Polymeric vesicles or polymersomes are one of the supramolecular entities at the leading edge of synthetic biology. These small compartments have shown to be feasible candidates as nanoreactors, especially for enzymatic reactions. Once cross-linked and equipped with a pH sensitive material, the reaction can be switched off (pH 8) and on (pH 6) in accordance with the increased permeability of the polymersome membranes under acidic conditions. Thus cross-linked and pH sensitive polymersomes provide a basis for pH controlled enzymatic reactions where no integrated transmembrane protein is needed for regulating the uptake and release of educts and products in the polymersome lumen. This pH-tunable working tool was further used to investigate their use in sequential enzymatic reactions (glucose oxidase and myoglobin) where enzymes are loaded in one common polymersome or in two different polymersomes. Crossing membranes and overcoming the space distance between polymersomes were shown successfully, meaning that educts and products can be exchanged between enzyme compartments for successful enzymatic cascade reactions. Moreover the stabilizing effect of polymersomes is also observable by single enzymatic reactions as well as a sequence. This study is directed to establish robust and controllable polymersome nanoreactors for enzymatic reactions, describing a switch between an off (pH 8) and on (pH 6) state of polymersome membrane permeability with no transmembrane protein needed for transmembrane exchange.

Cystic fibrosis (CF) is genetically conditioned, autosomal recessive disease that occurs in the European population with a prevalence of about 1:2500 - 1:1800. In this disease we observe a mutation of the CTFR gene with subsequent fault in chloride channels. Such afflicted individuals usually suffer from chronic respiratory problems, pancreatic insufficiency, high concentration of chloride ions in sweat and obstructive azoospermia. Genetic testing of CFTR gene is indicated in individuals who meet the CF clinical picture and a positive sweat test (increased concentration of chlorides in the sweat). Genetic testing of the CFTR gene is usually done by using commercial kits detecting the most common mutations of the CFTR gene in the Czech Republic. If the testing results are negative, it is further performed an MLPA method that captures the larger deletions and duplications of gene, eventually a sequencing of all exons is. Despite the well-established algorithm of the testing, some patients suffering from symptoms of CF are left without genetic findings. Thanks to development of next generation sequencing, it is possible to make the diagnosis of CF more effective and uncover the variants that were not captured by previous methods.

This work reports on the successful formation of supported multicomponent lipid bilayer membranes (sLBMs) from natural occurring lipids as well as synthetic lipids on a set of polymer cushions consisting of alternating maleic acid copolymers. Maleic acid copolymers provide a versatile platform to adjust the physico-chemical behaviour by the choice of the comonomer unit. The formation of sLBMs was triggered by a transient reduction of the electrostatic repulsion between the polymer cushions and the lipid vesicles by lowering the solutions pH to 4. Upon formation the stability of sLBMs was not affected by subsequent variations of the environmental pH to 7.2. Even drastic changes in the environmental pH (between pH 2 and pH 9) did not lead to delamination and proved the stability of the polymer sLBM. The degree of hydrophilicity and swelling of the anionic polymer cushions was found to determine both the kinetics of the membrane formation and the mobility of the lipid bilayer with lipid diffusion coefficients in the range from 0.26 to 2.6 µm2 s-1. An increase in cushion hydrophilicity correlated with a strong increase in the diffusion coefficient of the lipids. This trend was found to correlate with the kinetics of bilayer formation in the process of vesicle spreading. The observations strongly support the important role of the support’s polarity for the fluidity of the sLBM, which is probably related to the presence of a water layer between support and bilayer. The investigated polymer cushions are considered to open new options for the in situ modulation of lipid bilayer membranes characteristics to match the requirements for the successful integration of functional transmembrane proteins (TMPs). As each cushion exhibits different physico-chemical properties, the resulting behaviour of the sLBMs and TMPs could be exactly adjusted to the specific requirements of biological samples. This is exemplarily shown by the integration of the TMP beta amyloid precursor protein cleaving enzyme (BACE). Integrated BACE was observed to be mobile on all polymer cushions. On the contrary, no lateral mobility of BACE was found in solid sLBM. Furthermore, the activity of integrated BACE was analysed by the cleavage of an amyloid precursor protein analogue. Remarkably, the polymer cushions did not only enhance the mobility but were also found to increase the activity of BACE by a factor of 1.5 to 2.5 in comparison to solid sLBM. From the obtained results it is obvious that even small cytoplasmic domains of transmembrane proteins might not be preserved upon the integration in silica sLBM. The observed beneficial effects of the utilised polymer cushions on the mobility and activity of transmembrane proteins motivate further studies to clarify the general applicability of the polymer platform. Altogether, this polymer platform provides valuable options to form sLBM with varying characteristics to reconstitute transmembrane proteins for a wide range of possible future applications in biology. / Die vorliegende Arbeit beschreibt die Bildung von polymer unterstützten Lipiddoppelschichten zur Integration von transmembranen Proteinen. Das Polymerkissensystem besteht aus alternierenden Maleinsäurecopolymeren. Lipiddoppelschichten wurden durch die Steuerung der elektrostatischen Repulsion erzeugt: die Verringerung des pH-Wertes auf 4 wurde eine Erhöhung der adsorbierten Vesikelmenge auf den Polymeroberflächen induziert. Nach der erfolgten Bildung der Lipiddoppelschichten kann der pH-Wert beliebig variiert werden, ohne dass die Stabilität der Lipiddoppelschichten beeinflusst wird. Auch drastische Veränderungen des pH-Milieus (pH 2 - pH 9) führten zu keinen Veränderungen in der Membranintegrität. Der Grad der Hydrophilie und der Quellung der anionischen Polymerschichten beeinflusst sowohl die Bildung der Modellmembranen als auch die Mobilität der integrierten Lipidmoleküle. Dabei reichen die erzielten Lipiddiffusionskoeffizienten von 0.26 bis 2.6 µm2 s-1. Dabei ist die Mobilität direkt von der Hydrophilie des Substrates abhängig. Die beobachteten Ergebnisse zeigen deutlich die entscheidende Rolle der Polarität der verwendeten Substratoberflächen auf die Lipidmobilität, die sehr wahrscheinlich mit der Präsenz einer variablen Wasserschicht zusammenhängt. Die untersuchten Polymerkissen eröffnen neue Möglichkeiten für die insitu Modulierung der Charakteristika von Lipidschichten, um funktionale transmembrane Proteine zu integrieren. Aufgrund der unterschiedlichen physiko-chemischen Eigenschaften kann das Verhalten der Lipidschichten und der transmembranen Proteine nach den spezifischen Anforderungen des Modellsystems angepasst werden. Die funktionale Integration wurde am Beispiel des transmembranen Proteins BACE nachempfunden. Die Mobilität des integrierten BACE wurde auf allen Polymerkissen beobachtet. Im Gegensatz dazu wurde auf harten Substraten keine BACE Mobilität gefunden. Die Aktivität des integrierten BACE wurde durch die enzymatische Spaltung eines APP-Analogons nachgewiesen. Bemerkenswerteweise wurde ein Anstieg der BACE Aktivität auf den Polymerkissen um den Faktor 1,5 bis 2,5 im Vergleich zu den auf harten Substraten integrierten BACE beobachtet. Zusammenfassend, die verwendeten Polymerkissen bieten vielfältige Möglichkeiten Lipidschichten mit variierenden Eigenschaften für die Integration von transmembranen Proteinen zu erzeugen.

This dissertation reports on research related to ultrafiltration (UF) membranes in drinking water applications. A pilot-scale investigation identified seasonal surface water quality impacts on UF performance and resulted in the development of a dynamic chemically enhanced backwash protocol for fouling management. Subsequent analysis of UF process data revealed limitations with the use of specific flux, transmembrane pressure (TMP), and other normalization techniques for assessing UF process fouling. A new TMP balance approach is presented that identifies the pressure contribution of membrane fouling and structural changes, enables direct process performance comparisons at different operating fluxes, and distinguishes between physically and chemically unresolved fouling. In addition to the TMP balance, a five component optimization approach is presented for the systematic improvement of UF processes on the basis of TMP variations. Terms are defined for assessing process event performance, a new process utilization term is presented to benchmark UF productivity, and new measures for evaluating maintenance procedures are discussed. Using these tools, a correlation between process utilization and operating pressures was established and a sustainable process utilization of 93.5% was achieved. UF process capabilities may be further enhanced by pre-coating media onto the membrane surface. Silicon dioxide (SiO2) and powdered activated carbon (PAC) are evaluated as precoating materials, and the applicability of the TMP balance for assessing pre-coated membrane performance is demonstrated. The first use of SiO2 as a support layer for PAC in a membrane pre-coating application is presented at the laboratory-scale. SiO2-PAC pre-coatings successfully reduced physically unresolved fouling and enhanced UF membrane organics removal capabilities.

No description available.

No description available.

প্লাজমা ঝিল্লি একটি প্রাথমিক কার্যকরী ইউনিট হিসাবে একটি কোষ দক্ষ কার্যকরী জন্য অপরিহার্য হিসাবে গণ্য করা হয়। এই ঝিল্লিগুলি বহিরাগত কোষের কোষের ভিতরের অংশটিকে পৃথক করে এবং পাশাপাশি এটি জুড়ে চলমান নিয়ন্ত্রনের বাধা হিসাবে কাজ করে। প্লাজমা ঝিল্লিগুলি বিভিন্ন বিভিন্ন উপাদানের সাথে গঠিত, তবে সবার মধ্যে, ঝিল্লি প্রোটিনগুলিকে বৈজ্ঞানিক সম্প্রদায়ের দ্বারা প্লাজমা ঝিল্লির প্রধান কাঠামোগত এবং কার্যকরী স্তম্ভগুলির মধ্যে সর্বসম্মতিক্রমে গ্রহণ করা হয়। বৈজ্ঞানিক গবেষণায়, ঝিল্লী প্রোটিনগুলির কার্যকারিতা গুরুতর রোগের জন্য দায়ী বলে মনে করা হয়েছে। সুতরাং, এটি কৃত্রিম ট্রান্সমেম্রেন প্রোটিন ডোমেনগুলি ডিজাইন এবং বিকাশের জন্য একটি দুর্দান্ত বৈজ্ঞানিক আগ্রহ রয়েছে যা স্বাভাবিকের ত্রুটিগুলির সমাধান করতে সক্ষম। এই প্রোটিন ডোমেনগুলির ভাঁজ গঠন এবং ট্রান্সমেমব্রেন গতিবিদ্যা পিছনে আণবিক শক্তি এবং অন্যান্য পদার্থ-রাসায়নিক প্রক্রিয়াগুলি বোঝা হালনাগাদকৃত কৃত্রিম ট্রান্সমিম্ব্রেন প্রোটিন ডোমেনগুলি বিকাশের প্রক্রিয়ার অবিচ্ছেদ্য অংশ। গত দুই দশক ধরে, বিটা-পেপটাইডগুলি আরও প্রতিশ্রুতিশীল পেপটিডোমিম্যাটিক মোটিফগুলির মধ্যে একটি হিসাবে বিবর্তন হয়েছে। প্রোটিলাইটিক হ্রাসের বিরুদ্ধে অসাধারণ স্থিতিশীলতা এবং স্থিতিশীল হেলিকাল সেকেন্ডারি স্ট্রাকচার যেমন 14 -12- এবং বিকল্প 10 / 1২-হেলিসেসগুলি 4-6 এমিনো এসিডগুলি তৈরি করার ক্ষমতা, এর পিছনে দুটি প্রধান কারণ peptidomimetics মধ্যে β-peptides এর বিমোচন এন্ট্রি। অন্যান্য গুরুত্বপূর্ণ প্যারামিটারগুলির পাশাপাশি পেপটাইডের হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল মুহূর্তটি ট্রান্সমেম্রেন সন্নিবেশ এবং বিস্তারের ক্ষেত্রে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা বলে মনে করা হয়। পেপটাইডগুলির হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল মুহূর্তের সরাসরি পরীক্ষামূলক সিদ্ধান্ত অত্যন্ত চ্যালেঞ্জিং হচ্ছে, হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল মুহূর্তের সম্ভাব্য প্রভাবগুলি কেবলমাত্র তাত্ত্বিকভাবে প্রস্তাবিত। অতএব, এই থিসিসের প্রধান উদ্দেশ্যগুলি ট্রান্সমেম্রেন সন্নিবেশ এবং বিস্তারের পাশাপাশি পরোক্ষ পরীক্ষার মাধ্যমে সেলুলার উপসর্গের মধ্যে হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল মুহূর্তের সম্ভাব্য ভূমিকা পালন করা। সাধারণভাবে, β-peptides নির্দিষ্ট হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল মুহূর্ত থাকে তবে প্রাকৃতিকভাবে ঘটমান α-peptide analogues এর তুলনায় বিপরীত দিকে থাকে। ধারণাটি হল বিটা-পেপটাইডের একটি ধরণের সনাক্তকরণ এবং সংশ্লেষ করা যার প্রায় মোট কোনও হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল মুহূর্ত নেই এবং β-peptides সহ এবং হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল ছাড়া ট্রান্সমেমব্রেন সন্নিবেশ স্টাডিজগুলি অন্যান্য সমস্ত পরামিতিগুলিকে ধ্রুবক রাখে। ক্ষেত্রে, তারা ঝিল্লি সন্নিবেশের জন্য কোন ডিফারেনশিয়াল ক্ষমতা প্রদর্শন করে, এটি পরীক্ষামূলকভাবে নিজ নিজ পদার্থ-রাসায়নিক ঘটনায় হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোলের ভূমিকা নির্দেশ করবে। ব্যাপক গবেষণার পরে, বিকল্প β3 / β2-amino অ্যাসিডের সংযোজিত বিকল্প 10/12-হেলিকাল β-peptides তাদের অনন্য রূপান্তরিত অভিযোজন কারণে সামগ্রিক অলঙ্কৃত হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল পাওয়া যায় নি। অতএব, বিভিন্ন ধরণের β-peptides সহ 14-, 12- এবং বিকল্প 10/12-হেলিক্যাল পেপটাইড তুলনীয় ট্রান্সমেম্রেন দৈর্ঘ্য এবং ক্রম সহ বিভিন্ন সিন্থেটিক কৌশল মিশ্রিত করে সংশ্লেষিত করার পরিকল্পনা করা হয়েছে, যেমন মাইক্রোওয়েভ সহায়তায় ম্যানুয়াল SPPS, অ- মাইক্রোওয়েভ সহায়তায় ম্যানুয়াল SPPS, এবং ফ্লুরোস-ট্যাগ সংযুক্ত তরল ফেজ পেপটাইড সংশ্লেষণ। পরের ধাপে, পেপাইডাইডগুলির ট্রান্সমেমব্রেন সন্নিবেশ হাইড্রোফোবিক মাইক্রো-এনভায়রনমেন্ট সংবেদনশীল ট্রপ-ফ্লোরেসেন্স স্পেকট্রোস্কপি দ্বারা পরীক্ষা করা হবে। তিনটি ভিন্ন লিপিড, ডিএলপিসি / ডিএমপিসি / পিওপিসি এর একই গোষ্ঠীটি বিভিন্ন 14-, 12-এবং বিকল্প 10/12-হেলিক্যাল পেপাইডাইডের জন্য তুলনামূলক দৈর্ঘ্যের সাথে এইভাবে নির্বাচিত হয় যে নেতিবাচক হাইড্রোফোবিক মেলেম্যাচ ধীরে ধীরে একটি প্রায় পুরোপুরি hydrophobic ম্যাচিং পরিস্থিতি। এটি ভালভাবে জানা গেছে যে নেতিবাচক হাইড্রোফোবিক মেলেম্যাচের থ্রেশহোল্ড মানের উপরে ট্রান্সমেমব্রেন সন্নিবেশ সম্ভব নয়। অন্য দিকে, ইথানল মত শর্ট চেইন অ্যালকোহল, অ্যাসিড চেইন interdigitating দ্বারা লিপিড ঝিল্লি বেধ কমানোর একটি উচ্চারণ প্রভাব ভোগ করতে পরিচিত। অতএব, ETOH এর ক্রমবর্ধমান বৃদ্ধি ঘনত্বটি বিভিন্ন পেপটাইডের জন্য ব্যবহার করা হবে এবং একই লিপিডের জন্য একই পেপাইডাইডগুলির জন্য প্রতিটি পেপাইডাইডের জন্য প্রয়োজনীয় ন্যূনতম থ্রেশহোল্ড ঘনত্বের অনুরূপ নেতিবাচক হাইড্রোফোবিক মেলেম্যাচটি সাবধানে ন্যূনতম ক্ষতিপূরণ নেতিবাচক ক্ষতিপূরণ হিসাবে পর্যবেক্ষণ করা হবে। Trp-fluorescence বর্ণালী ক্রিয়ার সাহায্যে সফল ট্রান্সমেমব্রেন সন্নিবেশের জন্য অপরিসীম প্রয়োজন। এই পরীক্ষামূলক ফলাফল থেকে, এই সিদ্ধান্তে পৌঁছানো সম্ভব হবে যে পেপাইডাইডটি ETOH- এর আরো কম ঘনত্বের প্রয়োজন, যা নেতিবাচক মেলামেশের উচ্চতর ক্ষতিপূরণ, লিপিড ঝিল্লিতে পুনর্গঠন করতে সফলভাবে, ট্রান্সমেম্রেন সন্নিবেশ এবং বিস্তারের দিকে কম প্রবণ। ক্ষেত্রে, হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল মুহূর্তের সাথে এবং পেপাইডাইডগুলি এই আচরণের প্রতি কোনও ডিফারেনশিয়াল প্রবণতা প্রদর্শন করে, এটি পরোক্ষভাবে নির্দেশ করে এবং পরীক্ষামূলকভাবে ট্রান্সমেম্রেন সন্নিবেশ এবং স্প্যানিংয়ের মধ্যে হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল মুহূর্তের উল্লেখযোগ্য ভূমিকা যাচাই করবে (যেহেতু পেপাইডাইডগুলির মধ্যে প্রধান পার্থক্য হল হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল মুহূর্তের উপস্থিতি এবং অনুপস্থিতি)। তাছাড়া, লিপিড পরিবেশের অভ্যন্তরে যখন চারিত্রিক হেলিক্যাল প্যাটার্নটি রক্ষণাবেক্ষণ করা হয় কিনা তা ব্যাখ্যা করার জন্য, বিভিন্ন পেপাইডাইডগুলির দ্বিতীয় হেলিক্যাল কাঠামো সমাধান এবং পাশাপাশি অভ্যন্তরীণ লিপিড ভিসিক্যালগুলিতে নির্ধারণ করা হবে। তাপমাত্রা নির্ভর সিডি-স্পেকট্রসকপি দ্বারা সমাধান হিসাবে তুলনায় লিপিড vesicles ভিতরে যখন 14- এবং 10/12-হেলিক্যাল পেপটাইড স্থিতিশীলতা পরিবর্তন করা হয় কিনা তা পরীক্ষা করা হবে। হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল মুহূর্তটি সমাধান বা অভ্যন্তরীণ লিপিড vesicles মধ্যে সেকেন্ডারি হেলিকাল কাঠামো স্থিতিশীল করতে কোনো প্রভাব আছে কিনা তাও ইঙ্গিত করে। অবশেষে, 6-অ্যামিনো অ্যাসিড দীর্ঘ শৃঙ্খল চেইন 14-হেলিকাল এবং 10 / 1২-হেলিকাল 5 (6) -ফ্যাম সংযুক্ত পেপটাইডগুলি মানব ব্রোঞ্চিয়াল এডেনোকার্কিনোমা সেল লাইন A549 ব্যবহার করে সেলুলার আপটেক স্টাডিজের জন্য সংশ্লেষিত হয়। প্রথমটি ক্লোজোজেনিক অ্যাস এবং এমটিটি-অ্যাস দ্বারা একই কোষ লাইনে সাইটোটক্সিসটিটি পরীক্ষা করা হয়। যদি 1 μM ঘনত্ব না হওয়া পর্যন্ত অ-সাইটোটক্সিক পাওয়া যায়, তাহলে ফ্লোরোসেন্স অ্যাক্টিভেটেড সেল সোর্সিং (FACS) দ্বারা পরিমাণগত সেলুলার উত্তোলনের দক্ষতার দিকে আরও গবেষণা 14- এবং বিকল্প 10/12-হেলিক্যাল পেপাইডাইডগুলি হয়। একটি সুপরিচিত কোষ তীক্ষ্ণ পেপটাইড, এইচআইভি -1 ট্যাট, একটি রেফারেন্স মান হিসাবে ব্যবহৃত হয়। দুটি লক্ষ্য পেপটাইডগুলির মধ্যে সেলুলার আপটেক কার্যকারিতাগুলির মধ্যে কোন পার্থক্য পরীক্ষামূলকভাবে নির্দেশ করবে যে হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল মুহূর্তটি ট্রান্সমেমব্রেন সন্নিবেশ এবং বিস্তারকে প্রভাবিত করে না তবে সেলুলার অ্যাকটেককেও নিয়ন্ত্রণ করে। FACS ফলাফলগুলি নিশ্চিত এবং সমর্থন করার জন্য, পেপাইডাইডগুলি কন confocal লেজার স্ক্যানিং ফ্লুরোসেন্স মাইক্রোস্কপি অধীনে দৃশ্যমান হবে। মাইক্রোস্কোপি ইমেজিং প্রদর্শন করবে যে টার্গেট পেপাইডগুলি প্রকৃতপক্ষে সেল অনুপ্রবেশের মাধ্যমে অভ্যন্তরীণ হয় কিনা বা শুধুমাত্র ঝিল্লিতে আটকা পড়ে। উপরন্তু, যদি কোন লক্ষ্য β-peptides উল্লেখযোগ্য কোষ অনুপ্রবেশ ক্ষমতা পাওয়া যায়, এটি নতুনত্ব, হাইড্রোফোবিক, uncharged সেল ভেতরে পেপটাইড (সিপিপি) প্রার্থী যারা proteases উপস্থিতি স্থিতিশীল স্থিতিশীল দিকে একটি নতুন বর্ণমালা খুলতে হবে। অবশেষে, এই সমস্ত গবেষণাগুলি পরীক্ষামূলকভাবে ট্রান্সমেম্রেন সন্নিবেশ, বিস্তার এবং সেলুলার উপসাগরীয় অঞ্চলে ঝিল্লি প্রোটিন ডোমেনের হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল মুহূর্তের নিয়ন্ত্রক প্রভাবের উপর আলোকপাত করবে। এই তথ্যটি এই গুরুত্বপূর্ণ পদার্থ-রাসায়নিক ঘটনাগুলিতে পেপটাইড হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল মুহূর্তের প্রভাবকে মোকাবেলা করবে এবং β-পেপটাইড ভিত্তিক মডেল ট্রান্সমেম্রেন ডোমেন সিস্টেমগুলি পাশাপাশি β-পেপটাইড-ভিত্তিক নতুন প্রজন্মের কোষ তীব্র পেপটাইডগুলি ডিজাইনে সহায়তা করবে।

No description available.

La membrane cellulaire est principalement une bicouche phospholipidique constituant une barrière qui régule les échanges entre la cellule et son environnement. Son intérieur hydrophobe empêche le passage d’espèces hydrophiles, chargées, de grande masse moléculaire et polaires, qui sont généralement transportées par des protéines à travers la bicouche. Dans certains cas de systèmes défectueux (e.g. les canalopathies), l’équilibre des concentrations en ions à l’intérieur et à l’extérieur des cellules est perturbé et les cellules sont compromises. C’est pourquoi le développement de transporteurs transmembranaires synthétiques est nécessaire. De nombreux travaux ont été faits dans le développement de transporteurs synthétiques d’anions (particulièrement du chlorure). Dans cette thèse, nous présentons nos travaux sur un nouveau transporteur d’anion appelé axe parapluie, capable de changer de conformation dépendamment de la polarité de son environnement. Dans un premier temps, nous avons conçu le design, puis synthétisé ces axes parapluie qui montrent une importante activité en tant que transporteur de chlorures. Ces composés réunissent deux concepts : - Le parapluie, constitué d’acides biliaires amphiphiles (une face hydrophile, une face hydrophobe). La flexibilité des articulations combinée à la grande surface des acides choliques permettent d’empêcher les interactions défavorables entre les parties hydrophiles et hydrophobes, ce qui facilite l’insertion dans la bicouche. - Un site ammonium secondaire en tant que site de reconnaissance, capable de former des ponts hydrogène avec des ions chlorure. De plus, l’axe peut complexer une roue de type éther couronne pour former un pseudo-rotaxane ou rotaxane parapluie ce qui résulte en l’inhibition partielle de leurs propriétés de transport. Ceci nous mène au second objectif de cette thèse, le développement d’un nouveau moyen de transport pour les médicaments cycliques. Certains macrocycles polaires et biologiquement actifs tels que les nactines ont besoin d’atteindre leur objectif à l’intérieur de la cellule pour jouer leur rôle. La membrane cellulaire est alors un obstacle. Nous avons imaginé tirer profit de notre axe parapluie pour transporter un médicament cyclique (en tant que roue d’un rotaxane parapluie). Les assemblages des rotaxanes parapluie furent accomplis par la méthode de clipage. Le comportement de l’axe et du rotaxane parapluie fut étudié par RMN et fluorimétrie. Le mouvement du parapluie passant d’une conformation fermée à exposée dépendamment du milieu fut observé pour le rotaxane parapluie. Il en fut de même pour les interactions entre le rotaxane parapluie et des vésicules constituées de phospholipides. Finalement, la capacité du rotaxane parapluie à franchir la bicouche lipidique pour transporter la roue à l’intérieur de la vésicule fut démontrée à l’aide de liposomes contenant de la α-chymotrypsine. Cette dernière pu cliver certains liens amide de l’axe parapluie afin de relarguer la roue. / The cell membrane is a phospholipid bilayer barrier that controls the exchanges between the cell and its environment. Its hydrophobic core prevents the entrance of hydrophilic, charged or large polar species that are transported through the bilayer by proteins. In some dysfunctional systems e.g. channelopathies), the balance of ion concentrations between the interior and exterior of the cell is no longer insured and the cell’s health is compromised. That is why the synthesis of synthetic transmembrane transporters is needed. There have been many synthetic anion carriers (especially chloride) developed in this area using different strategies. In this thesis we present our work on a new anion transporter, an umbrella thread. First, we designed and synthesized umbrella threads that showed significant chloride transport activity. These compounds combine two concepts: - the umbrella moiety, made from facial amphiphilic bile acids. The flexibility and large surface of the cholic acids can shield disfavored interactions between hydrophilic and hydrophobic elements that should ease their insertion into the bilayer. - a secondary ammonium recognition site on the thread that can form hydrogen bonds with chloride ions. Furthermore, the thread moiety is able to complex a crown-ether like wheel to form an umbrella pseudo-rotaxane or rotaxane that showed partially inhibited properties for chloride transport. This leads us to the second goal of this thesis, i.e. the development of a new vehicle for drug delivery. Some biologically active polar macrocycles (e.g. nactins) need to reach their target inside the cell to be efficient. The cell membrane also represents an obstacle here. In our work, we imagined using an umbrella thread as the vehicle for the cyclic drug as the wheel of the umbrella rotaxane). The umbrella rotaxanes were successfully assembled by the clipping method. The behavior of both the umbrella thread and umbrella rotaxane was extensively studied by NMR and fluorimetry. The umbrella motion from a shield conformation to an exposed one depending on the environment was observed for the rotaxane. Interactions between the umbrella rotaxane and phospholipid vesicles were also noticed. Finally, its ability to cross the lipid bilayer to deliver the wheel inside the vesicle was shown with α-chymotrypsin-filled liposome assays. This enzyme was able to cleave amide bonds on the umbrella thread to release the wheel.

Le 1,1'-bi-2-naphtol ou Binol, présentant une chiralité axiale, est un ligand très utilisé en catalyse asymétrique. Au cours des vingt dernières années, le Binol a servi de synthon à l’élaboration de très nombreux ligands permettant la catalyse asymétrique de tous types de réactions, allant de l’hydrogénation, à l’alkylation, en passant par diverses réactions péricycliques. Le grand intérêt pour ce ligand vient de sa versatilité et des nombreuses possibilités de fonctionnalisation qu’il offre, permettant d’altérer ses propriétés catalytiques à volonté, aussi bien en modifiant son caractère électronique, qu’en introduisant des facteurs stériques autour du site catalytique. Parallèlement aux développements de la catalyse par des dérivés de Binol, le domaine des liquides ioniques a connu un intérêt croissant ces dernières années. Les liquides ioniques, sels dont le point de fusion est inférieur à 100°C, cumulent de nombreuses qualités convoitées : faible pression de vapeur, stabilité thermique et chimique et fort pouvoir de solvatation. Dû à ces propriétés, les liquides ioniques ont principalement été étudiés dans l’optique de développer une gamme de solvants recyclables. Alors que les propriétés des liquides ioniques sont facilement modulables en fonction de l’anion et du cation choisi, le concept de liquide ionique à tâche spécifique va plus loin et propose d’introduire directement, sur le cation ou l’anion, un groupement conférant une propriété particulière. En suivant cette approche, plusieurs ligands ioniques ont été rapportés, par simple couplage d’un cation organique à un ligand déjà connu. Étonnamment, le Binol a fait l’objet de très peu de travaux pour l’élaboration de ligands ioniques. Dans cette thèse, nous proposons l’étude d’une famille de composés de type Binol-imidazolium dont les unités Binol et imidazolium sont séparées par un espaceur méthylène. Différents homologues ont été synthétisés en variant le nombre d’unités imidazolium et leur position sur le noyau Binol, la longueur de la chaîne alkyle portée par les unités imidazolium et la nature du contre-anion. Après une étude des propriétés thermiques de ces composés, l’utilisation des Binol-imidazoliums en tant que ligands dans une réaction asymétrique d’éthylation d’aldéhydes aromatique a été étudiée en milieu liquide ionique. La réaction a été conduite en solvant liquide ionique dans le but de recycler aussi bien le ligand Binol-imidazolium que le solvant, en fin de réaction. Cette étude nous a permis de démontrer que la sélectivité de ces ligands ioniques dépend grandement de leur structure. En effet, seuls les Binols fonctionnalisés en positions 6 et 6’ permettent une sélectivité de la réaction d’éthylation. Alors que les dérivés de Binol fonctionnalisés en positions 3 et 3’ ne permettent pas une catalyse énantiosélective, il a déjà été rapporté que ces composés avaient la capacité de complexer des anions. D’autre part, il a déjà été rapporté par notre groupe, que les composés comportant des unités imidazolium pouvaient permettre le transport d’anions à travers des bicouches lipidiques en fonction de leur amphiphilie. Ceci nous a amenés à la deuxième partie de cette thèse qui porte sur les propriétés ionophores des Binols fonctionnalisés en positions 3 et 3’ par des unités imidazoliums. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à l’étude de la relation structure-activité et au mécanisme de transport de ces composés. Le transport d’anions étant un processus clé dans la biologie cellulaire, l’activité biologique des composés présentant une activité ionophore dans des systèmes modèles (liposomes) a été étudiée par la suite. L’activité antibactérienne des nos composés a été testée sur quatre souches de bactéries. Il s’est avéré que les composés Binol-imidazolium sont actifs uniquement sur les bactéries Gram positives. Finalement, la cytotoxicité des composés présentant une activité antibactérienne a été étudiée sur des cellules humaines. / 1,1'-Bi-2-naphthol or Binol, having an axial chirality, is a widely used ligand in asymmetric catalysis. Over the last twenty years, Binol was used as a synthon for the synthesis of numerous ligands for the asymmetric catalysis of various reactions including hydrogenation, alkylation and various pericyclic reactions. The interest in this ligand comes from its versatility and possibilities to modify its electronic character and to introduce steric bulk around the catalytic site. Paralleling interest in the study of Binol derivatives as ligands for asymmetric catalysis has been a growth in research on ionic liquids. Ionic liquids are salts with melting points below 100°C. They combine many interesting properties, such as low vapor pressure, thermal and chemical stability and high solvation power. Due to these properties, ionic liquids have been investigated to develop a range of recyclable solvents. Recently, the concept of task-specific ionic liquids has emerged in which the properties of the ionic liquids are tuned by selecting different cations and anions, to accomplish specific applications. Following this approach, several ionic ligands have been made by coupling known ligands to an ionic liquid cation. Rarely, Binol has been used for this purpose. In this thesis, we study a family of Binol-imidazolium type compounds, in which Binol and imidazolium units are linked by a methylene spacer. Several analogs were synthesized by varying the number of imidazolium units and their position on the Binol moiety, the alkyl chain length on the imidazolium units and the counter-anion. After a study of the thermal properties, the use of Binol-imidazoliums as ligands was described in the asymmetric ethylation of aromatic aldehydes. The reaction was conducted in ionic liquid solvent and both Binol-imidazolium ligand and the solvent were recycled at the end of the reaction. This study demonstrates that the selectivity of these ligands greatly depends on their structure. Indeed, only Binol analogs functionalized at the 6 and 6’ positions were selectivite. Although Binol derivatives functionalized at the 3 and 3' positions did not serve as enantioselective catalysts, they were able to complex anions. Furthermore, it has already been reported by our group, that imidazolium compounds can transport anions across lipid bilayers depending on their amphiphilicity. In the second part of this thesis, we cover the ionophoric properties of Binol derivatives functionalized at the 3 and 3' positions by imidazolium moieties. First, a study will be presented of their structure-property relationships in the transport through liposomes. Thereafter, the transport mechanism will be discussed. Finally, the biological activity of our compounds with ionophore activity was studied, because the anion transport is a key process in cell biology. Their antibacterial activity was tested on four strains of bacteria. Binol-imidazolium compounds exhibited activity on Gram positive bacteria. Their cytotoxicity was also studied on human cells.