The Gram-positive pathogens Corynebacterium diphtheriae and Streptococcus pyogenes both require iron for survival. These bacteria have developed sophisticated heme uptake and transport protein machinery responsible for the import of iron into the cell, in the form of heme from the human host. The heme utilization pathway (hmu) of C. diphtheriae utilizes multiple proteins to bind and transport heme into the cell. One of these proteins, HmuT, delivers heme to the ABC transporter HmuUV. The axial ligation of the heme in HmuT was probed by examination of wild-type HmuT and a series of conserved heme pocket residue mutants, H136A, Y235A, R237A, Y272A, M292A, Y349A, and Y349F. Characterization by UV-visible absorption, resonance Raman, and magnetic circular dichroism spectroscopies indicated that H136 and Y235 are the axial ligands in HmuT. Electrospray ionization mass spectrometry was also utilized to assess the roles of conserved residues in contribution to heme binding. The S. pyogenes streptococcal iron acquisition (sia)/heme transport system (hts) utilizes multiple proteins to bring host heme to the intracellular space. Both the substrate binding protein SiaA and the hemoprotein surface receptor Shr were investigated. The kinetic effects on SiaA heme release were probed through chemical unfolding of axial ligand mutants M79A and H229A, as well mutants thought to contribute to heme binding, K61A and C58A, and a control mutant, C47A. The unfolding pathways showed two processes for protein denaturation. This is consistent with heme loss from protein forms differing by the orientation of the heme in the binding pocket. The ease of protein unfolding is related to the strength of interaction of the residues with the heme. Shr contains two NEAT (near-iron transporter) domains (Shr-N1 and Shr-N2) which can both bind heme. Biophysical studies of both Shr-N1 and Shr-N2 indicated a new class of NEAT domains which utilize methionine as an axial ligand, rather than a tyrosine. Thermal and chemical unfolding showed ferrous Shr-N1 and Shr-N2 to be most resistant to denaturation. Shr-N2 was prone to autoreduction. Together, sequence alignment, homology modeling, and spectral signatures are all consistent with two methionines as the heme ligands of this novel type of NEAT heme-binding domain.

Les substances humiques sont des macromolécules possédant de nombreux sites pouvant chélater les métaux. De petites molécules organiques de faibles masses molaires leur sont associées. Bien que minoritaires, elles sont plus mobiles dans les sols et constituent un vecteur essentiel dans le transport des métaux. Les spectroscopies UV - visible et de fluorescence ont permis de déterminer la composition et la stabilité des complexes formés entre l'acide caféique et Al (III) en milieu aqueux à pH 5 et 6,5. On constate qu'une augmentation de pH favorise les complexes de haute stoechiométrie. La complexation d'Al (III) par l'acide humique et la compétition entre cette macromolécule et l'acide caféique ont également été étudiées. Lors de la complexation du métal sur l'acide humique, l'extinction de la fluorescence a permis de déterminer la constante de Stern Volmer. Une interaction entre les deux acides ainsi qu'un partage d'Al (III) pour arriver à un état quasi équilibré ont été observés.

Cyanine dyes that absorb light in the near infrared to far red region of the electromagnetic spectrum are desirable as photosensitizers for photodynamic cancer therapy. Light of wavelengths in this range is able to deeply penetrate tissue allowing for practical in vivo use of these dyes. A series of three structurally similar pentamethine cyanine dyes that absorb light ~800 nm to ~500 nm was tested to determine the effects of structural influences on the yields of supercoiled DNA photo-converted to nicked or linear forms. Possible mechanisms and optimal parameters for near- quantitative DNA photocleavage with a symmetrical quinoline pentamethine cyanine dye are discussed.

The cytochromes P450 (CYPs) are a superfamily of biological catalysts that are ubiquitous throughout the biological domain. CYPs are heme-b containing monooxygenases which oxidize substrates with the help of accessory redox partners. CYP substrates include endogenous compounds required for many biological functions and homeostasis, such as steroids, as well as the majority of clinically used drugs and environmental xenobiotics. The majority of studies that have been performed to date are on P450cam (CYP101) from Pseudomonas putida. Of the numerous reactions catalyzed by CYPs, unactivated carbon-carbon bond cleavage, is one of particular versatility. Being unique in their catalytic mechanisms, the C-C bond cleaving enzymes and in particular CYP51 from Mycobacterium tuberculosis are though to be capable of utilizing multiple reactive oxygen intermediates. During the process of C-C bond cleavage, CYP51 catalyzes two classical hydroxylation reactions. The final reaction culminates in an enigmatic third step which cleaves a C-C bond, liberates formate, and installs a 14,15 double bond within its steroid substrate. The mechanism of CYP51s final step is still unclear and the exact activated oxygen species has yet to be observed. CYP51 is also distinct from most CYPs owing to the fact that the acid functionality of the conserved active site “acid-alcohol pair” found in most CYPs, is replaced by a histidine. This study aimed to trap and characterize dioxygen reactive intermediates, and elucidate the role of the unique acid-alcohol pair in the formation and stabilization of these intermediates. This study demonstrates our success in generating, stabilizing, and spectroscopically characterizing reactive dioxygen intermediates in Mtb CYP51. As the life-time of the oxyferrous intermediate in Mtb CYP51 is extremely short at ambient temperatures, this work has shown the laboratory’s expertise in being able to generate reduced oxyferrous intermediates at cryogenic temperatures. These intermediates have only been generated in a handful of cytochromes P450 and as such this work adds critical information to the small body of work currently reported.

El objeto de la presente tesis es el desarrollo de metodologías analíticas rápidas para optimizar los procesos de degradación de colorantes orgánicos presentes en aguas residuales. Se ha llevado a cabo una revisión bibliográfica acerca de dichos procesos y las técnicas analíticas utilizadas para su monitorización y la identificación de posibles intermedios. Se han establecido nuevas metodologías analíticas basadas en herramientas quimiométricas tales como diseño de experimentos para optimizar procesos de fotodegradación con y sin catalizador. Se ha empleado resolución de curvas multivariante para la determinación simultánea de colorantes e intermedios durante estos procesos. Dado que la velocidad de degradación es el parámetro mas utilizado para evaluar la eficiencia de las fotodegradaciones se han evaluado todas las constantes involucradas en la degradación y/o la adsorción sobre el catalizador mediante HS-MCR-ALS. Se ha establecido una metodología analítica rápida para la determinación de colorantes basada en cromatografía de inyección secuencial (SIC). / The main aim of this thesis is the development of rapid analytical methodologies to optimize the photodegradation processes of organic azo dyes from industrial wastewater. A bibliographic review has been done concerning the most employed processes for dye removal and the analytical techniques used for the monitoring and the identification of intermediates. New analytical methodologies based on chemometric tools such as experimental designs have been established to optimize photodegradation processes with and without using heterogeneous catalysts. Multivariate curve resolution has been employed to determine simultaneously different dyes and intermediates along degradation processes. Since the degradation rate is the most employed parameter to evaluate the photodegradation efficiency all the kinetic constants involved in the degradation and/or the adsorption of the dye onto the catalyst have been evaluated by HS-MCR-ALS. Furthermore a rapid analytical methodology for dye determination based on sequential injection chromatography (SIC) has been established.

L'imprégnation, étape cruciale de la préparation de catalyseurs supportés pour l'hydrotraitement de coupes pétrolières (CoMo / -Al2O3) , a été étudiée dans ce travail. L'objectif principal a été de déterminer les phénomènes physico-chimiques et les interactions entre la surface du support et les espèces en solution se produisant pendant cette étape puis faire le lien avec l'activité du catalyseur final.La formation directe et la stabilité de la solution (3 Co2+ ; H4Co2Mo10O386-) ont été étudiées de manière poussée en fonction du pH, de la concentration, du rapport Co/Mo. Cela a nécessité le développement de méthodes analytiques quantitatives (spectrométries Raman et UV-visible), réalisées via SIMPLISMA, un algorithme de traitement des données par analyses factorielles. L'étude de l'imprégnation de la solution (3 Co2+ ; H4Co2Mo10O386-) sur -Al2O3 a mené à une meilleure compréhension de cette étape. Il a été montré que la conservation de cette espèce sur le support dépend principalement de la densité en atomes de Mo / nm², mais également du rapport Co/Mo et du pH initial de la solution d'imprégnation, tous ces paramètres étant liés entre eux. Cette étude a mis en évidence le rôle majeur du support, via ses propriétés surfaciques.L'intérêt d'utiliser (3 Co2+ ; H4Co2Mo10O386-) pour préparer de tels catalyseurs réside dans la proximité du cobalt et du molybdène. La phase active résultante est très bien dispersée et hautement promue, et ce même si le précurseur est décomposé sur le support lors de l'imprégnation. Enfin, la méthodologie développée au cours de ce travail est transposable à la préparation de tout type de catalyseur supporté.

Mes travaux de recherche concernent la synthèse et la caractérisation des nanoclusters stabilisés pardes ligands thiolés, et plus particulièrement des nanoclusters d'or et d'argent. L'étude de ces clusterspar des méthodes de caractérisation optique en solution, séparation sur le gel d'électrophorèse et laspectrométrie de masse à haute résolution a permis de sonder quelques propriétés structurelles etélectroniques. L'originalité de ce travail de thèse vient, du couplage d'un spectromètre de masse avecun laser accordable en longueur d'onde UV/Visible pour étudier les propriétés optiques de clusters enphase gazeuse. En effet, ce travail a permis d'obtenir le premier spectre sur des mesures optiques deces espèces.Une partie de ce travail est consacrée à la synthèse et la caractérisation des nanoclusters d'or stabiliséspar les glutathions allant de Au4(SG) 4 à Au25(SG) 18. Les expériences de fragmentation induite parcollision sont réalisées sur les clusters afin de sonder leurs structures. Nous avons développé unenouvelle méthode basée sur l'analyse des structures isotopiques expérimentales pour déterminer lenombre d'électrons accommodés le coeur métallique.Ces études expérimentales ont été étendues à d'autres systèmes tels que les clusters d'argent stabiliséspar les glutathions. Deux méthodes de synthèse des clusters Agx(SG)y ont été développées aulaboratoire. Dans le cadre de ce travail, pour la première fois, nous avons pu déterminer la stichométriede ces clusters Ag31(SG) 19 et Ag15(SG) 11.

Mes travaux de recherche concernent la synthèse et la caractérisation des nanoclusters stabilisés pardes ligands thiolés, et plus particulièrement des nanoclusters d'or et d'argent. L'étude de ces clusterspar des méthodes de caractérisation optique en solution, séparation sur le gel d'électrophorèse et laspectrométrie de masse à haute résolution a permis de sonder quelques propriétés structurelles etélectroniques. L'originalité de ce travail de thèse vient, du couplage d'un spectromètre de masse avecun laser accordable en longueur d'onde UV/Visible pour étudier les propriétés optiques de clusters enphase gazeuse. En effet, ce travail a permis d'obtenir le premier spectre sur des mesures optiques deces espèces.Une partie de ce travail est consacrée à la synthèse et la caractérisation des nanoclusters d'or stabiliséspar les glutathions allant de Au4(SG) 4 à Au25(SG) 18. Les expériences de fragmentation induite parcollision sont réalisées sur les clusters afin de sonder leurs structures. Nous avons développé unenouvelle méthode basée sur l'analyse des structures isotopiques expérimentales pour déterminer lenombre d'électrons accommodés le coeur métallique.Ces études expérimentales ont été étendues à d'autres systèmes tels que les clusters d'argent stabiliséspar les glutathions. Deux méthodes de synthèse des clusters Agx(SG)y ont été développées aulaboratoire. Dans le cadre de ce travail, pour la première fois, nous avons pu déterminer la stichométriede ces clusters Ag31(SG) 19 et Ag15(SG) 11.

TiO2 in anatase form is the most widely studied material for photocatalytic reactions. Utilization of oxide support materials such as silica with suitable transparency within band gap range of TiO2 is promising technique to obtain efficient photocatalysts for many applications. In the present study, simultaneous co-hydrolyzation of tetraethyl orthosilacate (TEOS) and titanium tetrabutaoxide (TBOT) precursors were carried out in the presence of hydrochloric acid. The effects of washing with low vapor pressure solvent(n-octane), drying conditions, hydrothermal ageing and TiO2/SiO2 ratio on the catalyst structure and photocatalytic activity were studied. The samples were characterized by XRD, BET, DRIFTS techniques and the activity was measured for liquid phase room temperature oxy/demineralization of phenol under artificial solar irradiation. The reaction intermediates were followed by UV/vis spectrophotometer and HPLC. It was found that the hydrothermal treatment contributes better degree of crystalinity, higher surface area and thus photocatalytic activity compared to the samples which were synthesized with conventional drying at 100oC overnight. The formation of Ti-O-Si interface indicating the degree of dispersion was evidenced by DRIFTS technique for all hydrothermally tretated samples. The highest surface area and photocatlytic activity was observed with hydrothermally treated catalyst with TiO2/SiO2:0.34 composition.

Studies on a series of polymethine cyanine dyes and analogs (1-24) show that certain near-infrared cyanines are capable of damaging DNA in the absence of light and external reducing agents. Experimental results imply that in this DNA thermal cleavage, the cyanine reduces Cu(II) to Cu(I) which reacts with O2 to generate the reactive oxygen species (ROS) O2∙- and ∙OH. The formation of these ROS is also thought to be responsible for the irreversible bleaching of the dyes in aqueous solutions. A correlation between structural features and DNA thermal cleavage activity as well as dye bleaching is suggested. Long polymethine chains appear to confer instability to cyanines in aqueous solutions and further contribute to undesired thermal DNA cleavage. These drawbacks can be overcome by introducing an electron-withdrawing group to the polymethine bridge of the cyanine dye.