Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Actuellement, les systèmes d’épuration des eaux n’ont pas été conçus pour éliminer les substances médicamenteuses notamment les hormones (estrogènes). Ces molécules sont ainsi déversées dans le milieu naturel et contaminent les rivières. Le 17 α-éthinylestradiol a été choisie comme molécule modèle pour illustrer la présence d’un perturbateur endocrinien dans une eau résiduaire. Cette molécule présente un réel risque pour la faune et la flore (Féminisation des poissons mâles, diminution de la reproduction…). L’objectif de ce travail est d’évaluer l’efficacité de la photocatalyse et de l’ozonation pour éliminer l’Ethinylestradiol dans les eaux. Le procédé d’oxydation utilisant l’ozone a été appliqué dans un premier temps sur des solutions concentrées d’éthinylestradiol (EE2 = 10 mg/L) préparées dans une eau ultrapure tamponnée afin de mieux comprendre les mécanismes d’élimination de ce composé et d’évaluer l’efficacité en terme de taux de conversion de EE2 et de la minéralisation du substrat. Les expériences réalisées ont permis de montrer que l’ozone est un oxydant très efficace pour oxyder l’éthinylestradiol. L’oxydation se fait essentiellement par réaction directe de l’ozone sur la molécule d’EE2 alors que sa minéralisation nécessite la conversion de l’ozone en radicaux hydroxyles qui vont ensuite réagir sur la structure saturée de la molécule organique. L’étude de l’ozonation de solutions EE2 à différentes concentrations a permis d’établir une relation entre la concentration initiale en polluant dans l’eau et la dose d’ozone à introduire pour éliminer ce composé à un pH proche de la neutralité. Cette relation a été utilisée pour estimer la dose d’ozone à appliquer pour une eau contaminée par EE2 à une concentration proche de celle rencontrée dans les eaux résiduaires et comparée à celle obtenue sur une eau provenant de la station d’épuration du Bourget du Lac. L’efficacité du procédé photocatalytique a été évaluée en travaillant sur les vitesses de disparition et de minéralisation de EE2 en présence de TiO2 «Degussa P25» et TiO2 PC500. Les cinétiques d’adsorption et de dégradation photocatalytiques ont été évaluées dans une gamme de concentration allant de 1 à 10 mg/L en travaillant à différentes masses de photocatalyseur. Les constantes d’adsorption et de vitesse, modélisés avec les modèles de Langmuir et Langmuir-Hinshelwood respectivement révèlent, (1) des propriétés d’adsorption et de photocatalyse plus importante pour le photocatalyseur TiO2 «Degussa P25», (2) des constantes d’adsorption différentes en présence ou en absence d’irradiation et aucune proportionnalité entre quantité de EE2 adsorbée et concentration en photocatalyseur. Cette absence de corrélation est expliquée en considérant la taille des particules. La formation d’agrégats de plus en plus important est observée en augmentant la masse de TiO2. La minéralisation de EE2 est totale après moins d’une heure d’irradiation en travaillant avec une puissance lumineuse de 5,5 mW/cm2 et 10 mg/L de EE2 indiquant l’efficacité de ce procédé. / Currently, systems for water treatment have not been designed to eliminate drug substances such as hormones (estrogen). These molecules are thus discharged into the environment and contaminate rivers. The 17 α-ethinylestradiol has been chosen as model molecule to illustrate the presence of an endocrine disrupter in water waste. This molecule presents a real risk to wildlife (feminization of male fish, reduced reproduction ...). The objective of this work is to evaluate the effectiveness of photocatalysis and ozonation to remove Ethinylestradiol waters. The oxidation process using ozone was applied initially in concentrated solutions of ethinylestradiol (EE2 = 10 mg / L) prepared in ultrapure water buffered to better understand the mechanisms of elimination of this compound and evaluate the effectiveness in terms of conversion rate of EE2 and mineralization of the substrate. Experiments have shown that ozone is a very effective oxidant for oxidation of ethinylestradiol. Oxidation occurs mainly by direct reaction of ozone on the molecule while EE2 mineralization involves the conversion of ozone into hydroxyl radicals which will then react on the structure of the saturated organic molecule. The study of ozonation of EE2 solutions at different concentrations has established a relationship between the initial concentration of pollutant in the water and the dose of ozone introduced to eliminate this compound at a pH near neutrality. This relationship was used to estimate the dose of ozone applied to water contaminated with EE2 at a concentration close to that found in wastewater and compared to that obtained water from the treatment plant Bourget du Lac. In the second part of our work, we studied the advanced oxidation process "Photocatalysis". The adsorption and photodegradation of EE2 were performed on the surface of TiO2 Degussa P25 "and under UV radiation (λ = 365 nm). The results were modeled using the model of Langmuir and Langmuir Hinshelwood respectively. These models allowed us to determine for different masses of TiO2 quantities of EE2 adsorbed on the surface of TiO2 and the constants of adsorption in the dark under UV light, and the rate constants. These values were compared to those obtained under the same conditions but on a different type of catalyst TiO2 PC500. The measurement of particle size of TiO2 shows the formation of agglomerates increasingly important function of the mass of catalyst TiO2 PC500 and it allowed us to explain the values of the constants of adsorption and kinetic results

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Contexte: KCNQ1: KCNE3 joue un rôle essentiel dans le mécanisme de sécrétion du Cl- dans le côlon distal. Ce canal K+ génère la force électromotrice nécessaire à la sécrétion apicale de Cl- par le recyclage basolatéral de K+. Il a précédemment été démontré que l'hormone stéroïde œstrogène (17β-œstradiol, E2) induit, spécifiquement chez la femelle un effet anti-sécrétoire dans les cryptes de côlon de rat via l'inhibition de KCNQ1:KCNE3. Cette thèse a pour but de déterminer les mécanismes moléculaires mise en jeu dans la régulation des fonctions du canal KCNQ1 par l'œstrogène, en particulier dans la sécrétion de Cl-, la prolifération et la migration des colonocytes. Cette thèse met en évidence la régulation de l'activité de KCNQ1 par l'œstrogène via l'endocytose et la dissociation du canal. Méthodes : Des cryptes isolées de côlon de rats ainsi que la lignée cellulaire HT29cl.19A ont été utilisées pour étudier les effets de l'œstrogène sur la sécrétion de Cl- et les fonctions du canal KCNQ1. Pour cela des techniques d'électrophysiologie, de biologie cellulaire et moléculaire ainsi que d'imagerie ont été utilisées. Résultats: Nous avons montré que l'œstrogène induit une rapide réduction de la sécrétion de Cl- et du courant KCNQ1; cette inhibition est maintenue au moins 2 heures. Nous avons aussi démontré que l'œstrogène induit une rapide internalisation du canal par la voie de signalisation suivante : PKCδ-AMPK-Nedd4.2. L'internalisation du canal est suivie d'un recyclage à la membrane qui présente un mécanisme bi-phasique; une phase rapide impliquant Rab4 et une phase plus lente via Rab11. L'œstrogène induit également une dissociation entre KCNQ1 et KCNE3 conduisant à la diminution de la conductance du canal. La thèse a également démontré le rôle de KCNQ1 dans la modulation de la migration des colonocytes induite par l'œstrogène. Conclusion : L'étude établit le rôle de l'œstrogène dans la régulation de la sécrétion d'électrolytes par la modulation de la densité de KCNQ1 à la membrane plasmique et la stabilité du complexe KCNQ1:KCNE3. Ici, est révélé un nouveau rôle pour KCNQ1 dans la modulation de la migration des colonocytes par l'œstrogène. Ainsi, l'œstrogène joue un rôle important dans l'homéostasie des cryptes de côlon par la régulation du taux de migration et de sécrétion des colonocytes. / Background : The KCNQ1:KCNE3 K+ channel is an essential component of the Cl- secretion machinery in the distal colon. This channel provides the driving force for apical Cl- secretion by basolateral recycling of K+. The steroid hormone estrogen (17β-estradiol, E2) has previously been reported to exert a female specific anti-secretory response in colonic crypts through the inhibition of the KCNQ1: KCNE3 channel. The purpose of this study was to uncover and describe molecular mechanisms of estrogen regulation of KCNQ1 channel function and its consequences for intestinal Cl- secretion, colonocyte proliferation and migration. The thesis reveals a novel estrogen regulation of KCNQ1:KCNE3 activity by channel endocytosis and complex dissociation. Methods : Isolated rat colonic crypts as well as the colonic cell line HT29cl19A (HT29) were used to investigate estrogen effects on Cl- secretion and KCNQ1 channel function using a combination of electrophysiological, cellular and molecular biology and imaging techniques. Results : The forskolin-stimulated Cl- secretion and KCNQ1 current in rat colon and HT29 epithelia were rapidly reduced following estrogen treatment (10nM) and remained inhibited over 2 hours after estrogen exposure. Our findings revealed a rapid estrogen-promoted retrieval of KCNQ1 from the plasma membrane via a PKCδ-AMPK-Nedd4 .2 signaling pathway, followed by the recycling of the channel. The mechanism underlying recycling was biphasic; a rapid recycling phase mediated by Rab4 and a slow recycling phase mediated by Rab11. Estrogen also causes dissociation of the KCNQ1:KCNE3 channel complex resulting in collapse of the K+ channel conductance and Cl- secretion. The thesis also demonstrated that KCNQ1 plays a role in E2-modulated colonocyte migration. Conclusion : This study establishes a role for estrogen in the regulation of colonic electrolyte secretion via modulation of KCNQ1 cell membrane surface abundance and KCNQ1:KCNE3 complex formation. Here, we highlighted a new role of KCNQ1 in colonocyte migration which is also modulated by estrogen through KCNQ1. Thus, estrogen plays an important role in colonic crypt homeostasis by regulating colonocyte secretion and migration rate.