Les équilibres en calcium (Ca) entre la phase soluble et la phase colloïdale ont été étudiés dans des systèmes lactés (laits de vache, de soja Hydrolysé ou Non-Hydrolysé). La supplémentation en Ca (CaCl2, CC, 25 mmoles.kg-1) a été suivie d’un cycle de pH (pHmin 5,5 ou 3,5). Le pH, la concentration en calcium ionisé (Ca2+), la turbidité et la viscosité apparente ont été reliés aux variations de la phase protéique. La concentration en Ca2+, initialement négligeable dans le lait de soja, augmente avec l’addition en Ca, ainsi qu’avec l’acidification et diminue lors de l’alcalinisation. Pour le lait de vache non supplémenté, le cycle de pH à 5,5 n’est réversible ni sur les variations en Ca2+, ni sur les variations de la phase protéique, contrairement au lait de vache supplémenté en Ca. Ceci pourrait être dû à la capture préalable en Ca, entraînant un renforcement des micelles de caséines. Pour des cycles de pH à 5,5, l’agrégation induite par l’acidification est partiellement ou complètement réversible lors de l’alcalinisation pour les laits de soja NH et H, mais l’agrégation induite par le Ca est irréversible. Quelque soit le système, des phénomènes sont irréversibles lors de cycle de pH à 3,5. Les interactions Ca-protéines (de vache ou de soja) étudiées par CTI montrent des signaux endothermiques similaires, probablement dû au relargage de molécules d’eau. La liaison du Ca pourrait être décrite comme un échange H+/Ca2+ étant donné les force électrostatiques impliquées. Les sites de fixation du Ca on été identifiés par IR-TF. L’énergie d’absorption diminue dans les région amides I et II et dans la région carboxylate lors de l’addition de Ca / Ca equilibrium between soluble and colloidal phases was studied in milky systems (milk, Non Hydrolysed, NH, or Hydrolysed, H, soy milks). Calcium chloride supplementation (CC, 25 mmoles.kg-1) was followed by pH cycle (pHmin 5.5 or 3.5). pH, Ca2+, turbidity and apparent viscosity were recorded in situ. Ca equilibria were related to protein phase variations. Contrarily to milk, Ca2+ concentration was initially negligible in soy milks. Yet, whatever the milky system, Ca2+ increased upon CC addition and with acidification, and decreased during alkalinization. For reference milk, pH cycle to 5.5 was reversible neither on Ca2+ variations nor on protein phase contrarily to CC-milk. This could be due to the previous capture of Ca during supplementation, involving casein micelles reinforcement through Ca-protein interactions. For pH cycle to 5.5, acid-induced aggregation was partially and completely reversible upon alkalinization for NH and H-soy milks, respectively. Once CC addition, Ca-induced aggregation was irreversible and pH cycle had minor effects. Whatever the system, the irreversibility of phenomena was observed for pH cycle to 3.5. Ca-(milk or soy) protein interactions studied by ITC showed similar endothermic signals, probably due to the water release occurring upon interaction. Ca binding should rather be described as H+/Ca2+ exchange with respect to the electrostatic forces involved. Finally, Ca-binding sites were identified with FTIR spectroscopy. A decrease of the absorption energy in the amide I and II region and in the carboxylate region occurred upon CC-addition, with higher variations in soy milks

Der erste Teil dieser Arbeit untersucht die Ladungswechselwirkung zwischen Proteinen und Polyelektrolyten. Dabei wird die Bindung von Polyakrylsäure (PAA) als kurzes Modell-Polyelektrolyt an Humanalbumin (HSA) in einer umfassenden experimentellen und theoretischen Studie untersucht und sehr gute Übereinstimmung der Resultate konnte festgestellt werden. Die Computersimulationen in dieser Arbeit wurden von Xiao Xu im Rahmen seiner Promotion durchgeführt. Thermodynamische Daten wurden mit Hilfe von Isothermer Titrationskalorimetrie (ITC) gesammelt und strukturelle Untersuchungen wurden mit Hilfe von Neutronenkleinwinkelstreuung (SANS) durchgeführt. Die Analyse von Bindungsaffinitäten zeigte eine eins zu eins Bindung von PAA mit HSA, die entropisch getrieben ist und strukturellen Untersuchungen weisen eine stabile Proteilstruktur unabhängig von der Adsorption durch PAA auf. Im zweiten Teil der Arbeit wird die Wechselwirkung zweier uremischer Toxinen, nämlich Phenylessigsäure (PhAA) und Indoxylsulfat (IDS), mit HSA untersucht. Eine wichtige Schlussfolgerung aus der Analyse der ITC Daten ist, dass begünstigende, hydrophobe Wechselwirkungen die treibende Kraft für die Adsorption von Toxinen an HSA sind, und dass hierbei die Enthalpie-Entropie-Kompensation (EEC) zu tragen kommt. Weiterhin zeigen SANS Untersuchungen, dass die Proteinstruktur trotz Adsorption stabil bleibt und konnte außerdem über Interpartikulare Wechselwirkung von HSA-Toxin Komplexen aufklären. Im Allgemeinen ist HSA strukturell unverändert durch die Adsorption von Liganden. Diese Feststellung erlaubt die Interpretation von ITC Daten, da damit gemessene Wärmeprozesse ausschließlich von Bindungsprozessen herrühren. Die vorliegende Arbeit konnte zeigen, dass eine ausführliche thermodynamische Analyse durch Kombination von theoretischer mit experimenteller Arbeit, eine umfassende Einsicht in die Mechanismen von Bindungsprozessen ermöglicht. / The first part of the thesis explores the charge-charge interaction between proteins and polyelectrolytes. Polyacrylic acid (PAA) is used as a short model polyelectrolyte to interact with human serum albumin (HSA) the most abundand protein in blood, in a comprehensive experimental and theoretical study. The results thereby coincide very well. Computer simulation studies were performed by Xiao Xu within the framework of his PhD thesis. Thermodynamic data were collected by means of isothermal titration calorimetry (ITC) and structural analysis performed using small-angle neutron scattering (SANS). The analysis of binding free energies revealed one to one binding that is mainly driven by entropy. Structural investigations give proof of the stability of the protein beside adsorption. In the second part, the interaction of two uremic toxins, namely phenylacetic acid (PhAA) and indoxyl sulfate (IDS), with HSA is studied. Systematic ITC experiments reveal two binding sites for both of the two toxins and show small dependence of binding affinities on ionic strength in contrast to PAA adsorption to HSA. This leads to the key conclusion that the favorable hydrophobic interaction is the driving contribution for adsorption and enthalpy-entropy compensation (EEC) effect comes into play. SANS studies of high concentrated HSA-toxin solutions proofed the stability of the protein structure and shed light on the interparticle interaction of HSA-toxin complexes. In general, HSA is structurally robust regardless of ligand uptake. This finding allows the interpretation of ITC data by confirming that the measured heat signals are purely associated to the binding process. The present thesis has demonstrated that a full thermodynamic analysis in combination with theoretical modelling can provide a comprehensive understanding of binding in terms of identifying driving forces and their contributions to protein ligand interaction.

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