Les particules superparamagnétiques constituent un outil puissant pour de nombreuses applications biomédicales, ce potentiel est souvent restreint à cause de leur stabilité limitée dans les milieux biologiques ou du piégeage orientationnel sous champ magnétique. Dans cette thèse, ces problèmes ont été résolus en créant une nouvelle génération de particules à interfaces liquides fonctionnalisées. Ces particules sont formulées en utilisant des émulsions de ferrofluides qui incorporent des phospholipides fonctionnalisés, notamment biotinylés pour permettre la capture de streptavidine. La taille est contrôlée grâce à la microfluidique, permettant la production d'émulsions uniformes. L'utilisation de streptavidine fluorescente révèle que la capture est influencée par les propriétés du cosurfactant et du ligand ainsi que par le nombre de ligands disponibles. La mobilité des ligands est démontrée par l'adhésion observée entre les gouttelettes liées par de la streptavidine et le mouvement des billes couvertes de streptavidine capturées à l'interface. Enfin, le potentiel de ces particules est exploré en créant un dosage pour le diagnostic. La présence d'analytes en solution est indiquée par l’agglutination. Dans ce travail l'agglutination est provoquée par la complexation entre des émulsions biotinylés et  la streptavidine (ou des billes couvertes de streptavidine). L’utilisation de gouttelettes de taille calibrée permet de compter avec précision des agrégats spécifiques par cytométrie de flux, la limite de détection étant dans la gamme femtomolaire. Cela surpasse la gamme picomolaire atteint généralement par des billes solides. / Colloidal superparamagnetic particles are a powerful tool in biotechnology, yet their applications are often hindered by limited stability in biological media or by orientation trapping under applied magnetic fields. In this thesis, these problems are addressed by developing novel magnetic particles bearing ligands at a liquid interface. Magnetic particle analogues are formulated using ferrofluidic emulsions, which incorporate functionalised phospholipids. Droplet size is controlled using microfluidic membrane emulsification to produce highly uniform populations. Ligands are modelled using biotinylated lipids, permitting the capture of streptavidin at the droplet interface. Fluorescently labelled proteins reveal that capture efficiency is influenced by the cosurfactant interfacial activity and the polymer spacer length of the ligand. Overall, capture saturation is found to be related to the number of ligands available at the interface. Ligand mobility is demonstrated by the formation of adhesion plaques between streptavidin cross-linked droplets and the motion of streptavidin coated beads caught at the interface. Finally, an application is explored by creating a new immunoassay. Polyvalent proteins or beads crosslink ligand functionalised droplets forming aggregates. Using size calibrated droplets specific aggregates can be accurately counted using flow cytometry and the limit of detection is found to be in the femtomolar range, this surpasses the picomolar range typically achieved using solid beads.

Le paludisme est causé par l'infection et la destruction des érythrocytes par les parasites protozoaires appartenant au genre Plasmodium. Au cours de son développement dans l'érythrocyte,Plasmodium falciparum requiert la biosynthèse massive de membranes dont les principaux constituants lipidiques sont des phospholipides. La phosphatidylcholine (PC) et la phosphatidyléthanolamine (PE) représentent à elles deux environ 80 % des lipides membranaires et l'inhibition de leur biosynthèse est létale pour le parasite. La PC et la PE sont synthétisées par le parasite, principalement via les voies de novo dépendantes de la CDP-choline et de la CDP-éthanolamine (ou voies de Kennedy) en utilisant respectivement la choline et l'éthanolamine comme précurseurs. Ces travaux de thèse se focalisent sur les deux enzymes CTP:phosphocholine etCTP:phosphoéthanolamine cytidylyltransférase (PfCCT et PfECT, respectivement), catalysant les étapes limitantes des voies de Kennedy. Chez Plasmodium, les CCT et ECT possèdent deux domaines cytidylyltransférases (CT) portant l'activité catalytique, séparés par une longue région de liaison. Pour la CCT, cette duplication est retrouvée seulement chez trois organismes, tous faisant partie du phylumdes Apicomplexes : Babesia, Theileria et Plasmodium, alors que la présence de deux domaines CT estune caractéristique retrouvée chez toutes les ECT étudiées à ce jour. La première partie de ce travail de thèse concerne la caractérisation biochimique et l'inhibition la PfCCT Nous avons montré que les deux domaines CT de la PfCCT sont actifs à l'inverse de la PfECT pour laquelle seul le domaine CTN-terminal est catalytiquement actif. A la suite d'un criblage virtuel basé sur la structure de l'enzyme,nous avons identifié un composé princeps capable d'inhiber l'activité de la PfCCT in vitro, la synthèse de PC et la croissance parasitaire. Ce premier composé actif (haut µM) représente une base pour l'optimisation future de nouveaux composés plus efficaces. Dans la deuxième partie de cette thèse,nous avons déterminé le mécanisme catalytique, la spécificité de liaison des ligands et l'organisation structurale de la PfECT grâce à la combinaison d'approches biochimiques et biophysiques. L'ensemble des résultats présentés dans ce manuscrit apportent un éclairage important concernant le fonctionnement de ces deux cibles potentielles et constituent des étapes essentielles à l'élaboration d'une approche thérapeutique. / Malaria is caused by the infection and destruction of red blood cells by protozoan parasitesbelonging to the genus Plasmodium. During its intra-erythrocytic development, Plasmodiumfalciparum requires massive biosynthesis of membranes which are mainly composed of phospholipids.Phosphatidylcholine (PC) and phosphatidylethanolamine (PE) together represent about 80% of thetotal membrane lipids and inhibition of their biosynthesis leads to parasite death. PC and PE aresynthesized by the parasite's machinery mainly through the de novo CDP-choline and CDPethanolamine(Kennedy) pathways using respectively choline and ethanolamine as precursors. Thisstudy focuses on the rate limiting steps of these pathways catalyzed by CTP:phosphocholine andCTP:phosphoethanolamine cytidylytransferases (PfCCT and PfECT, respectively). In Plasmodiumspecies, both CCT and ECT contain two catalytic cores (CT domains) separated by a long linker.Interestingly, for CCT this feature is found only in three organisms, all from the phylum ofApicomplexa: Babesia, Theileria and Plasmodium, whereas the presence of two CT domains is ageneral feature in all ECTs known so far. The first part of this work consists in the biochemicalcharacterization of PfCCT and the investigation of its druggability. We showed that both PfCCT CTdomains are active and display similar kinetic parameters while only the N-terminal CT domain wasactive in PfECT. Subsequent to an in silico structure-based screening of compounds libraries, weidentified a PfCCT inhibitor able to inhibit PC synthesis as well as P. falciparum growth in vitro in thehigh µM range. This compound represents a first step toward the optimization of future more potentcompounds. In the second part of this study, we investigated the catalytic mechanism of PfECT anddeciphered its interactions with its ligands using biochemical, biophysical and structural approaches.Collectively, these results bring new insights into the biochemical and structural properties of thesetwo keys enzymes of the phospholipid metabolism in P. falciparum and pave the way for their futuredevelopment as potential drug target.

Les corps lipidiques (CLs) sont des organites de stockage de lipides neutres rencontrés dans des organismes très variés, depuis les procaryotes jusqu’aux organismes complexes (animaux, végétaux). La surface des CLs est constituée d’une monocouche de phospholipides (PLs) entourant un coeur hydrophobe dans lequel sont stockés les lipides neutres. La monocouche de PLs est associée plus ou moins étroitement avec des protéines structurales, capables de stabiliser les CLs et d’accompagner certaines de leurs modifications morphologiques. Dans les graines de plantes oléagineuses, les CLs sont stabilisés par les oléosines. Ces protéines contiennent le plus long domaine hydrophobe connu (70 résidus) situé entre deux extrémités N et C-terminales hydrophiles. Leur mode d’association avec les CLs n’est pas connu et la littérature fait état de résultats contradictoires concernant leur structure secondaire. Nous avons montré que les oléosines de graines d’Arabidopsis thaliana sont maintenues en solution par différentes catégories de surfactants, comme les détergents anioniques ou des polymères amphiphiles appelés amphipols (Apols). La détermination de la structure secondaire des oléosines maintenues en solution dans ces différents surfactants, par dichroïsme circulaire utilisant le rayonnement synchrotron, a mis en évidence des profils contrastés. Les détergents chargés augmentent le contenu en hélices α des oléosines alors que des proportions plus importantes de feuillets β sont observées avec le détergent zwitterionique (Foscholine-12) ou les Apols. Afin d’obtenir un profil structural modèle dans un système proche du naturel, nous avons réalisé une expression hétérologue d’une isoforme d’oléosine pour la cibler dans les CLs de Saccharomyces cerevisiae. Les CLs purifiés de levures restent intacts et contiennent une forte majorité de cette isoforme d’oléosine à leur surface. Nous avons été les premiers à montrer que les oléosines étaient repliées dans un tel environnement, avec un profil structural majoritairement β. Celui-ci se rapproche du profil observé en Foscholine-12. Ce détergent est par conséquent un outil de choix pour envisager des études structurales plus résolutives (structures tridimensionnelles). / Lipid Bodies (LBs) are neutral lipid storage organelles found in various organisms from procaryotic cells to complex organisms. These neutral lipids are packed into the core of the particle which is surrounded by a phospholipid monolayer. The surface of LBs is more or less tightly associated with structural proteins involved in their stabilization and able to assist modifications of their shape or size. In oleaginous seeds, LBs are stabilized by oleosins. These proteins contain the longest known hydrophobic domain (70 residues) flanked by hydrophilic N and C-termini. The way of association of these proteins with LBs is poorly known and secondary structure descriptions in the literature are contradictory. We have shown that Arabidopsis thaliana seed oleosins could be solubilized by various surfactants such as detergents or amphiphatic polymers called amphipols (Apols). Secondary structure determination of solubilized oleosins using synchrotron radiation circular dichroism gave contrasted profiles. Negatively charged detergents increase the α-helix content of oleosins whereas the zwitterionic detergent (Foscholine-12) or Apols allow higher proportions of β-sheets. In order to get closer to the natural environment of olesins, we have opted for the heterologous expression of one oleosin isoform in the yeast Saccharomyces cerevisiae. This approach allows the biological targeting and insertion of oleosins into cytosolic LBs. Purified yeast LBs remain intact and contain a large majority of oleosins at their surface. In this natural like environment, oleosins are folded and contain a majority of β-sheets. This secondary structure profile is close to that of oleosins solubilized by Foscholin-12, making it a suitable detergent for more resolutive structural studies (three-dimensional structures).

Le lipidome désigne la sous-fraction lipidique du métabolome d’une cellule, d’un tissu ou d’un organisme. Cependant, bien qu’appartenant au cadre général de la métabolomique, la lipidomique représente un champ d’investigation particulier en raison des spécificités fonctionnelles et métaboliques des lipides de même que de leurs propriétés physico-chimiques. L’analyse lipidomique représente un changement majeur d’échelle par rapport à l’analyse des lipides telle que pratiquée classiquement. L’objectif est ici d’atteindre l’échelle de l’espèce moléculaire lipidique en termes d’identification et de quantification afin de décrire l’ensemble des perturbations d’un réseau métabolique liées à un état physiologique ou pathologique. L’identification des classes et espèces repose sur principalement sur l’utilisation du couplage de la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse. La quantification peut faire appel à la spectrométrie de masse quand la spécificité et des faibles limites de détection sont requises ou à l’utilisation de détecteurs « universels » ou détecteurs par nébulisation que sont le détecteur évaporatif à diffusion de la lumière (DEDL) ou le détecteur d’aérosol chargé (Corona®-CAD) quand l’objectif est de quantifier l’ensemble de la classe lipidique. / The lipidome means the lipid subfraction of a metabolome, of a cell, a tissue or an organism. Lipidomics represents a particular field of investigation because of the functional and metabolic specificities of lipids as well as their physico-chemical properties. Lipidomics analysis represents a major change of scale with respect to lipid analysis as practiced conventionally. The aim of this work is to reach across the lipid molecular species in terms of identification and quantification in order to describe all the perturbations of a metabolic network related to a physiological or pathological state. The identification of the classes and the specie is based mainly on the use of liquid chromatography coupled to mass spectrometry. Quantification may use mass spectrometry when the specificity and low detection limits are required or the use of "universal" detectors that are nebulized detectors:evaporative detector light scattering (ELSD) or charged aerosol detector (CAD-Corona®) when the aim is to quantify the total lipid classes.

La Structuration des molécules d’eau à l’interface eau/vapeur d’eau fait l’objet de l’intérêt scientifique depuis des années. La plupart des études sont focalisées sur le bulk d’eau mais des études plus détaillées sur l’eau de surface sont nécessaires. De plus, les interfaces avec les alcanes sont intéressantes d’un point de vue biologique et industriel. Puisque pour des applications biologiques et industrielles les interfaces eau/air et eau/huile possèdent des médiateurs amphiphiles, l’influence d’une monocouche de tensioactif sur la structuration de la surface de l’eau mérite aussi une attention particulière.Dans cette thèse, plusieurs modèles atomistiques d’eau ont été sélectionnés. Des simulations de dynamique moléculaire classique ont été réalisées à 298K pour le bulk d’eau, des systèmes eau/vapeur d’eau et eau/alcane (C5-C9), ainsi que des systèmes eau/DLPC/vapeur d’eau et eau/DLPC/octane (DLPC : dilauroyl phosphatidylcholine). Plusieurs propriétés structurelles, ainsi que les moments dipolaires, la tension de surface et les liaisons hydrogène, du bulk d’eau et des couches de surface d’eau ont été examinées grâce à la fonction de distribution radiale et les diagrammes de Voronoi. L’objectif a été d’estimer l’impact de l’incorporation de la polarisabilité sur les propriétés de l’eau et de sélectionner un modèle optimal (qualité/temps de calcul) pour leur description, ainsi que d’enrichir les données existantes sur la structuration de l’eau à l’interface.Cette étude aborde la structuration de l’eau du bulk et de la surface à l’interface avec la vapeur d’eau ou des alcanes. Un des objectifs de ce travail a été d’évaluer la reproductibilité des données expérimentales en utilisant différents modèles et de s’assurer pour quelles propriétés l’utilisation d’un modèle polarisable est critique. De simples modèles polarisables basés sur les oscillateurs de Drude ont été testés afin de limiter le temps de calcul. Pour le bulk d’eau et les systèmes eau/vapeur d’eau, les modèles TIP4P, SWM4-NDP et COS/G2 ont été les plus performants. Dans la mesure où le modèle TIP4P produit des résultats commensurables avec les modèles polarisables, il a été utilisé pour la simulation des interfaces eau/alcanes (C5-C9). Les molécules à la surface sont organisées de manière plus compacte et moins ordonnée. Cette diminution de l’ordre est principalement due aux liaisons hydrogène qui sont deux fois plus nombreuses dans le bulk qu’en surface. Les analyses de Voronoi ont montré que la coordination tétraédrique n’est pas si claire et que des polyèdres plus complexes sont formés. Les couches de surfaces trouvées s’avèrent être formées de 2 sous-couches, interne et externe, avec des polarités inégales orientées de manières opposées, définissant des zones de charges résiduelles à l’interface.En plus des systèmes avec un contact direct entre l’eau et le fluide apolaire, des interfaces comportant des monocouches de lipides ont été modélisées. La compacité de l’eau de surface, déjà renforcée par la présence d’alcanes, a été augmentée davantage par l’introduction de lipide. Néanmoins, l’orientation de l’eau a été changée et la polarité de la surface inversée, équilibrée par les têtes lipidiques au lieu des sous-couches externes diffuses.Les résultats principaux de cette thèse de doctorat sont les suivants:1. Il a été montré que l’utilisation de modèles d’eau polarisable n’est pas nécessaire pour une évaluation correcte d’un certain nombre de propriétés, mais elle est critique pour les moments dipolaires et la tension de surface.2. Pour la première fois une analyse structurelle a été réalisée en utilisant les diagrammes de Voronoi et un ensemble de modèles d’eau démontrant la différence entre propriétés de l’eau liquide en bulk et en surface.3. Considérant le nombre limité de données existantes, l’étude d’une monocouche de DLPC solide condensée à l’interface eau/vapeur et eau/octane en utilisant différents modèles d’eau a été une contribution originale. / The structuring of water molecules at the water/vapour interface is an object of scientific interest for decades. Most of the existing theoretical studies are focused on bulk water but there is still need of a more detailed research on surface water. In addition, interfaces with alkanes are interesting as being instructive from both biological and industrial perspectives. Since in both bio- and industrial applications water/air and water/oil interfaces are mediated by amphiphiles, the role of a surfactant monolayer on surface water structuring deserves more attention as well.In the present Ph. D. thesis several atomistic water models were chosen and classical molecular dynamics simulations were carried out on bulk water, water/vapour and water/alkane (from pentane to nonane) systems, as well as on water/DLPC/vapour and water/DLPC/octane models, DLPC being dilauroyl phosphatidylcholine. In all cases the temperature was kept at 298 K. Several structural properties of bulk and surface water layers were examined by means of radial distribution functions and Voronoi diagrams. Dipole moments, surface tension and hydrogen bonding were tackled too. The objective was to estimate the impact of accounting for polarisability on the water properties of interest and to select a cost-efficient water model for describing them, as well as to add new data to the existing knowledge about interfacial water structuring.The study addresses the water structuring in bulk and surfacial water at the interface with vapour or alkanes of different chain length. One of the aims of the work was to assess the reproducibility of experimental data using an assortment of polarisable and non-polarisable water models and to check for which properties the utilisation of polarisable models is critical. Simple polarisable models based on Drude oscillators were tested in order to keep the computational costs low. For bulk water and water/vapour systems the models TIP4P, SWM4-NDP and COS/G2 performed the best. Since the TIP4P model produced results commeasurable with the polarisable ones, it was used predominantly further on to simulate water/alkane (C5-C9) interface and to quantify the structural parameters of water obtained from RDFs and Voronoi analyses. The molecules in this layer are organised in a more compact and less ordered manner. The ordering is owed mainly to hydrogen bonds which are twice as many in the bulk compared to the surface. The analysis of the Voronoi diagrams showed that the tetrahedral coordination was blurred and more complex polyhedra were formed. The surface layer was found to consist of two sublayers, inner and outer, with oppositely oriented unequal polarity, defining areas of residual charges at the interface.In addition to the systems with direct contact between water and non-polar fluids, interfaces mediated by lipid monolayers were modelled. The monolayer was meant to seam together the two phases. The compactness of the surfacial water, which was enhanced by the presence of alkanes, was tightened further by the lipid introduction. However, the water orientation was changed and the surfacial polarity was inverted, balanced by the lipid heads instead of the diffuse outer sublayer.The main contributions of the Ph.D. thesis are as follows:1. It is shown that the usage of a polarisable water model is not necessary for correct evaluation of a number of properties, but is critical for characteristics such as dipole moments and surface tension.2. For the first time a structural analysis has been made using Voronoi diagrams and an assortment of water models which demonstrates the difference between bulk and surfacial characteristics of liquid water.3. An original contribution is the study of a solid-condensed DLPC monolayer at the water/vapour interface utilising different water models and at the interface of water/octane, considering the limited experimental data available.

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

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l’Université de Montréal / Ce travail examine l'aspect cinétique de l'interaction d'un peptide amphiphile, la mélittine, avec des membranes modèles neutres. L'effet de la présence de lipides chargés négativement et de cholestérol dans la bicouche a aussi été étudié. Deux méthodes en spectroscopie de fluorescence nous ont permis d'examiner de façon indépendante les mécanismes d'association et d'insertion tandis que la structuration du peptide a été analysée à l'aide du dichroïsme circulaire. Pour le système peptide/phosphatidylcholine, les trois types de cinétiques indiquent des mécanismes d'interaction en deux phases. Les temps associés à ces phases sont en général rapides : de l'ordre de la milliseconde pour la première étape et de l'ordre de la seconde pour la deuxième. En effectuant la synthèse de ces donnés expérimentales, il est possible d'établir la séquence dans laquelle les événements se déroulent: association, insertion et structuration en hélice a. La présence de faibles quantités de lipides chargés négativement dans les bicouches zwitterioniques ne modifie pas la séquences des événements ni l'aspect biphasiques des cinétiques. Cependant, on peut observer une réduction des temps correspondant aux premières étapes des trois cinétiques. Cette réduction est d'autant plus importante que la proportion molaire des lipides anioniques dans la membrane est augmentée. Ceci est principalement associé aux interactions électrostatiques attractives entre le peptide et l'interface chargée négativement de la membrane. En présence de cholestérol dans les bicouches de PC, la même séquence de phénomènes est conservée. Les trois types de cinétiques d'interaction sont différents, les mécanismes étant dans ce cas monophasiques. Leurs temps sont comparables à ceux associés aux premières phases des systèmes sans le stérol bien que légèrement plus rapides. Il est proposé que l'empilement plus compact des chaînes des lipides empêche la pénétration profonde de la mélittine dans la membrane.

La recoverine et la GCAP-1 sont des protéines de la famille des neuroprotéines sensibles au calcium (NCS). Ces protéines sont N-myristoylées et possèdent des motifs EF-hand permettant la liaison du calcium. Elles participent à la phase de recouvrement de la phototransduction visuelle qui a lieu dans les segments externes des photorécepteurs. La liaison membranaire de la recoverine et de la GCAP-1 a été principalement étudiée à l'aide de films monomoléculaires de phospholipides. Nous proposons une méthode d'analyse qui permet d'identifier l'affinité des protéines aux monocouches de phospholipides. Cette méthode pourrait permettre d'identifier rapidement la liaison périphérique des protéines aux monocouches lipidiques. Nous encourageons son utilisation afin de déterminer si elle peut constituer les bases d'un modèle d'analyse plus général. La recoverine est une protéine extrinsèque amphitropique. En absence de calcium, le groupement acyle de la recoverine est enfoui dans une poche hydrophobe. Par contre, en présence de calcium, des réarrangements structuraux permettent l'extrusion de ce groupement myristoyle et induisent la liaison membranaire de la recoverine. Nous avons déterminé que la recoverine possède une forte affinité pour les monocouches de phospholipides anioniques. Cette affinité semble induite par la présence d'un cluster de charges positives situé à proximité du groupement myristoyle. De plus, la N-myristoylation semble être responsable d'une augmentation de la distribution latérale de la liaison membranaire de cette protéine. Ces travaux amènent maintenant à s'intéresser à l'influence de la teneur des membranes discales des photorécepteurs en phospholipides polyinsaturés sur la liaison membranaire de la recoverine. Sur la base d'une structure à haute résolution, il a été déterminé que la GCAP-1 ne possède pas un mécanisme de calcium-myristoyl switch fonctionnel. Toutefois, nous présentons une analyse des structures des protéines de la famille des NCS qui suggère que l'extrusion du groupement myristoyle de la GCAP-1 serait possible en présence de membranes. Nous avons montré qu'une fraction de ces groupements acyles s'insère dans les membranes. La GCAP-1 possède par ailleurs une forte affinité pour les phospholipides anioniques. Nous proposons un mécanisme d'activité pour cette protéine. Des études structurales seront nécessaires afin d'infirmer ou de confirmer ce mécanisme.

Cette thèse porte sur la caractérisation de différents systèmes membranaires et se divise en deux grandes parties. Une première partie traite des interactions entre des membranes modèles de phospholipides et des agents chimiothérapeutiques, les chloroéthylurées (CEU) et une deuxième partie présente un système membranaire, appelés nanoÉrythrosomes, utilisé potentiellement comme transporteur de molécules d'intérêt thérapeutique. Ces deux systèmes ont été caractérisés par un duo de méthodes spectrales soit la spectroscopie infrarouge et la résonance magnétique nucléaire. Plusieurs dérivés de CEU, différents de par leur structure et leur activité cytotoxique, ont été étudiés. Leurs interactions avec des membranes de phospholipides ont d'abord été étudiées par spectroscopie RMN des solides du deutérium afin de montrer l'effet de l'incorporation des CEU sur l'ordre conformationnel du phospholipide deutéré utilisé. Des mesures de l'écart quadrupolaire des deutérons de la chaîne acyle ont permis d'appuyer un modèle proposé pour l'incorporation des CEU dans des membranes modèles de phospholipides. Des systèmes similaires ont ensuite été étudiés par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) afin de vérifier l'effet de ces molécules sur les chaînes acyle de phospholipides saturés et insaturés et ce, en présence et en absence de cholestérol. L'effet observé est fortement corrélé à la structure de la CEU et à son activité anticancéreuse. L'ensemble de ces travaux a également permis de montrer que l'effet des CEU les plus cytotoxiques est toujours présent à plus faible concentration. Dans la seconde partie de la thèse, le nanoÉrythrosome, système biologique composé de lipides et de protéines provenant de membranes de globules rouges, a été étudié comme système pur et recouvert de polyéthylène glycol de poids moléculaire de 2000 et 5000 g-mol"1 . Par le greffage de polyéthylène glycol à sa surface, le nanoÉrythrosome devient alors un système intéressant pour la libération de médicaments. La spectroscopie infrarouge a permis de caractériser ce système tant au niveau de sa portion lipidique que protéique en fonction de la température. La spectroscopie RMN des solides du phosphore-31 et la microscopie électronique ont permis quant à elles de démontrer que la présence de polyéthylène glycol diminue l'agrégation des nanoÉrythrosome entre eux.

Le lactosérum doux, un coproduit de l'industrie laitière, est principalement valorisé dans des applications alimentaires où les propriétés fonctionnelles et nutritionnelles de ses constituants sont exploitées. Or, pour de telles applications, la présence des phospholipides (PLs), des lipides résiduels, peut entraîner des limitations quant à l'utilisation du lactosérum. En outre, les PLs et les peptides issus de l'hydrolyse des protéines du lactosérum présentent des bioactivités rendant possible leur utilisation comme nutraceutiques, ce qui permettrait ainsi de viser de nouvelles voies de valorisation du lactosérum. De ce fait, l'objectif de cette thèse est de produire, de manière écoefficiente, des fractions phospholipidique et peptidique à partir du lactosérum doux en utilisant les procédés électrodialytiques. En effet, l'électrodialyse avec membranes bipolaires (ÉDMB) semble prometteuse pour délipider le lactosérum doux, alors que l'électrodialyse avec membranes d'ultrafiltration (ÉDUF) peut être utilisée pour séparer les peptides d'un hydrolysat protéique. Au cours de ces travaux, les premiers résultats obtenus ont démontré que, contrairement à la dilution appliquée après le traitement d'ÉDMB, le facteur de concentration du lactosérum avait un faible impact sur les taux de délipidation atteints et conséquemment sur la formation des complexes de lipoprotéines. Par ailleurs, les résultats ont permis de dégager un phénomène de précipitation protéique, qui dans ce cas, était influencé par le facteur de concentration. De ce fait, il ne semblait pas favorable d'utiliser un lactosérum fortement concentré pour le procédé de délipidation. Par la suite, différents facteurs de dilution subséquente au traitement d'ÉDMB ont été testés. Il a ainsi été démontré que les taux de délipidation atteignaient un plateau avec l'augmentation du facteur de dilution et que la formation des complexes de lipoprotéines était favorisée pour une réduction de la force ionique approchant 80 %. Pour la première fois, il a été possible de démontrer, dans le cadre de ces travaux, la faisabilité du procédé pour la récupération spécifique des PLs; une fraction phospholipidique, contenant notamment de la phosphatidylsérine et de la phosphatidyléthanolamine a pu être produite. De plus, afin de discriminer les différentes conditions testées, des scores d'écoefficience ont été utilisés, ce qui a permis de déterminer les conditions les plus prometteuses. Par ailleurs, comme la dilution réalisée après le traitement d'ÉDMB pour le procédé de délipidation du lactosérum doux entraînait certaines contraintes associées à l'augmentation des volumes produits, différents traitements ont été testés afin de remplacer la dilution (déminéralisation par électrodialyse conventionnelle et diafiltration). Ainsi, les résultats de cette étude ont démontré que la formation des complexes de lipoprotéines et conséquemment la récupération des PLs étaient tributaires non seulement de la réduction de la force ionique, mais aussi du retrait des cations divalents (calcium et magnésium, espèces ioniques pour lesquelles les PLs présentent des affinités). De ce fait, un procédé de délipidation combinant ÉDMB et électrodialyse conventionnelle apparaît comme étant la meilleure option pour produire une fraction phospholipidique. Pour terminer, un hydrolysat complexe de protéines du lactosérum a été séparé par ÉDUF à l'échelle semi-industrielle, dans l'optique de produire une fraction peptidique enrichie en peptides d'intérêt pour la santé humaine. Ainsi, la séparation, caractérisée par des paramètres de migration peptidique élevés, a permis de générer la production d'une fraction peptidique contenant 18 composés majoritaires (peptides). En plus de ces composés, la fraction renfermait aussi du lactose, ce qui a permis de mettre en évidence un phénomène de transfert de lactose au cours du procédé. Néanmoins, la fraction peptidique produite a démontré in vitro des activités inhibitrices de la dipeptidyl peptidase-IV et de l'enzyme de conversion de l'angiotensine supérieures à celles de l'hydrolysat initial, dû à la récupération de peptides bioactifs. Ainsi, le projet a permis de développer une voie de valorisation du lactosérum pour la production de fractions potentiellement bioactives utilisant les procédés électrodialytiques. Par ailleurs, ces procédés pourraient aisément être couplés : au cours d'une première phase, le lactosérum, serait délipidé, puis à la suite d'une concentration par ultrafiltration, le rétentat serait, dans une deuxième phase, hydrolysé et séparé par ÉDUF pour obtenir une fraction peptidique bioactive améliorée. Les travaux ont aussi donné l'opportunité d'enrichir les connaissances quant aux mécanismes reliés à la formation des complexes de lipoprotéines et aux phénomènes de migration et de colmatage pouvant se dérouler au cours des traitements d'ÉDMB et d'ÉDUF. / Sweet whey, a dairy coproduct, is mainly used in food applications, where its components' functional and nutritional properties are exploited. However, for such applications, phospholipids (PLs), residual lipids found in whey, may lead to limitations of its use. Furthermore, PLs and peptides from the hydrolysis of whey proteins demonstrate bioactivities that could make possible their use as nutraceuticals. Thereby, the objectives of this research was to ecoefficiently produce PL and peptide fractions from sweet whey using electrodialytic processes. Indeed, electrodialysis with bipolar membrane (EDBM) seems promising to defat sweet whey whereas electrodialysis with ultrafiltration membrane (EDUF) can be used to separate peptides from a hydrolysate. The first results obtained demonstrated that, unlike the dilution applied after EDBM treatment, the concentration factor of whey had a negligible impact on the defatting rates and consequently on the lipoprotein complex formation. Moreover, the results revealed a protein precipitation phenomenon, influenced by the concentration factor. Thereby, the use of a highly concentrated sweet whey was not favorable to the defatting process. There after, different dilution factors following EDBM treatment were tested. The defattingrates reached a plateau with the increase of the dilution factor and lipoprotein complex formation was favored by a decrease in ionic strength around 80 %. Moreover, it was possible to demonstrate that the process could be used to specifically recover PLs; a PL fraction containing mainly phosphatidylserine and phosphatidylethanolamine was produced. Also, to compare the different conditions tested, ecoefficiency scores were used to determine the most favorable conditions. Furthermore, the dilution applied after EDBM treatment for the defatting process led to constraints relative to the large volumes produced. Demineralization by conventional electrodialysis and diafiltration were tested to replace the dilution step. Thus, the results obtained demonstrated that the lipoprotein complex formation and consequently the PL recovery was, not only due to the decrease in ionic strength, but also to the greater removal of divalent cations (calcium and magnesium, ionic species for which PLs have affinity). There by, a defatting process combining EDBM and conventional electrodialysis appeared to be the best option to produce a PL fraction. Finally, to produce a peptide fraction enriched with bioactive peptide, a complex whey protein hydrolysate was separated by EDUF at a semi-industrial scale. The separation was characterized by high peptide migration parameters and allowed to generate a peptide fraction containing 18 main components (peptides). Along with these components, lactose was also recovered in the peptide fraction due to a lactose transfer phenomenon during process. Nevertheless, the peptide fraction produced exhibited in vitro inhibiting activities against dipeptidyl peptidase-IV and angiotensin converting enzyme higher that the ones reported for the initial hydrolysate. Thus, this project allowed to valorize sweet whey by the production of potential bioactive fractions using electrodialytic processes. Moreover, these two processes could be combined. In a first phase, sweet whey would be defatted, then after a concentration by ultrafiltration, the retentate would be hydrolyzed and separated by EDUF to produce a peptide fraction with improved bioactivities. Furthermore, new knowledge was acquired regarding the mechanisms involved inlipoprotein complex formation and the migration and fouling phenomena that could occur during EDBM and EDUF treatments.