Des cultures de Chlorella vulgaris ont été réalisées en triplicata sur de longues périodes (15-30 jours) en autotrophie et en mixotrophie afin d’étudier l’effet de Mg2+ sur les microalgues et déterminer sa concentration dans la biomasse au cours de la croissance. Différentes concentrations ont été testées (de 8.9 à 465 mg L-1). Ceci a montré que le Mg2+ n’est pas toxique pour les algues à des concentrations élevées provoquant habituellement l’inhibition de la croissance dans le cas d’autres ions divalents (métaux lourds). Des bilans matière ont été établis et vérifiés avec une précision satisfaisante (écart moyen de 90%). La quantité de Mg2+ bioaccumulée augmente avec la concentration initiale de Mg2+ du milieu de culture. Une saturation en Mg2+ intracellulaire a été observée à partir d’environ 45 mg de Mg2+ L-1. Typiquement, la répartition entre le Mg2+ extracellulaire et intracellulaire est de 18% contre 51% dans le bioréacteur (5L) pour une concentration initiale de 16 mg L-1. En mixotrophie (addition de 10 g L-1 de glucose), une production de biomasse significativement plus importante et plus rapide que celle en autotrophie a été observée. En revanche, la quantité de Mg2+ accumulée dans les cellules est plus importante en autotrophie qu’en mixotrophie. Des mesures de chlorophylle a, de nitrate et de glucose ont été également réalisées. Afin de comprendre la cinétique relativement complexe de bioaccumulation du Mg2+, un modèle cinétique original a été élaboré couplant transfert (externe, membrane, interne) et réactions (ad/absorption) en milieu hétérogène. Le modèle a été validé expérimentalement. Il permet de rendre compte au mieux de l’ensemble des résultats obtenus. / Chlorella vulgaris cultures were grown in triplicate over 15-30 days under autotrophic or mixotrophic conditions in order to study Mg2+ uptake and accumulation into the biomass. The concentrations of Mg2+ tested were 8.9 to 465 mg L-1. The results showed that Mg2+ is not toxic to C. vulgaris even at 465 mg L-1 which is not the case for other divalent ions (especially heavy metals). The mass balances for Mg2+ accumulation were determined for the cultures and were confirmed to an average of 90%. Beyond 46.1 mg of Mg2+ L-1 in the culture medium, the cells became saturated at 4 mg of Mg2+ absorbed per g of dry biomass. In the bioreactor (5L), at an initial Mg2+ concentration of 16 mg L-1, the cells accumulated 69% of the initial concentration, in which 18% was adsorbed and 51% absorbed. The chlorophyll a, nitrate and glucose concentrations were measured during the experiments. Under mixotrophic conditions (glucose 10 g L-1), a greater and faster biomass production was obtained than under autotrophic conditions. The Mg2+ bioaccumulation was higher in the autotrophic rather than the mixotrophic phase. In order to understand the kinetics of Mg2+ uptake, an original kinetic model was developed coupling the transfer and reaction phenomena in heterogeneous media. This model was confirmed experimentally.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, 2013. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2014-04-07T15:28:39Z No. of bitstreams: 1 2013_VytorPinheiroOliveira.pdf: 3505319 bytes, checksum: b33b0f7e6c2abf22d80df49de484fb7b (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-04-28T16:28:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_VytorPinheiroOliveira.pdf: 3505319 bytes, checksum: b33b0f7e6c2abf22d80df49de484fb7b (MD5) / Made available in DSpace on 2014-04-28T16:28:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_VytorPinheiroOliveira.pdf: 3505319 bytes, checksum: b33b0f7e6c2abf22d80df49de484fb7b (MD5) / Atualmente, apenas estudos teóricos de alto nível são capazes de tratar de maneira acurada interações específicas entre o Mg2+ e os ácidos nucleicos. Esses estudos são importantes para desvendar o papel do Mg2+ no dobramento e no mecanismo de reação de ribozimas. O presente trabalho tem como objetivo definir uma estratégia computacional capaz de descrever as contribuições energéticas envolvidas nas reações de complexação do Mg2+ com as bases nucleicas timina, uracila, guanina, citosina e adenina nos sistemas [Mg(H2O)n-base nucleica]2+ (n=6,5 e 4) com a melhor razão possível entre acurácia e custo computacional. A combinação entre as energias eletrônicas de reação obtidas pelo método MP2(FC)/6-31+G(2d,p) e as correções térmicas do cálculo de frequência B3LYP/6-311G(2d,d,p) foram capazes de fornecer resultados semelhantes ao método de alto custo computacional CBS-QB3. As contribuições do solvente foram estimadas pelo modelo de contínuo CPCM; porém a definição da cavidade do solvente nos métodos PCM pode gerar desvios absolutos e relativos difíceis de serem estimados. Independentemente do modo de coordenação, o magnésio interagiu mais fortemente com os sítios O2 da citosina, O6 e N7 da guanina e mais fracamente com sítios da adenina, timina e uracila. Também observou-se que a aproximação de pares empregada por campos de força subestimou a energia de interação dos sistemas [Mg(H2O)5-base nucleica]2+ em até 40% e mesmo no solvente contínuo os efeitos de polarização e transferência de cargas entre o metal e as bases nucleicas foram significativos. A estratégia computacional aqui definida poderá ser aplicada a sistemas análogos, assim como a sistemas maiores que envolvam interações similares. Os resultados apresentados poderão ser utilizados para parametrizar e validar outros métodos de menor custo computacional, como campos de força clássicos e métodos semi-empíricos. ______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Currently, only high-level theoretical studies are able to treat specific interactions between Mg2+ and the nucleic acids accurately. These studies are important to unveil the role of Mg2+ in the folding and in the reaction mechanism of ribozymes. The present work is aimed at defining a computational strategy capable of describing the energies involved in the complexation reaction of Mg2+ with nucleic bases thymine, uracil, guanine, cytosine and adenine, in [Mg(H2O)n-nucleobase]2+ (n=6,5 and 4) systems with the best possible ratio between accuracy and computational cost. The combination between reaction electronic energies obtained at MP2(FC)/6-31+G(2d,p) level with thermal corrections calculated by B3LYP/6-311G(2d,d,p) frequencies were able to provide results similar to the high computational cost CBS-QB3. The solvent contributions were estimated using the CPCM. However, the electrostatic cavities definitions can produce absolute and relative errors in solution free energies difficult to be evaluated. Regardless of the coordination mode, magnesium interacted stronger at the cytosine O2, O6, and guanine N7 sites and weaker in adenine, thymine and uracil sites. It was also noted that the pairwise additive approach used by force fields underestimated the binding energy of [Mg(H2O)5-nucleobase]2+ systems by as much as 40% and even in the continuum solvent, polarization and charge transfer effects between metal and nucleic bases are significant. The method defined herein can be applied to study analog systems, as well as larger systems involving similar interactions. The presented results can be used to parameterize and validate other methods of lower computational cost, such as semi-empirical and classical force fields.

La mucoviscidose est une maladie causée par des mutations du gène cftr entraînant des défauts importants de la protéine CFTR. La mutation la plus fréquente (F508del) est caractérisée par un repliement incorrect conduisant à la rétention de la protéine dans le RE.L’accumulation de CFTR-F508del dans le RE, l’inflammation et les infections vont déclencher un stress du RE dans les cellules épithéliales ainsi que l’UPR. Cette dernière est une réponse adaptative déclenchée par le stress du RE et permet de rétablir l’homéostasie de ce compartiment. L’UPR est constituée de trois voies majeures dont l’une d’entre elles est activée dans les cellules exprimant un CFTR-F508del. Il s’agit de la voie ATF6 qui est de plus responsable de la répression transcriptionnelle du CFTR, ce qui en fait une cible thérapeutique potentielle. Nous avons montré que son inhibition conduit à l’amélioration de la fonction duCFTR-F508del et à l’augmentation de sa présence à la membrane des cellules.Nous nous sommes également intéressés au Mg2+ et au TRPM7, le régulateur principal de la [Mg2+]i dans les cellules. Nous avons émis l’hypothèse que TRPM7 était en partie responsable de l’activation d’ATF6 dans les cellules exprimant un CFTR-F508del. Le but de cette seconde partie du projet était donc tout d’abord d’étudier la relation existante entre le Mg2+, TRPM7 et le CFTR. Nous avons montré qu’il existait des différences de [Mg2+]i selon le type de mutation du CFTR exprimé par les cellules. Ces différences sont en partie dues à un défaut d’activation de TRPM7, lui-même probablement lié à un défaut du CFTR. En augmentant l’activité de TRPM7 par du Naltriben, nous avons pu montrer un effet potentialisant sur leCFTR-G551D. / Cystic fibrosis is caused by mutations in the cftr gene resulting in several defaults on the CFTR protein. The most frequent mutation is F508del which is characterized by an incorrect folding causing its retention within the ER. CFTR-F508del protein accumulation in the ER, inflammation and infections will trigger the ER stress in epithelial cells, as well as UPR. UPR constitutes an adaptive response of the ER in order to restore ER’s homeostasis. UPR consists in three major pathways. Among them, one is activated in cells expressing CFTR-F508del protein. The ATF6 pathway of UPR is responsible of the transcriptional repression of CFTR, which makes of it a potential therapeutic target. We showed that the inhibition of ATF6 leads to the improvement of CFTR-508del function, as well as its increased presence in the cellular membrane. We were also interested in Mg2+ and TRPM7, the main regulator of [Mg2+]i. We suspected that TRPM7 is, at least in part, responsible for the activation of ATF6 in cells expressing the mutant CFTR-F508del. Thus, the second part of my work was focused on the study of the relationship between Mg2+, TRPM7 and CFTR. We showed the existence of [Mg2+]I differences according to CFTR mutant expressed in cells. These differences are the result of an altered TRPM7 activation, probably in link with the mutated CFTR’s malfunction. We proved that increasing TRPM7 activity by Naltriben treatment potentiates CFTR-G551D.

As a highly versatile signal, Ca2+ operates over a wide temporal range to regulate many different cellular processes, impacting nearly every aspect of cellular life including excitability, exocytosis, motility, apoptosis, and transcription. While it has been well recognized that Ca2+ acts as both a second messenger to regulate cell-cell communication upon external stimuli and as a first messenger to integrate extracellular with intracellular signaling in various cell types. Molecular bases for such regulation and related human diseases are largely hampered by the challenges related to key membrane proteins. In the present study, we first investigated the regulatory role of intracellular Ca2+ ([Ca2+]i) on Connexin45 (Cx45) gap junction through a ubiquitous Ca2+ sensor protein-Calmodulin (CaM). Using bioluminescence resonance energy transfer assay, this study provides the first evidence of direct association of Cx45 and CaM in a Ca2+-dependent manner in cells. Complementary approaches including bioinformatics analysis and various biophysical methods identified a putative CaM-binding site in the intracellular loop of Cx45 with high Ca2+/CaM-binding affinity and Ca2+-dependent binding mode that is different from alpha family of connexins. To understand the role of extracellular calcium in regulation of gap junction hemichannels, we would like to prove a possible Ca2+-binding site predicted by our computational algorithm MUGSR in Connexin 26 (Cx26) through mutagenesis study, metal binding affinity measurement, conformational changes examination of purified Cx26 protein from Sf9; however, we failed to achieve this goal due to either the limitation of available methods or lethal effect of mutating the predicted Ca2+-binding ligand. Additionally, in this study, we identified a putative Ca2+-binding site in metabotropic glutamate receptor 5 (mGluR5) and demonstrated the importance of this Ca2+-binding site in activation of mGluR5 and modulating the actions of other orthosteric ligands on mGluR5. In addition, we successfully solved the first crystal structure of the extracellular domain of Ca2+-sensing receptor (CaSR) bound with Mg2+ and an unexpected Trp derivative. The extensive study of mechanism of CaSR function specifically through Mg2+-binding site and the unexpected ligand-binding site was done using several cell-based assays in wild type CaSR and mutants. Studies in this dissertation provides more information on how Ca2+ regulates gap junction channels, modulates mGluR5 activities and structural basis for regulation of CaSR by Mg2+ and an unexpected Trp derivative co-agonist.

The structure, kinetics, and interactions of the conserved 16mer and 15mer RNA motifs of the internal ribosome entry site (IRES) of the Foot-and-Mouth Disease virus (FMDV), have been investigated by homonuclear and heteronuclear NMR techniques. The 16mer RNA is endowed with a classic GNRA tetraloop motif, which is essential for IRES activity and the 15mer RNA motif is a potential tetraloop receptor. We have determined three high resolution NMR solution structures of the 16mer apo-RNA, the 16mer Mg2+ RNA complex and the 15mer apo-RNA with RMSDs of 0.17Å, 0.16Å and 0.35Å, respectively. The high precision of these NMR structures was achieved by including a large number of NMR experimental restraints, derived from NOEs and coupling constants, and validating them using the MolProbity program. The 16mer RNA structure comprised of six base pairs with a GUAA tetraloop and the 15mer RNA structure comprised of four base pairs and a large heptaloop; this is the first heptaloop to be studied by NMR.Addition of Mg2+ to the 16mer apo-RNA caused selective chemical shift changes to the stem G177 and loop G178 imino proton resonances, suggesting Mg2+-induced conformational change to the GUAA tetraloop. This was supported by a significant chemical shift change to the selectively 19F-labelled loop U179 in the 5-FU 16mer RNA. Furthermore, variable temperature experiments revealed retarded imino proton exchange for the stem and loop imino protons, demonstrating the enhanced thermodynamic stability conferred by Mg2+. This enhancement in stability was confirmed by measuring the imino proton exchange rates for the 16mer apo-RNA and the 16mer Mg2+ RNA complex. Analysis of the 16mer apo-RNA and its Mg2+ RNA complex NMR solution structures revealed that Mg2+-induced structural changes to the GUAA tetraloop act to stabilise the loop via stronger base stacking and intramolecular interactions. Fascinatingly, we discovered that Mg2+ ions provide increased stability required for the formation of a G.A sheared base pair in the GUAA tetraloop. RNA-RNA interactions between the 16mer and 15mer RNAs and their fluorinated analogues were studied by NMR spectroscopy. Small changes to chemical shift and linewidth of proton peaks in the non-fluorinated RNA-RNA complex provided evidence for a weak interaction between the loop of the 16mer RNA and the stem of the 15mer RNA. 19F-NMR experiments revealed additional peaks for the 19F-labelled U179 of the fluorinated 16mer/15mer RNA complex providing further good evidence of RNA-RNA interaction. The NMR structures of the conserved RNA motifs and their interactions have yielded important information in understanding the properties and behaviour of RNA. This will provide the first stepping stone in understanding the IRES mechanism and its use in antiviral therapy and biotechnology.

La mucoviscidose est la maladie héréditaire autosomique récessive, rare, létale, la plus fréquente dans la population caucasienne. Cette maladie est causée par des mutations du gène CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator) codant la protéine CFTR. Cette protéine est principalement un canal chlorure (Cl-) AMPc-dépendant localisé dans la membrane apicale des cellules épithéliales. La mutation F508del entraîne un défaut de maturation de la protéine qui est retenue dans le réticulum endoplasmique avant d’être dégradée. Cependant, une faible quantité de protéines malformées échappe à ce système de contrôle et parvient à la membrane plasmique.Des travaux de notre équipe ont montré une augmentation des efflux ioniques dépendants du CFTR dans des lignées cellulaires épithéliales bronchiques (CFBE41o-), exprimant le CFTR sauvage ou le CFTR muté F508del, après un traitement par une hormone: la gonadolibérine (GnRH, Gonadotropin releasing hormone, 1h, 10-9M). Cette augmentation est vraisemblablement due à un nombre plus important de canaux CFTR à la membrane plasmique.L’objectif de cette thèse a été de tester un analogue de la GnRH comme modulateur de l’exportation membranaire et/ou de l’activité canal du CFTR muté, sur des cultures primaires de cellules épithéliales nasales humaines homozygotes pour la mutation F508del. Dans un premier temps, nous avons vérifié la présence du récepteur à la GnRH (R-GnRH) dans notre modèle cellulaire. Puis, nous avons étudié l’effet de l’analogue sur la fonction du CFTR par des techniques d’électrophysiologie. Nous avons observé une augmentation des efflux d’ions Cl- médiés par le canal CFTR après un traitement à l’analogue (2h, 10-12M). Enfin, une étude protéomique nous a permis d’identifier des protéines différentiellement exprimées après traitement. Certaines protéines mises en évidence pourraient appartenir à des voies de signalisation intracellulaires ayant un rôle dans la régulation de la protéine CFTR et être des cibles thérapeutiques.Par ailleurs, le canal CFTR est régulé par le Mg2+ intracellulaire ([Mg2+]i). Le canal TRPM7 est le principal régulateur du [Mg2+]i. La [Mg2+]i a été mesurée et l’expression de TRPM7 vérifiée dans des cellules Hela transfectées avec le CFTR sauvage (wt) ou mutés (G551D et F508del). Nous avons étudié la localisation, la fonction et la régulation de TRPM7 dans nos modèles cellulaires avant de rechercher un possible lien fonctionnel entre le CFTR et TRPM7. Dans les modèles CF, l’expression, la fonction et la localisation du canal TRPM7 sont altérées. Il existerait un lien fonctionnel entre TRPM7 et le CFTR par l’intermédiaire de la diminution du [Mg2+]i impliquant TRPM7 dans la physiopathologie de la mucoviscidose. / Cystic fibrosis is the most common lethal autosomal recessive disease in the Caucasian population. This disease is caused by mutations in the gene encoding the CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) protein. This protein is a cAMP-regulated chloride channel expressed at the apical membrane of epithelial cells. The F508del mutation causes a defect in CFTR protein folding preventing its maturation. Some misfolded proteins escape the control system and reach the plasma membrane.We previously showed a rise of CFTR-dependent ion efflux in wt- and F508del-CFTR human bronchial epithelial expressing cells (CFBE41o-) after incubation with GnRH (Gonadotropin releasing hormone; 1h, 10-9M). This increase was probably due to an increased cell surface expression of CFTR.The aim of the present study was to test a GnRH analog as a modulator of CFTR delivery to the plasma membrane and/or activity of CFTR on primary culture of human nasal epithelial cells (F508del/F508del).We checked the GnRH receptor expression in our model. Then, we studied the GnRH effect on CFTR’s function by electrophysiology. We found a significant increase of CFTR dependent chloride efflux in cells pretreated with analogue (2h, 10-12M). Proteomic study enabled us to identify differentially expressed proteins after treatment. Some highlighted proteins could be part of signalling pathways regulating CFTR and could be therapeutic targets.Moreover, CFTR is regulated by intracellular Mg2+ ([Mg2+]i). TRPM7 (Transient Receptor Potential Melastatin 7) is the main channel regulating [Mg2+]i. [Mg2+]i and TRPM7 expression were measured in Hela cells stably expressing wildtype and two CFTR mutants (F508del-CFTR and G551D-CFTR). We studied TRPM7 expression, function and regulation in our cell models before examining a functional link between TRPM7 and CFTR. In CF models, TRPM7 expression, localization and function are altered. There should be a functional link between TRPM7 and CFTR through the decreased [Mg2+]i involving TRPM7 in cystic fibrosis physiopathology.

L'Organisation Mondiale de la Santé estime que le VIH-1 est porté par 40 millions de personnes à travers le monde, et qu'il a causé 3,1 millions de décès et 4,9 millions de nouvelles infections au cours de l'année 2004. Les traitements actuels ciblent principalement la rétrotranscriptase du VIH-1 (RT), qui catalyse le passage de l'ARN viral génomique en ADN double brin, substrat de l'intégrase virale (IN). Les antiviraux dirigés contre la RT et utilisés en thérapie sont soit des terminateurs de chaîne analogues de nucléosides (NRTIs), soit des inhibiteurs non-nucléosidiques (NNRTIs) qui se fixent au niveau d'une poche hydrophobe, à proximité du site de fixation des nucléotides. <br />Dans le cadre du développement de nouveaux inhibiteurs de la RT, nous nous sommes intéressés aux 3,7-dihydroxytropolones (3,7-DHT), qui inhibent l'inositol monophosphatase humaine par chélation de deux ions Mg2+ catalytiques distants de 3,7Å. Or les sites catalytiques polymérase et RNase H de la RT contiennent respectivement deux ions Mg2+ distants de 3,57 et 4Å. En outre, l'IN du VIH-1 possède une plate-forme catalytique proche de celle du site RNase H. Nous avons ainsi entrepris d'étudier l'effet des 3,7-DHT sur les activités de la RT et de l'IN du VIH-1. <br />Nous avons observé une inhibition spécifique de l'une ou l'autre activité de la RT par certaines 3,7-DHT. Des études enzymatiques ont ensuite montré que l'inhibition de l'activité ADN polymérase est non-compétitive vis-à-vis des nucléotides, à l'instar des NNRTIs. Néanmoins, l'étude de RT résistante ou dépourvue du site de fixation des NNRTIs permet d'exclure un mode d'action identique à cette classe d'inhibiteurs. Des expériences de gel-filtration, permettant de suivre l'état d'oligomérisation de la forme active de la RT, hétérodimérique, montrent que les 3,7-DHT ne sont pas capables de la dissocier. L'inhibition des activités de la RT par liaison des 3,7-DHT aux acides nucléiques a été écartée, entre autres, par des expériences de fluorescence. Enfin nous avons montré que les 3,7-DHT n'inhibent pas la polymérisation lors de l'étape de translocation. <br />En revanche, une forte baisse de l'inhibition de la synthèse d'ADN a été mise en évidence lorsque la concentration en Mg2+ diminue, ce qui suggère que les 3,7-DHT ne lient le site actif polymérase qu'en présence des ions Mg2+. L'implication des cations catalytiques dans les mécanismes d'inhibition par les 3,7-DHT a également été étayée par l'observation d'une inhibition des activités de « processing » et de transfert de l'IN, dépendante du cation utilisé.<br />Malheureusement, des cultures cellulaires en présence de 3,7-DHT ont révélé une cytotoxicité importante. Ce résultat était partiellement prévisible, compte tenu de l'existence de nombreuses enzymes bimétalliques cellulaires et de l'utilisation de 3,7-DHT de première génération. Dans l'objectif d'améliorer ces composés, sur la base de leur relation structure/activité, nous avions également pour projet d'obtenir la structure cristallographique d'un complexe ternaire RT/(matrice/amorce)/dNTP, en présence d'une 3,7-DHT. Des cristaux de différents complexes ont été obtenus, mais n'ont pas permis d'obtenir de clichés de diffraction aux rayons X et restent par conséquent à améliorer. <br />Nous avons également étudié l'influence de la concentration en Mg2+ libre sur les activités catalytiques de la RT du VIH-1.<br />En résumé, les résultats obtenus au cours de mon travail de thèse permettent d'élaborer les prémices d'une stratégie de conception « rationalisée » d'inhibiteurs de la RT et de l'IN, dans l'objectif d'obtenir des composés plus spécifiques et plus affins de l'un ou l'autre site catalytique.

Cette thèse concerne le dépôt de couches minces par la méthode de co-pulvérisation assistée par plasma micro-onde dans le contexte de leurs applications potentielles pour la thermoélectricité. Deux volets principaux ont été développés au cours de ce travail: la synthèse et l'étude des propriétés de couches minces à base de Mg2Si et Mg2(Si,Sn) pour une mise en œuvre au sein de modules thermoélectriques miniaturisés, et l'étude de matériaux susceptibles d’agir comme barrières de diffusion entre un thermoélément à base de Mg2Si et les joints de brasage utilisés pour connecter les contacts électriques. Dans la première partie de l'ouvrage, des couches minces de solutions solides de Mg2(Si,Sn), avec une stœchiométrie proche de Mg2Si0.4Sn0.6, ont été déposées sur différents substrats. Les propriétés thermomécaniques de ces couches ont été étudiées en fonction du processus de dépôt et de la nature du substrat, tandis que la stabilité thermique et la réactivité avec les substrats ont été examinées, ont fonction de la composition, dans le domaine de températures intermédiaires. En outre, les propriétés de transport des couches minces de Mg2Si dopé au Sb ont été caractérisées, en s’intéressant, en particulier, à l’effet de la texturation de la couche mince sur les propriétés thermoélectriques (coefficient Seebeck, conductivité électrique et thermique). La deuxième partie de cette thèse est dédiée au dépôt de couches barrières sur des échantillons massifs de Mg2(Si,Ge) dopés Bi afin de limiter la diffusion et la réactivité entre le thermoélément et le joint de brasage à base d'alliage Al-Si dans le but d’obtenir un contact électrique chimiquement stable et de faible résistance. Deux options ont été étudiées : l'une est basée sur des couches à gradient destinées à ajuster progressivement la composition entre celle du thermoélément et une couche supérieure de Ni qui constitue la barrière de diffusion. L'autre option concerne les bi-couches M/Ni, où M est un métal (Ti, Ta, W ou Cr). Globalement, le travail présenté ici offre un aperçu du potentiel des couches minces à base de Mg2Si et Mg2(Si,Sn) dans la réalisation d'un module thermoélectrique miniaturisé et l'étude de faisabilité de différents matériaux comme barrières de diffusion dans des modules conventionnels. / In this thesis are presented the deposition of thin films by microwave plasma-assisted co­sputtering and their characterization within the context of thermoelectric applications. The aims of the work are split into two categories: the investigation of Mg2Si and Mg2(Si,Sn) thin films in terms of their potential to be implemented in a miniaturized thermoelectric module and the inquiry of materials which may act as diffusion barriers at the interface between Mg2Si-based thermoelements and the brazing joints used in the preparation of electrical contacts. In the first part of the work, thin films of Mg2(Si,Sn) solid solutions with a stoichiometry close to Mg2Si0.4Sn0.6 have been deposited on various substrates. The thermo­mechanical properties of these films have been investigated with respect to their dependence on the deposition process and the nature of the substrate on which they are grown, while the thermal stability and reactivity with the substrates at intermediate temperatures based on their composition has been explored. Furthermore, the transport properties of Sb-doped Mg2Si thin films have been also characterized. This was done in the context of finding the evolution and dependence of the thermoelectric properties (Seebeck coefficient, electrical and thermal conductivities) to the level of texturing within the thin film. The second part of this thesis involves the deposition of diffusion barriers on bulk Bi-doped Mg2(Si,Ge) thermoelements in order to disrupt the diffusion and reactivity between the thermoelectric leg and the Al-Si alloy-based brazing joint and to obtain a chemically stable, low resistive electrical contact. With this objective, two options have been pursued. One is based on the deposition of gradient layers that are meant to gradually inverse the composition from the Mg2(Si,Ge) thermoelements to a top layer of Ni that is used in the deposition of the potential diffusion barrier. The other option concerns the deposition of a M/Ni bi­layer on the TE legs, where M is a metallic layer (Ti, Ta, W or Cr). Overall, the work presented here offers a glimpse of the potential use of Mg2Si and Mg2(Si,Sn) thin films in the making of a miniaturized thermoelectric module and the efficiency of various materials as diffusion barriers in the industry of thermoeletrics.

Mis à part les liaisons hydrogène, d’autres interactions non covalentes participent dans les réseaux de reconnaissance ARN et ARN protéines. Parmi celles-ci, j’ai étudié les interactions oxygène-pi. Cette interaction prend la forme phosphate-pi dans les U turns et O4'-pi dans les motifs ARN-Z. Je propose une nouvelle classification des boucles de quatre nucléotides, décrivant les U turn et les Z turn à partir d’interactions oxygène-pi. De plus, les motifs "Z like" présents dans tous les ARN, sont aussi reconnus par certaines protéines immunologiques. Pour mieux comprendre les réseaux de reconnaissance biomoléculaire, nous avons examiné les interactions entre cations/anions et ARN. Nous avons trouvé de nombreuses erreurs dans les structures de la PDB et proposé des règles pour améliorer l'attribution d’espèces ioniques. Les résultats de cette thèse amélioreront notre connaissance des réseaux de reconnaissance biomoléculaire et aideront aux techniques de modélisation structurale des ARN. / Together with hydrogen bonds, uncommon non-covalent interactions are fundamental for recognition networks in RNA and RNA-protein systems. Among them, I focused on oxygen-pi stacking. This interaction takes the form of phosphate-pi within U-turns and of ribose O4’-pi within “Z-RNA” motifs. In that respect, a novel classification of tetraloops is proposed, defining U-turns and Z-turns based on their oxygen-pi stacking properties. Further, “Z-like” motifs are found to pervade small and large RNAs, being also a recognition pattern for immunology-related proteins. To better understand biomolecular recognition networks, we reviewed the binding of metal ions and anions within RNA, finding many examples of ions misattribution in PDB structures. We propose rules to avoid attribution errors. The results of this thesis will improve our knowledge and understanding of biomolecular recognition networks, as well as assist structural determination and structural modelling techniques of RNA systems.

Magister Scientiae - MSc (Earth Science) / This study area is situated within the Eastern Bushveld complex at Dwarsrivier chrome mine, which is approximately 30 km from Steelpoort and 60km from Lydenburg in the Mpumalanga province. The primary aim of the project is to identify the petrological and geochemical characteristics that can be used to distinguish the various rock types of feldspathic pyroxenites, chromitites, anorthosites and chromitite pyroxenites and determine whether the various rock types are from the MG2 package and MG3 package were formed from a single or multiple magma pulses. The geochemical and mineralogical variation studies were carried out using cores from borehole DWR74 and DWR172 located on the farm Dwarsrivier 372 KT. Using the combination of various multivariate statistical techniques (factor, cluster and discriminant analysis) multi element diagrams and trace element ratios, the outcome of the study demonstrated that each of the four rock types can be sub-divided into two groups.