Etat a conduit àl'isolement sur la scène internationale. Les Talibans échouent par ailleurs à établir une domination intégrale enAfghanistan et se trouvent confrontés à une crise de légitimité interne ouvrant la voie à leur chute. En conclusion, ilest souligné la façon dont les Talibans ont mis en place une centralisation politique, en dépit de la profondeur desclivages tribaux et idéologiques. Pour atteindre leurs buts, ils se sont concentrés principalement sur trois éléments :l'islam fondamentaliste, la conscience nationale et tribale et l'honneur du guerrier. Finalement par le moyen de lathéorie de George Bataille, l'auteur de la présente thèse tente de préciser que les Talibans ont échoué à établir leuremprise totalitaire dans le climat hétérogène de la société afghane, malgré leurs efforts pour imposer les troiséléments d'homogénéisation susmentionnés. / In the present thesis, it is intended to survey Taliban phenomenon, as a State, during 1996-2001 from another pointof view. In this regard, it is benefitted from Alain Touraine’s theory on the function of social movements. Hedescribes the function of each movement based on three major principles: Identity, Opposition and Totality, andconsiders the three of them as being interrelated. The first chapter of the present thesis is intended to indicate howTaliban, as a historical subject, is created in the context of war and opposition. For instance, the conflict between theSoviet Union and Mujahidin, civil wars, regional oppositions, as the important cleavage of Sunni-Shiite. Afterwards,it is tried to clarify how the totalitarian aspect of Taliban’s identity is reinforced by its two significant organizingdimensions: Islamism and Pashtunism. Subsequently, we proceed to Taliban’s endeavor to establish an Islamictotalitarian state and also it is tried to reveal the assimilation between the Taliban regime and a classical model oftotalitarian regime regarding institution and domination. Dealing with the fall of Taliban state is done within the lastchapter. It is analyzed how the Taliban’s ideology of universalism confronts the national interests such as any othertotalitarian Stat. The confrontation of ideological universalism and the national interests leads to isolation and fall ofTaliban, in the international stage. Taliban even fails to establish an integral domination within Afghanistan.Therefore, Taliban is dragged into the crisis of internal legitimacy which paved the way to its fall. As a conclusion,it is dealt with how Taliban tried to create political centralization, despite the existence of effective tribal andideological cleavage. To fulfill their aim, they concentrated mainly on three elements of fundamentalist Islam, thenational and tribal consciousness and the honor of the warrior. Eventually, by the means of George Bataille’s theory,the writer of the present thesis tries to clarify that Taliban failed to establish its expected totalitarism in theheterogeneous climate of Afghan society, despite its efforts in imposing the three aforementioned homogenizingelements.

Cette recherche s’attache à saisir les logiques inconscientes qui président au besoin de mentir. Elle s’intéresse au type de vulnérabilité psychique que le sujet contre-investit ainsi qu’à la nature de la communication inconsciente qu’il instaure avec ceux qu’il trompe. Après avoir recensé les différentes approches métapsychologiques existantes, les fonctions psychiques du mensonge sont explorées en regard de son rôle au cours du développement de l’enfant. Ensuite, l’examen de cas d’adultes rencontrés dans un dispositif d’accueil pour personnes en errance permet d’expliquer comment les sujets se défendent d’un vécu d’empiètement et le font vivre à ceux qu’ils trompent. Enfin, des exemples d’adolescents, observés dans le contexte de la protection de l’enfance contribuent à l’analyse des dynamiques intersubjectives impulsées par cet acte-parlé. L’ensemble de cette thèse démontre que malgré la difficulté que cette configuration clinique pose à l’observation, sa prise en compte permet de saisir la manière avec laquelle le sujet exprime une souffrance autrement indicible. / This research tries to understand the unconscious logics that preside over the need to lie. It analyses the type of psychological vulnerability a subject counter-invests as well as the origin of the unconscious communication he establishes with those he misleads. After having drawn up an inventory of the existing metapsychological approaches, the author examines the psychological functions of lying by taking into account its role during the development of the child. Then the examination of some adult cases that occurred in a homeless resource center will explain how, some subjects protect themselves from a harassment victim background and have others live the same experience with their lies. Finally, the author examines how cases of teenagers observed within the framework of childhood protection contribute to the analysis of the intersubjective dynamics impulsed by this acte-parlé. This work demonstrates that even though this clinical configuration is difficult to observe, if the psychologist would take it into account, it could help him understand how a patient expresses a pain that he could not tell by other means.

À la lumière du changement climatique et de l'épuisement des réserves de combustibles fossiles, l'innovation dans les technologies énergétiques vertes et durables devient un défi crucial. La fabrication de produits chimiques consomme de grandes quantités d'énergie et est responsable d'une part importante des émissions mondiales de carbone. Dans ce contexte, l'électrosynthèse, alimentée par de l'électricité renouvelable, peut remplacer de nombreux procédés thermochimiques industriels pour générer des carburants, des produits chimiques et des engrais. Plutôt que de nous concentrer sur des domaines qui ont reçu beaucoup d'attention ces dernières années (par exemple, l'électrolyse de l'eau et la réduction du CO2), nous avons exploré les domaines émergents de l'électrosynthèse hétérogène pour lesquels il existe un besoin substantiel. Dans le chapitre 3, nous soulignons l'importance de concevoir des électrocatalyseurs avec des sites actifs bien définis. Nous rapportons l'utilisation de la chimie réticulaire pour concevoir un système de modèle électrocatalytique à base d'organo-métallique conducteur avec des sites actifs moléculaires M-O4 pour l'oxydation électrochimique du 5-hydroxyméthylfurfural (HMFOR). L'activité des MOF portant des sites actifs Ni-O4 (Ni-CAT) et Co-O4 (Co-CAT) a été analysée avec des techniques spectroscopiques électrochimiques et operando pour élucider le mécanisme de réaction se produisant à la surface. Les expériences électrochimiques révèlent que le Co-CAT a un potentiel d'apparition plus précoce pour activer le HMFOR, par rapport à la plupart des catalyseurs établis, tandis que le Ni-CAT présente une cinétique plus rapide pour la conversion du 5-hydroxyméthylfurfural (HMF) en acide 2,5-furandicarboxylique (FDCA) . Nous avons déterminé que Ni-CAT atteignait des rendements de FDCA (notre molécule cible) de 98,7 %. L'efficacité faradique peut atteindre 86,8% d'efficacité faradique. La spectroscopie infrarouge indique le HMF avec un groupe aldéhyde lié à la surface comme intermédiaire clé dans le cycle catalytique, qui se forme une fois que l'oxydation M (II \ III) se produit. Ce travail illustre l'avantage d'utiliser des sites actifs moléculairement définis couplés à la spectroscopie operando pour fournir des informations fondamentales sur une variété de réactions électrosynthétiques et ouvrir la voie à la conception future de catalyseurs. Suite à ce projet, nous nous sommes tournés vers l'utilisation d'un réacteur à membrane sélective pour l'hydrogène afin d'explorer de nouveaux concepts de réaction et de catalyseurs. La clé ici était d'utiliser une feuille de Pd comme matériau qui réduisait les protons en *H dans un compartiment aqueux et transférait l'hydrogène dans un compartiment organique où il hydrogénait le réactif de choix. À l'aide d'un réacteur à membrane, nous avons pu séparer physiquement la réduction électrochimique de l'hydrogène et la chimie de l'hydrogénation d'une manière qui contournait l'utilisation du gaz H2 qui serait autrement nécessaire. Nous choisissons comme point de départ un produit chimique produit industriellement en excès, l'acétonitrile. Le réacteur à membrane Pd est appliqué pour hydrogéner complètement la liaison C≡N de l'acétonitrile. Avec succès, nous avons obtenu de l'ammoniac et de l'acétaldéhyde comme produits de réaction à un potentiel de début record de 0,4 V vs Ag/AgCl. Enfin, en concevant soigneusement une cellule spectroélectrochimique unique, nous avons pu effectuer des mesures spectroscopiques infrarouges pour visualiser le processus de réaction dans la membrane Pd et par conséquent proposé un mécanisme unique de réaction d'hydrolyse de l'imine (Chapitre 4). Dans le chapitre 5, nous choisissons d'innover dans un domaine émergent : la formation de liaisons électrochimiques C-N à partir de réactifs de petites molécules (par exemple CO2, NH3). Le mécanisme conventionnel de formation de liaisons électrochimiques C-N est basé sur le CO2RR électrochimique. Dans ce chapitre, nous proposons une stratégie orthogonale pour activer simultanément le CO2 et les N-réactifs en appliquant respectivement des impulsions de potentiel négatives et positives. Les nanoparticules de Cu sont utilisées comme catalyseur modèle, le CO2 agit comme réactif C et le NH3 agit comme réactif N pour le couplage C-N. Dans des conditions optimisées dans lesquelles la couverture *NH2 est maintenue à l'état stable tandis que Cu reste métallique, l'électrolyse pulsée augmente à la fois le taux de formation et la sélectivité des produits C-N urée, formamide et acétamide de 3 à 20 fois. En étendant le champ d'application à des réactifs C et N supplémentaires, ainsi qu'au couplage C-S, cette nouvelle approche démontre davantage sa valeur générale en électrosynthèse. / In light of climate change and depleting fossil fuel reserves, innovating green and sustainable energy technologies becomes a critical challenge. Chemical manufacturing consumes large amounts of energy and is responsible for a substantial portion of global carbon emissions. Against this backdrop, electrosynthesis, powered by renewable electricity, can replace many industrial thermochemical processes to generate fuels, chemicals, and fertilizers. Rather than focusing on areas that have received much attention in recent years (e.g. water electrolysis and CO2 reduction), we explored emerging areas within heterogeneous electrosynthesis for which there is a substantial need. In chapter 3, we highlight the importance of designing electrocatalysts with well defined active sites. We report the use of reticular chemistry to design a conductive metal organic framework-based electrocatalytic model system with molecular M-O4 active sites for electrochemical oxidation of 5-hydroxymethylfurfural (HMFOR). The activity of MOFs bearing Ni-O4 (Ni-CAT) and Co-O4 (Co-CAT) active sites were analyzed with electrochemical and operando spectroscopic techniques to elucidate the reaction mechanism occurring on the surface. Electrochemical experiments reveal that Co-CAT has an earlier onset potential for enabling HMFOR, relative to most established catalysts, while the Ni-CAT shows faster kinetics for the conversion of 5-hydroxymethylfurfural (HMF) to 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA). We determined that Ni-CAT achieved FDCA (our target molecule) yields of 98.7% yield. The faradic efficiency can reach out to 86.8% faradic efficiency. Infrared spectroscopy points to HMF with a surface-bound aldehyde group as the key intermediate in the catalytic cycle, which forms once the M(II\III) oxidation occurs. This work illustrates the advantage of utilizing molecularly defined active sites coupled with operando spectroscopy to provide fundamental insights into a variety of electrosynthetic reactions and pave the way for future catalyst design. Following this project, we turned to the use of a hydrogen-selective membrane reactor to explore more new reaction and catalysts concepts. The key here was using a Pd foil as a material that reduced protons to *H at an aqueous compartment and transferred the hydrogen through to an organic compartment where it hydrogenated the reactant of choice. Using a membrane reactor, we could physically separate electrochemical hydrogen reduction and hydrogenation chemistry in a manner that circumvented the use of H2 gas as would otherwise be necessary. We choose a chemical that is industrially produced in excess, acetonitrile, as a starting point. The Pd membrane reactor is applied to fully hydrogenate the C≡N bond of acetonitrile. Successfully, we obtained ammonia and acetaldehyde as reaction products at a record onset potential of 0.4 V vs Ag/AgCl. Finally, by carefully designing a unique spectroelectrochemical cell, we were able to carry out infrared spectroscopic measurements to visualize the reaction process in Pd-membrane and consequently proposed a unique imine-hydrolysis reaction mechanism (Chapter 4). In Chapter 5, we choose to innovate in an emerging area: electrochemical C-N bond formation from small molecule reactants (e.g. CO2, NH3). The conventional electrochemical C-N bond formation mechanism is based on electrochemical CO2RR. In this chapter, we propose an orthogonal strategy to simultaneously activate CO2 and N-reactants by applying negative and positive potential pulses, respectively. Cu nanoparticles are used as a model catalyst, CO2 acts as the C-reactant, and NH3 acts as the N-reactant for C-N coupling. Under optimized conditions in which *NH2 coverage is maintained at steady state while Cu remains metallic, pulsed electrolysis increases both the rate of formation and the selectivity of the C-N products urea, formamide and acetamide by 3-20 times. By extending the scope to additional C- and N-reactants, as well as C-S coupling, this new approach further demonstrates its general value in electrosynthesis.

Les fructose-1,6-bisphosphate aldolases (FBPA) sont des enzymes glycolytiques (EC 4.1.2.13) qui catalysent la transformation réversible du fructose-1,6-bisphosphate (FBP) en deux trioses-phosphates, le glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P) et le dihydroxyacétone phosphate (DHAP). Il existe deux classes de FBPA qui diffèrent au niveau de leur mécanisme catalytique. Les classes I passent par la formation d’un intermédiaire covalent de type iminium alors que les classes II, métallodépendantes, utilisent généralement un zinc catalytique. Contrairement au mécanisme des classes I qui a été très étudié, de nombreuses interrogations subsistent au sujet de celui des classes II. Nous avons donc entrepris une analyse détaillée de leur mécanisme réactionnel en nous basant principalement sur la résolution de structures cristallographiques. De nombreux complexes à haute résolution furent obtenus et ont permis de détailler le rôle de plusieurs résidus du site actif de l’enzyme. Nous avons ainsi corrigé l’identification du résidu responsable de l’abstraction du proton de l’O4 du FBP, une étape cruciale du mécanisme. Ce rôle, faussement attribué à l’Asp82 (chez Helicobacter pylori), est en fait rempli par l’His180, un des résidus coordonant le zinc. L’Asp82 n’en demeure pas moins essentiel car il oriente, active et stabilise les substrats. Enfin, notre étude met en évidence le caractère dynamique de notre enzyme dont la catalyse nécessite la relocalisation du zinc et de nombreux résidus. La dynamique de la protéine ne permet pas d’étudier tous les aspects du mécanisme uniquement par l’approche cristallographique. En particulier, le résidu effectuant le transfert stéréospécifique du proton pro(S) sur le carbone 3 (C3) du DHAP est situé sur une boucle qui n’est visible dans aucune de nos structures. Nous avons donc développé un protocole de dynamique moléculaire afin d’étudier sa dynamique. Validé par l’étude d’inhibiteurs de la classe I, l’application de notre protocole aux FBPA de classe II a confirmé l’identification du résidu responsable de cette abstraction chez Escherichia coli (Glu182) mais pointe vers un résidu diffèrent chez H. pylori (Glu149 au lieu de Glu142). Nos validations expérimentales confirment ces observations et seront consolidées dans le futur. Les FBPA de classe II sont absentes du protéome humain mais sont retrouvées chez de nombreux pathogènes, pouvant même s'y révéler essentielles. Elles apparaissent donc comme étant une cible idéale pour le développement de nouveaux agents anti-microbiens. L’obtention de nouveaux analogues des substrats pour ces enzymes a donc un double intérêt, obtenir de nouveaux outils d’étude du mécanisme mais aussi développer des molécules à visée pharmacologique. En collaboration avec un groupe de chimistes, nous avons optimisé le seul inhibiteur connu des FBPA de classe II. Les composés obtenus, à la fois plus spécifiques et plus puissants, permettent d’envisager une utilisation pharmacologique. En somme, c’est par l’utilisation de techniques complémentaires que de nouveaux détails moléculaires de la catalyse des FBPA de classe II ont pu être étudiés. Ces techniques permettront d’approfondir la compréhension fine du mécanisme catalytique de l’enzyme et offrent aussi de nouvelles perspectives thérapeutiques. / Fructose-1,6-bisphosphate aldolases (FBPA) are glycolytic enzymes (EC 4.1.2.13) that catalyze the reversible cleavage of fructose-1,6-bisphosphate (FBP) into the triose phosphates, glyceraldehyde-3-phosphate (G3P) and dihydroxyacetone phosphate (DHAP). There are two classes of FBPAs that differ at the level of their mechanism. Class I FBPAs form a covalent iminium intermediate whereas class II FBPAs, being metalloenzymes, generally use a catalytic zinc in their reaction mechanism. In contrast to the mechanism of the class I FBPAs, which has been thoroughly studied, there are several unresolved inquiries as to the mechanism of class II FBPAs. We have therefore pursued a detailed analysis of the reaction mechanism using as a primary tool the elucidation of crystallographic structures. Several high resolution complexes have been resolved and have provided critical evidence to help us suggest the implication and role of several key residues in the active site. Consequently, we have correctly identified the residue which is responsible for the abstraction of the O4 proton from FBP, a vital step in the reaction mechanism. The residue responsible for this abstraction, which had incorrectly been assigned to Asp82 (in Helicobacter pylori), has been appropriately consigned to His180, a residue which is involved in coordinating the zinc molecule. Nevertheless, Asp82 remains an important residue as it orients, activates and stabilizes substrates. Finally, our study brings to evidence the dynamic character of our enzyme in which catalysis entails the relocalization of the catalytic zinc and several residues. The complexity of this reaction, notably one of the proton exchanges in the mechanism, could not be resolved solely by crystallographic means. In fact, the residue responsible for the stereospecific transfer of the pro(S) proton on carbon 3 (C3) of DHAP is situated on a loop that was not resolved in any of our structures. We therefore developed a molecular dynamics approach to study this intricate movement. After preliminary validation by inhibitor studies with class I FBPAs, the protocol was applied to class II FBPAs and several remarkable observations emerged: the residue responsible for this abstraction in Escherichia coli is Glu182 whereas a different residue, Glu149 (instead of Glu142) appears to assume this role in H. pylori. Our preliminary validations have confirmed this observation and shall be further consolidated in the future. Class II FBP aldolases, although absent from the human proteome, are prevalently found in several pathogens, and have further been found to be essential to a number of these organisms. As such, they are ideal targets for the development of novel anti-microbial agents. Developing new analogues of the cognate substrates of these enzymes is therefore not only advantageous for mechanistic studies, but has endless pharmacological potential. In the context of a collaborative effort involving a group of chemists, a compound that initially had an inhibition constant in the millimolar range was optimized and produced a series of compounds that inhibit in the nanomolar range.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

La tagatose-1,6-biphosphate aldolase de Streptococcus pyogenes est une aldolase qui fait preuve d'un remarquable manque de spécificité vis à vis de ses substrats. En effet, elle catalyse le clivage réversible du tagatose-1,6-bisphosphate (TBP), mais également du fructose-1,6-bisphosphate (FBP), du sorbose-1,6-bisphosphate et du psicose-1,6-bisphosphate, quatre stéréoisomères, en dihydroxyacétone phosphate (DHAP) et en glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P). Aldolase de classe I, qui donc catalyse sa réaction en formant un intermédiaire covalent obligatoire, ou base de Schiff, avec son susbtrat, la TBP aldolase de S. pyogenes partage 14 % d’identité avec l’enzyme modèle de cette famille, la FBP aldolase de muscle de mammifère. Bien que le mécanime catalytique de la FBP aldolase des mammifères ait été examiné en détails et qu’il soit approprié d’en tirer des renseignements quant à celui de la TBP aldolase, le manque singulier de stéréospécificité de cette dernière tant dans le sens du clivage que celui de la condensation n’est toujours pas éclairci. Afin de mettre à jour les caractéristiques du mécanisme enzymatique, une étude structurale de la TBP aldolase de S. pyogenes, un pathogène humain extrêmement versatile, a été entreprise. Elle a permis la résolution des structures de l’enzyme native et mutée, en complexe avec des subtrats et des inhibiteurs compétitifs, à des résolutions comprises entre 1.8 Å et 2.5 Å. Le trempage des cristaux de TBP aldolase native et mutante dans une solution saturante de FBP ou TBP a en outre permis de piéger un authentique intermédiaire covalent lié à la Lys205, la lysine catalytique. La determination des profils pH de la TBP aldolase native et mutée, entreprise afin d'évaluer l’influence du pH sur la réaction de clivage du FBP et TBP et ìdentifier le(s) résidu(s) impliqué(s), en conjonction avec les données structurales apportées par la cristallographie, ont permis d’identifier sans équivoque Glu163 comme résidu responsable du clivage. En effet, le mode de liaison sensiblement différent des ligands utilisés selon la stéréochimie en leur C3 et C4 permet à Glu163, équivalent à Glu187 dans la FBP aldolase de classe I, d’abstraire le proton sur l’hydroxyle du C4 et ainsi d’amorcer le clivage du lien C3-C4. L’étude du mécanimse inverse, celui de la condensation, grâce par exemple à la structure de l’enzyme native en complexe avec ses substrats à trois carbones le DHAP et le G3P, a en outre permis d’identifier un isomérisme du substrat G3P comme possible cause de la synthèse des isomères en C4 par cette enzyme. Ce résultat, ainsi que la decouverte d’un possible isomérisme cis-trans autour du lien C2-C3 de la base de Schiff formée avec le DHAP, identifié précedemment, permet de cerner presque complètement les particularités du mécanisme de cette enzyme et d’expliquer comment elle est capable de synthétiser les quatres stéréoisomères 3(S/R), 4(S/R). De plus, la résolution de ces structures a permis de mettre en évidence trois régions très mobiles de la protéine, ce qui pourrait être relié au rôle postulé de son isozyme chez S. pyogenes dans la régulation de l’expression génétique et de la virulence de la bactérie. Enfin, la résolution de la structure du mutant Lys229→Met de la FBP aldolase de muscle en complexe avec la forme cyclique du FBP, de même que des études cristallographiques sur le mutant équivalent Lys205→Met de la TBP aldolase de S. pyogenes et des expériences de calorimétrie ont permis d’identifier deux résidus particuliers, Ala31 et Asp33 chez la FBP aldolase, comme possible cause de la discrimination de cette enzyme contre les substrats 3(R) et 4(S), et ce par encombrement stérique des substrats cycliques. La cristallographie par rayons X et la cinétique enzymatique ont ainsi permis d'avancer dans l'élucidation du mécanisme et des propriétés structurales de cette enzyme aux caractéristiques particulières. / Tagatose-1,6-bisphosphate aldolase from Streptococcus pyogenes is a class I aldolase that shows a lack of stereospecificity that is rare in enzymes in general, and in aldolases in particular. This aldolase catalyzes the reversible cleavage of tagatose-1,6-bisphosphate (TBP), fructose-1,6-bisphosphate (FBP), sorbose-1,6-bisphosphate and psicose-1,6-bisphosphate, four stereoisomers, in dihydroxyacetone phosphate (DHAP) and glyceraldehyde-3-phosphate (G3P). A class I aldolase, the aldolase TBP S. pyogenes shares 14 % identity with the model enzyme of this family, mammalian FBP aldolase. Although the catalytic mechanism of the class I FBP aldolase has been examined in detail and it is appropriate to infer information as to the class I TBP aldolase, the singular lack of specificity of the latter enzyme both in the direction of cleavage and condensation is still not elucidated. To better comprehend the characteristics of the enzymatic mechanism, a structural study of the TBP aldolase of S. pyogenes, an extremely versatile human pathogen, has been undertaken. It has allowed the resolution of high resolution structures of the native and mutated enzyme in complex with subtrates and competitive inhibitors. These same structures allowed us to gain information as to the active site of the enzyme in general and the catalytic residues in particular. TBP aldolase native and mutated soaked in a saturated solution of FBP or TBP also trapped an iminium intermediate covalenty bound to Lys205, the Schiff base-forming lysine. The determination of the pH profiles of the native and mutated enzyme, carried out to assess the influence of pH on FBP and TBP cleavage and identify the residue(s) involved, in conjunction with the structural data provided by crystallography, identified unequivocally Glu163, corresponding to Glu187 in FBP aldolase, as the residue responsible for substrate cleavage. The substantially different binding mode of the ligands, according to the stereochemistry of their C3 and C4 carbons, indeed allows Glu163 to abstract the proton in C3-OH and thus initiate C3-C4 bond cleavage. The study of the inverse mechanism, the condensation one, using for instance the crystallographic structure of native TBP aldolase in complex with DHAP and G3P, its three carbons substrates, has led us to believe that a possible isomerism of the G3P substrate was the reason for the synthesis of both C4 isomers by this enzyme. This result, as well as the discovery of a possible cis-trans isomerism around the C2-C3 bond of the Schiff base formed with DHAP, identified previously, almost completely elucidated the features of this enzyme`s mechanism. In addition, these structures have highlighted three highly mobile regions of the protein, which may be related to the role of its isozyme in the regulation of gene expression and virulence in S. pyogenes. Lastly, the resolution of the structure of the FBP aldolase mutant Lys229 → Met in complex with the cyclic form of FBP, as well as crystallographic studies of the corresponding mutant in TBP aldolase, Lys205→Met and ITC experiments, allowed the identification of two particular residues, Ala31 and Asp33 in FBP aldolase, as responsible for this enzyme discrimination against 3(R) 4(S) substrates, by steric hindrance of the cyclic substrates. X-ray crystallography, enzyme kinetics and isothermal calorimetry thus enabled advances in the elucidation of the mechanism and structural properties of this enzyme with singular characteristics.