Chez de nombreuses Angiospermes, la pollinisation croisée est nécessaire pour le succès de la reproduction. La plupart de ces plantes ont évolué afin de favoriser la pollinisation entomophile, principalement assurée par les abeilles. C'est le cas des Cucurbitacées, dont le melon (Cucumis melo L.), importante culture du sud de la France et le concombre d'âne (Ecballium elaterium (L.) A. Rich.) plante spontanée endémique du bassin méditerranéen, les deux modèles de cette étude. Afin de mieux comprendre les relations plante-pollinisateur,nous avons choisi de caractériser le couple pollen de Cucurbitacées/abeille domestique (Apis mellifera L.) à travers la production de pollen, sa présentation sur la fleur et son transport sur l'abeille. Nous avons montré que, chez ces plantes, l'ontogenèse du pollen s'accompagne d'erreurs développementales conduisant à la formation de près de 3% de grains de pollen vides. De plus, nous avons mis en évidence que chez E. elaterium, des erreurs méiotiques entraînaient la formation de grains de pollen génétiquement anormaux qui pourraient être source d'autopolyploïdie. Chez C. melo, nos résultats ont révélé que la mise en contact du pollen avec le milieu environnant entraîne une baisse de 30% de sa viabilité, mais que celle-ci reste stable jusqu'à la fin de l'anthèse. L'aptitude à germer, quant à elle, finit d'être acquise juste avant anthèse et décroît de 12% en fin de période d'anthèse. Nous avons montré que le pollen de C. melo transporté sur le corps de l'abeille pouvait soit avoir une viabilité et une aptitude à germer préservée, probablement par protection contre la déshydratation, soit perdre quasi-totalement sa viabilité et son aptitude à germer. Enfin, nous avons détecté des composés biochimiques spécifiques des abeilles protégeant ou diminuant la qualité reproductrice du pollen

Dans notre étude, la biosurveillance de la lagune de Tunis a été réalisée durant une année enemployant une approche combinant les analyses chimiques et biologiques et en utilisant lapalourde Ruditapes decussatus comme espèce bioindicatrice. Cette approche a permis demettre en évidence la forte contamination de la lagune de Tunis par les métaux traces et leshydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs). La variation saisonnière des niveaux debioaccumulation de ces contaminant par la palourde s’avère être fortement associée auxchangements des paramètres physico-chimiques du milieu et aux processus physiologiques del’animal. L’étude de la réponse biologique basée sur l’utilisation d’une batterie debiomarqueurs d’exposition et d’effet situés à différents niveaux de l’organisation biologique :moléculaire (l’expression de cinq gènes d’intérêt), biochimique (les activités benzo(a)pyrènehydroxylase, glutathion S-transférase, acétylcholinestérase, catalase et taux demalondialdéhyde) et tissulaire (altérations histopathologiques), a permis de mettre enévidence une modulation des processus de défense contre les perturbations induites par lapollution et l’identification des altérations histopathologiques (structurales) au niveau desbranchies et de la glande digestive impliquant un impact sévère des contaminants sur l’état desanté de la palourde. L’étude des interactions spatio-temporelles entre les facteurs abiotiqueset biotiques a permis d’identifier la température et la reproduction comme paramètresprincipaux affectant la réponse biochimique de défense et d’effet. L’analyse en composanteprincipale (ACP), regroupant tous les paramètres analysés pendant le printemps, nous apermis d’identifié le site Z2 comme le site le plus affecté par la pollution. Dans un secondtemps, le benzo(a)pyrène (BaP), déjà identifié dans la lagune de Tunis, a été employé dansdes conditions contrôlées au laboratoire afin de caractériser les réponses moléculaires etbiochimiques chez les bivalves (Ruditapes philippinarum et Crassostrea gigas) face à desexpositions subaiguës et aiguës à ce contaminant. Cette étude nous a permis d’identifier unemodulation des biomarqueurs biochimiques de métabolisation, de stress oxydant et deneurotoxicité et de l’expression des gènes impliqués dans les processus de métabolisation, derespiration mitochondriale, de défense antioxydante, de reproduction et de défenseimmunitaire. L’analyse de l’altération de l’ADN a révélé un pouvoir génotoxique précoce etélevé du BaP chez les deux bivalves. / Firstly, biomonitoring of Tunis lagoon was conducted during one year using an approach combining chemicals and biological analyses and the bioindicator species Ruditapesdecussatus. This approach high lighted the high contamination of the Tunis lagoon by tracemetals and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). Seasonal variation of contaminant bioaccumulation levels in clam was found to be strongly associated with physico chemical changes in surrounding environment and physiological processes in organism. Biological responses investigated through a battery of exposure and effect biomarkers located at differentlevels of biological organisation: molecular (expression of five genes), biochemical(benzo(a)pyrene hydroxylase, glutathione S-transferase, acetylcholinesterase and catalase activities and malondialdehyde concentration) and tissular (histopathological damages),demonstrated a defense process modulation by pollution and showed histopathological alterations in gills and digestive gland involving severe impact of contaminants on health stateof clam. The study of spatio temporal interactions between abiotic and biotic factors identified temperature and reproduction as main parameters affecting defense and effect biochemical response. The principal component analysis (PCA), using all analyzed parameters during thespring, allowed to identify site Z2 as the most affected by pollution. Secondly,benzo(a)pyrene (BaP), already identified in Tunis lagoon, was used in controlled conditions at the laboratory in order to characterize the molecular and biochemical responses in bivalves(Ruditapes philippinarum and Crassostrea gigas) facing a subacute and acute exposures tothis contaminant. This study showed a modulation of biochemical biomarkers of metabolism,oxidative stress and neurotoxicity and expression of genes involved in process of metabolisation, mitochondrial respiration, antioxidant defense, reproduction and immune defense. The analysis of DNA damages revealed a high and early genotoxicity effect of BaPin both bivalves.

La nature utilise des réactions de transfert de charge (TdC) dans de nombreuses fonctions biologiquesfaisant intervenir des cofacteurs à activité redox, comme les flavines (FAD et FMN). Le TdC dans les protéines s’effectue souvent par la formation d'intermédiaires radicalaires. Les acides aminés tyrosine(TyrOH) et tryptophane sont impliqués comme intermédiaires majeurs. Les radicaux tryptophanyle ont été caractérisés auparavant dans leurs formes protoné et déprotoné. Cependant, les radicaux tyrosyles n'ont été caractérisés que dans la forme neutre et on pensait qu'ils étaient formés par extraction électronique et déprotonation. Les intermédiaires à courte durée de vie sont souvent difficiles à observer dans les réactions biochimiques, mais peuvent être peuplés s'ils sont formés photochimiquement par de courtes impulsions.Nous avons caractérisé des intermédiaires dans des réactions non-fonctionnelles de TdC dans des flavoprotéines en utilisant la spectroscopie femtoseconde de fluorescence et d'absorption. Des états excités et produits formés dans le type sauvage et des formes mutantes de la flavo-enzyme méthyltransférase TrmFO de Thermus thermophilus ont été étudiés. Dans le site actif de cette enzyme, une tyrosine (Tyr343) est empilée sur le cycle isoalloxazine de la FAD, et une cystéine (Cys51) peut former un adduit avec la FAD très fluorescente. Dans le mutant C51A, la fluorescence du FADox est fortement quenchée par transfert d'électrons de la Tyr343 dans ~1 ps. L'état produit résultant présente une caractéristique spectrale distincte avec une forte bande d'absorption à ~490 nm, encore jamais associée à aucune espèce radicalaire, qui a été attribuée pour la première fois au cation radical de la Tyr343 (TyrOH•+). L’état FAD•-TyrOH•+, est de très courte durée car il retombe par recombinaison de charge en ~3 ps.. Cette étude démontre que- malgré le très bas pKa de TyrOH•+ -le transfert d’électrons à partir de la tyrosine peut avoir lieu sans transfert concomitant de proton.De plus, des expériences de photosélection par polarisation ont permi d’estimer, l’orientation du moment dipolaire de la nouvelle transition entre FADox et TyrOH•+ dans le TrmFO C51A à 31°±5°. Ce résultat évalue l'orientation du moment dipolaire au sein du cycle phénolique. La découverte de directions distinctes pour la bande de transition de la flavine excitée et la transition à 490 nm confirme leur origine dans différentes entités moléculaires.Sur la base des résultats de TrmFO, nous avons réexaminé la photochimie de la flavoprotéine modèle glucose oxydase (GOX). Ddes résidus de tryptophane et de tyrosine sont situés proche du FAD et l'évolution du photoproduit à l'échelle picosecondes est plus complexe. Des phases de déclin de l'état excité avec des constantes de temps de 1 et ~4 ps ont été observées, ainsi que des phases pour l'évolution de l'état produit de ~4 ps, ~37 ps et une phase plus longue. Un modèle complet de la séparation et de recombinaison des charges dans GOX impliquant, des radicaux de tyrosine et de tryptophane, ainsi que des différents états redox du FAD a été décrit. Les résultats pour les phases de 4 ps et de 37 ps mettent en évidence l’implication du radical TyrOH•+, avec des caractéristiques semblables au C51A TrmFO. Ce résultat explique des caractéristiques énigmatiques connues et indique l'implication de TyrOH•+ dans divers systèmes protéiques.A ce jour, seul le radical tyrosyle déprotoné TyrO• a été identifié comme intermédiaire fonctionnel dans plusieurs systèmes. La visualisation d'un radical TyrOH•+ dans TrmFO C51A et GOX suggère sa formation intermédiaire en tant que précurseur de TyrO• dans des réactions biochimiques fonctionnelles.Enfin, dans TrmFO, la construction de variantes spécifiques par mutagénèse dirigée a été initiée pour étudier la flexibilité du site actif en utilisant la vitesse de TdC comme marqueur conformationnel. D'autres travaux sont nécessaires pour poursuivre cette voie. / Nature employs charge transfer reactions in many biological functions. Redox-active cofactors like flavins (FAD and FMN) are often implicated in such reactions. Charge transfer in proteins often proceeds via formation of radical intermediates. The amino acid radicals of tyrosine (TyrOH) and tryptophan are thought to play important roles as intermediates in intra- and interprotein charge transfer reactions. Tryptophanyl radicals (both protonated cation and deprotonated neutral forms), had been characterized before. However, tyrosyl radicals had only been characterized in the neutral form, and were thought to be formed by concerted electron extraction and deprotonation of tyrosine. Short-lived intermediates are often difficult to observe in biochemical reactions, but may be populated when they can be photochemically formed using short light pulses.In this work, we have characterized intermediates in non-functional charge transfer reactions in flavoproteins using femtosecond time-resolved fluorescence and absorption spectroscopy. Excited states and product states formed in the wild type and mutant forms of the methyltransferase flavoenzyme TrmFO from Thermus thermophilus were investigated. In the TrmFO active site, a tyrosine (Tyr343), is closely stacked on the FAD isoalloxazine ring and a cysteine (Cys51) can form a highly fluorescent adduct with the FAD. In the mutant C51A, FADox fluorescence is strongly quenched by electron transfer from the Tyr343 in ~1ps. The resulting product state displayed a distinct spectral feature- a strong absorption band at ~490 nm unlike any previously characterized radical species. It was assigned to the radical cation of tyrosine (TyrOH•+) which had never been observed before. The FAD•-TyrOH•+ intermediate, is very short-lived as it decays in ~3ps, through charge recombination. As a general conclusion, despite the very low pKa of TyrOH•+, electron transfer from tyrosine can occur without concomitant proton transfer.Using polarization photoselection experiments, we estimated the dipole moment direction for this new transition. The resultant angle between the excited FADox transition and the probed TyrOH•+ transition in C51A TrmFO was 31º±5º. This result sets the orientation of the dipole moment of the transition in the molecular frame of the phenol ring. The finding of distinct directions for the excited FAD transition band and the 490 nm transition confirms their origin in different molecular entities.Following the results from TrmFO, we reinvestigated the photochemistry in the model flavoprotein glucose oxidase (GOX). Here, both tryptophan and tyrosine residues are located in the vicinity of FAD and the photoproduct evolution on the picosecond timescale is more complex. Distinct phases of excited state decay with time constants of 1ps and ~4ps were observed, as well as phases of ~4ps, ~37 ps and a longer-lives phase for product state evolution. Consequently, a comprehensive model for the involvement of radicals of tyrosine and tryptophan and, the different FAD redox states, in the light-induced charge separation and recombination in GOX was made. Partial involvement of the TyrOH•+ radical cation, spectrally similar to C51A TrmFO, was required for the 4 ps and 37 ps phases to account for the ensemble of data. This result explains previous enigmatic features and indicates the involvement of TyrOH•+ in a variety of protein systems.So far, only the deprotonated tyrosyl radical TyrO• had been observed as a functional intermediate in several systems. The visualization of protonated TyrOH•+ radical in TrmFO C51A and GOX suggests the possibility of its intermediate formation as a precursor of TyrO• in functional biochemical reactions.Finally, in TrmFO the construction of specific variants with site-directed mutagenesis was initiated to study active-site flexibility using electron transfer rates as conformational markers. Further experimental and modeling work is required to pursue this goal.

Chez de nombreuses Angiospermes, la pollinisation croisée est nécessaire pour le succès de la reproduction. La plupart de ces plantes ont évolué afin de favoriser la pollinisation entomophile, principalement assurée par les abeilles. C’est le cas des Cucurbitacées, dont le melon (Cucumis melo L.), importante culture du sud de la France et le concombre d’âne (Ecballium elaterium (L.) A. Rich.) plante spontanée endémique du bassin méditerranéen, les deux modèles de cette étude. Afin de mieux comprendre les relations plante-pollinisateur,nous avons choisi de caractériser le couple pollen de Cucurbitacées/abeille domestique (Apis mellifera L.) à travers la production de pollen, sa présentation sur la fleur et son transport sur l’abeille. Nous avons montré que, chez ces plantes, l’ontogenèse du pollen s’accompagne d’erreurs développementales conduisant à la formation de près de 3% de grains de pollen vides. De plus, nous avons mis en évidence que chez E. elaterium, des erreurs méiotiques entraînaient la formation de grains de pollen génétiquement anormaux qui pourraient être source d’autopolyploïdie. Chez C. melo, nos résultats ont révélé que la mise en contact du pollen avec le milieu environnant entraîne une baisse de 30% de sa viabilité, mais que celle-ci reste stable jusqu’à la fin de l’anthèse. L’aptitude à germer, quant à elle, finit d’être acquise juste avant anthèse et décroît de 12% en fin de période d’anthèse. Nous avons montré que le pollen de C. melo transporté sur le corps de l’abeille pouvait soit avoir une viabilité et une aptitude à germer préservée, probablement par protection contre la déshydratation, soit perdre quasi-totalement sa viabilité et son aptitude à germer. Enfin, nous avons détecté des composés biochimiques spécifiques des abeilles protégeant ou diminuant la qualité reproductrice du pollen / For many flowering plant species cross pollination is necessary to ensure reproductive success. Most of these plants have evolved to encourage insect pollination which is mainly carried out by bees. Such is the case of plants in the Cucurbitaceae family, including the cantaloupe (Cucumis melo L.), an important crop of the South of France, and squirting cucumber (Ecballium elaterium (L.) A. Rich.), a wild plant restricted to the Mediterranean Basin, the two vegetal models used in this study. To better understand plant-pollinator relations, we proposed to characterise the interaction between Cucurbitaceae pollen and the honey bee (Apis mellifera L.) through pollen production, its presentation and its transport on the honey bee body. Our results showed that developmental anomalies took place during pollen ontogenesis in these species leading to 3% of the pollen grains produced to be empty. Moreover, we demonstrated that meiotic abnormalities in E. elaterium leading to the production of genetically abnormal pollen grains could be a source of autopolyploidy. At anthesis in C. melo, our results showed that pollen viability decreased to 30% when pollen was exposed to environmental conditions, then remained stable during the period of anthesis.The ability for pollen to germinate was completed just before anthesis then decreased to 12% at the end of anthesis. We determined that viability and germinability of cantaloupe pollen carried on the honey bee body can be enhanced or decreased according to which specific honey bee biochemical compounds were detected

La modélisation des systèmes biologiques, particulièrement à l'échelle moléculaire, est une problématique nouvelle, issue de l'apport des techniques à haut débit. Le défi en modélisation mathématique est de pouvoir analyser le comportement de ces systèmes dynamiques de très grande dimension. L'enjeu est de taille, car la compréhension du fonctionnement normal et pathologique des cellules au niveau moléculaire, ouvre la voie aux thérapies ciblés pour des maladies systémiques telles que le cancer. Pour s'affranchir des problèmes liés à l'imprécision des valeurs des paramètres, cette thèse propose de travailler avec des ordres, plutôt qu'avec des valeurs précises de paramètres. Ceci conduit naturellement à l'utilisation de l'analyse tropicale pour obtenir des modèles réduits et hybrides. Ces développements ouvrent des nouvelles perspectives sur le plan mathématique, concernant l'étude de systèmes dynamiques. Cette étude propose quelques résultats concernant la tropicalisation des systèmes d'équations différentielles. Une autre partie de la thèse est consacrée à l'étude numérique des systèmes hybrides. La question ici est comment construire un modèle hybride qui reproduit un comportement expérimental donné, aussi comment identifier un modèle hybride à partir de séries temporelles. Cette thèse propose un algorithme original d'identification. Cet algorithme sépare le problème en deux sous-problèmes, notamment l'identification des paramètres des modes et l'identification des paramètres de commande des modes. Des applications à relativement grande échelle sont abordées par cette approche, notamment un modèle de cycle cellulaire chez les mammifères.

Du fait de problèmes de santé publique, l’industrie agroalimentaire doit réduire la quantité de sel et de matière grasse dans les aliments, et donc dans les charcuteries. Lors de la fabrication des saucissons secs, une diminution combinée des taux de sel et de matière grasse animale peut se traduire par des problèmes de stabilité microbiologique, des défauts d’arôme et de texture dus à des modifications physicochimiques et biochimiques. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse étaient : (1) d’étudier l’impact d’une réduction directe des teneurs en sel et en matière grasse animale sur les évolutions physicochimiques et biochimiques au sein des produits, (2) d’identifier les composés aromatiques responsables de l’arôme du saucisson sec, ainsi que leurs origines, (3) de développer de nouvelles formulations de saucissons secs à teneurs réduites en sodium et en acides gras saturés, et (4) d’étudier les transferts d’eau et sel et de développer une isotherme de sorption spécifique pour le saucisson sec. L’étude de l’effet d’une réduction directe combinée a mis en évidence la difficulté de fabriquer des saucissons secs à teneurs réduites en sel et en matière grasse animale, sans modifier les évolutions physicochimiques et biochimiques. Une identification des composés volatils odorants de saucissons secs de haut de gamme a permis de montrer que l’aromatisation par l’ail et le poivre noir pouvait être un levier technologique permettant d’améliorer la qualité aromatique des saucissons secs allégés en sel et en matière grasse animale. L’impact de l’aromatisation et d’une substitution partielle combinée du sel par le chlorure de potassium et du gras de bardière de porc par l’huile de tournesol oléique sur les propriétés physicochimiques, les réactions biochimiques et les attributs sensoriels de saucissons secs, a été étudié. Cette étude a montré le rôle important de l’aromatisation qui agit en introduisant des molécules aromatiques qui rehaussent l’acceptabilité des produits par les consommateurs, en tant qu’exhausteur de la perception du goût salé et aussi, sur les processus fermentaires qui vont conditionner l’aspect et la texture finale du produit. La substitution partielle combinée est une solution efficace pour conserver au mieux la qualité organoleptique des saucissons, en permettant, d’une part, d’éviter les défauts texturaux et sensoriels liés aux modifications physicochimiques, protéolytiques et lipolytiques générés par une réduction directe combinée, et d’autre part, d’améliorer l’arôme du produit en rehaussant les niveaux d’oxydations lipidique et protéique. L’étude des transferts d’eau et de sel a mis en évidence une migration du sel vers le cœur du saucisson, et a permis de déterminer des valeurs de diffusivité apparente de l’eau en surface de ces produits. Il a été montré qu’une forte réduction en matière grasse réduisait la diffusivité de l’eau à la surface du saucisson. Une isotherme de sorption spécifique permettant de prédire l’aw en fonction des teneurs en eau, en lipides et en sel a été construite en adaptant un modèle de Ross établi pour la gélatine salée et grasse. / Because of public health problems, the food industry must lower sodium and animal fat contents in all food products, therefore in cured meat products. During dry-fermented sausage manufacture, a combined reduction both in salt and animal fat contents may induce microbial safety problems and textural and aroma defects due to physical-chemical and biochemical changes. On account of that, this work of thesis aims (1) to investigate the impact of a direct reduction on the salt and animal fat contents on the physical-chemical and biochemical evolutions in the products, (2) to identify the aromatic compounds responsible for the aroma of dry-fermented sausage, and their origins, (3) to develop new nutritionally-improved formulations of dry-fermented sausages with less sodium and saturated fatty acids, and (4) to study the impact of lipid and sodium chloride contents on water transfers in dry-fermented sausages and to build a specific sorption isotherm curve for dry sausages. The study of the effect of a combined direct reduction highlighted the difficulty of manufacturing sodium-reduced fat-reduced dry sausages, without affecting the physical-chemical and biochemical evolutions. Identification of odorous volatile compounds of high quality dry sausages showed that flavouring, especially garlic and black pepper, could be a good solution for improving the aromatic quality of salt-reduced fat-reduced dry-fermented sausages. The impact of flavouring and of a combined salt and animal fat replacement by potassium chloride and oleic sunflower oil, respectively, on physical-chemical properties, biochemical reactions and sensory attributes of dry-fermented sausages was then studied. This specific study showed the crucial role played by flavouring which introduces aromatic molecules that enhance the product acceptability by consumers, which acts as an enhancer of the saltiness perception and which improves the product appearance and texture by boosting the fermentation process. Consequently, the combined partial substitution is an efficient solution to preserve at best the organoleptic quality of the products, allowing, on one hand, avoiding the textural and sensory defects related to physical-chemical, proteolytic and lipolytic modifications induced by a combined direct reduction, and on the other hand, enhancing the product aroma by increasing the levels of lipid and protein oxidations. The study on water and salt transfers highlighted a salt diffusion towards the dry sausage core, and made it possible to determine values of apparent water diffusivity at the sausage surface. We demonstrated that a strong reduction in animal fat content significantly lowered the water diffusivity value at the product surface. A specific sorption isotherm curve based on a modified Ross model was built, allowing dry-fermented sausages water activity to be calculated as a function of water, fat and salt contents.