Electrolyte interactions with ligand functionalized gold nanoparticles (AuNPs) have broad implication to a wide range of applications in nanoparticle research field. Among a wide range of electrolytes, halides, nitrates, borohydrides, and sulfides are used to study the AuNP interfacial interactions. Although there are many studies on AuNP interactions with anionic species (halides, nitrates, borohydrides, and sulphides), there is limited information on AuNP interactions with metallic cations. Therefore, studying the nanoparticle interfacial interactions with both anionic and metallic cation species is highly important. The research reported here is focused on deepening the understanding of electrolyte interactions with ligand functionalized AuNPs in aqueous solutions. The stability of citrate-residues on AuNPs against ligand displacement has been controversial. In the first study, we demonstrated the direct experimental evidence for the simultaneous adsorption of both citrate-residues and solution impurities onto citrate-reduced AuNPs by using AuNPs synthesized with deuterated citrate in combination with the surface-enhanced Raman spectroscopic (SERS) analysis. The citrate-residues can be readily displaced from AuNPs by a wide range of specific and non-specific ligands including organosulfur and electrolytes. In the second study, we investigated the charge state and the mechanism of silver ion binding onto organothiol functionalized AuNPs. Mechanistic study reveals that silver binding onto AuNPs proceeds predominantly through reactive pathways with proton generations providing the first direct experimental evidence that Ag+ can disrupt the Au-S binding and enhance the mobility of the organothiols on AuNPs. Ligand displacement from AuNPs is important in a wide range of applications. Complete and non-destructive removal of ligands from AuNPs is important and challenging due to the strong Au-S binding and the steric hindrance imposed by ligand overlayer on AuNPs. In the final study, we investigated hydrogen sulphide (HS-), an anionic thiol as an effective ligand to induce complete and non-destructive removal of ligands from aggregated AuNPs. The new insights and methodologies presented in this dissertation are important for studying the electrolyte interfacial interactions with ligand functionalized AuNPs which have a broad impact on nanoparticle surface chemistry.

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Les thiol-disulfure oxydoréductases sont des protéines qui jouent un rôle majeur dans la cellule. Elles sont impliquées dans l'activité de nombreuses protéines cytoplasmiques, ainsi que dans la maturation et la stabilité des protéines extracytoplasmiques. Les particularités structurales conservées chez les TDORs, comme le repliement thiorédoxine et le motif CxxC, les propriétés physico-chimiques, leur environnement physiologique et leurs substrats sont autant de facteurs qui influencent la capacité de ces protéines à catalyser préférentiellement la réduction, l'oxydation, ou l'isomérisation des ponts disulfures in vivo.Je me suis intéressée aux TDORs atypiques cytoplasmiques pouvant présenter une activité thiol-oxydase ou disulfure-isomérase dans le cytoplasme des bactéries. J'ai caractérisées deux thiorédoxines atypiques, l'une provenant de l'organisme anaérobie Desulfovibrio vulgaris Hildenborough, Dtrx, et l'autre provenant de la bactérie pathogène Pseudomonas aeruginosa PAO1, PsTrx. Dtrx, possédant une séquence consensus thiol-oxydase CPHC, présente des propriétés in vitro en accord avec cette séquence. Nous avons proposé un mécanisme qui peut être appliqué de façon réversible dans le sens de la réduction et de l'oxydation des cystéines des substrats.PsTrx contient une séquence consensus CGHC dans son site actif, qui est généralement conservée chez PDI, protéine eucaryote. Les propriétés physico-chimiques, et la structure tridimensionnelle déterminées pour PsTrx par RMN, présentent des caractéristiques identiques à celles observées pour le domaine catalytique de PDI. / Thiol/disulfide oxidoreductases catalyze important redox reactions in the cell. They are implicated in the reduction of disulfide bonds in cytoplasm, and disulfide bond formation during folding of secreted proteins. All of the members of this family share the thioredoxin fold and an active site with two conserved cysteine residues that specify the biological activity of the protein in the reduction, oxidation or isomerisation of disulfide bond in vivo.In this work, I have studied atypical cytoplasmic TDORs catalyzing the oxidation or isomerisation of disulfide bond in bacteria. I have characterized two atypical thioredoxin proteins, one from the anaerobe Desulfovibrio vulgaris Hildenborough, Dtrx, and one from the pathogenic Pseudomonas aeruginosa PAO1, PsTrx.Dtrx, with the CPHC active site, presents important activities in the thiol-oxidation of proteins. We proposed a reversible mechanism for the disulfide-reduction or thiol-oxidation of substrate proteins.PsTrx presents the CGHC active site shown in the eukaryote PDI protein. Physico-chemical properties and tridimensional structure solved by NMR are the same that those of the catalytical domain of PDI.This work presents the properties of the two atypical thioredoxins, Dtrx and PsTrx. These proteins have similar functional and structural characteristics in vitro, but probably different redox functions in vivo.

Nucleic acids are important bio-macromolecules in living systems. They are involved in important functions like gene expression and regulation. Nucleoside triphosphates serve as precursors for biochemical synthesis of modified nucleic acids and nucleotide coenzymes. The modification of nucleic acids, particularly at nucleobases, can expand the function and chemical properties of nucleic acid. Herein, we report the chemical synthesis of a novel thiol-modified nucleoside S-(3-(acetylthio)propyl)-5-(mercaptomethyl)-uridine and the corresponding nucleotide via a “new synthetic methodology” developed in our laboratory. The synthesized triphosphate was used for RNA transcription. The activity and nuclease resistance of the transcribed RNA is studied. The results showed that the properties of the nucleotide with thiol functionality are as good as the native. The modified RNA can be used for RNA/protein complex structure studies and gold nanoparticles stabilizer. They can also serve as a probe in DNA/RNA microchip surface functionalization for detection of various diseases and pathogens.

Many higher plants can synthesize methyl chloride gas via a common metabolic route, also known as the biological chloride methylation. The reaction is catalyzed by an S-adenosyl-L- methionine (AdoMet) dependent halide/thiol methyltransferase (H/TMT). It is speculated that plants use chloride methylation to remove excess chloride via volatilization and hence maintain homeostatic levels of cytoplasmic chloride ion, suggesting a role of H/TMT in salt tolerance. In this project, the effect of engineering a Brassica oleracea thiol methyltransferase (BoTMT) into tomato was studied to determine the physiological relevance of this enzyme in conferring salt tolerance. Transgenic tomato plants acquired the ability to release methyl chloride in response to NaCl treatment, but exhibited no greater tolerance to NaCl, based on several morphological and physiological measurements, as compared to the wild-type plants. The results indicate that AdoMet dependent chloride methylation is unlikely to contribute to an increase in salt tolerance in higher plants.

Many higher plants can synthesize methyl chloride gas via a common metabolic route, also known as the biological chloride methylation. The reaction is catalyzed by an S-adenosyl-L- methionine (AdoMet) dependent halide/thiol methyltransferase (H/TMT). It is speculated that plants use chloride methylation to remove excess chloride via volatilization and hence maintain homeostatic levels of cytoplasmic chloride ion, suggesting a role of H/TMT in salt tolerance. In this project, the effect of engineering a Brassica oleracea thiol methyltransferase (BoTMT) into tomato was studied to determine the physiological relevance of this enzyme in conferring salt tolerance. Transgenic tomato plants acquired the ability to release methyl chloride in response to NaCl treatment, but exhibited no greater tolerance to NaCl, based on several morphological and physiological measurements, as compared to the wild-type plants. The results indicate that AdoMet dependent chloride methylation is unlikely to contribute to an increase in salt tolerance in higher plants.

Cette thèse est consacrée au développement d'assemblages supramoléculaires, qui miment la nature amphiphile des membranes cellulaires. A cette fin, des bicouches lipidiques supportées (SLB) ont été conçues pour l'insertion de la FhuA (protéine de membrane externe d’E. coli). L'interaction de FhuA présente dans la SLB, avec le pb5 (la protéine du bactériophage T5) a ensuite été étudiée par QCM-D. De plus, des bicouches lipidiques suspendues (tBLM) ont été construites sur des monocouches auto-assemblées (SAM) d'un nouveau thiol d'ancrage. Dans cette étude, la formation de tBLM a été minutieusement étudiée par différentes techniques telles que la QCM-D, l'AFM et l'EIS, afin de déduire le rôle du thiol d’ancrage dans le processus de formation de tBLM. En outre, un amphipol biotinylé (B-PCApol), a été employé pour l’immobilisation des protéines membranaires, par exemple la FhuA et de l'intégrine avß3 (humain) sur des surfaces contenant la streptavidine. Avec leurs assemblages respectifs, la constante de dissociation du complexe FhuA-pb5 a été déterminée, tandis que les interactions de l'intégrine avec vitronectine (son ligand naturel) ont été étudiées par SPR. La dernière partie de cette thèse est dédiée à l'étude d'événements de reconnaissance biomoléculaire entre une lectine (ConA) et des sucres multivalents présentés sur un châssis moléculaire, RAFT. / This thesis is dedicated towards the development of supramolecular assemblies, which are capable of mimicking the amphiphilic nature of the cytoplasmic cell membranes. To this effect, Supported Lipid Bilayers (SLB) was designed to incorporate FhuA (an E.coli outer membrane protein). The interaction of FhuA present in the SLB, with pb5 (the bacteriophage T5 protein), was then studied using QCM-D. Further, Tethered Lipid Bilayer Membranes (tBLM) were constructed on Self-Assembled Monolayers (SAMs) of a novel synthetic anchoring thiol. In this study, the tBLM formation was elaborately investigated using a host of techniques such as QCM-D, AFM and EIS, to infer upon the role of the anchoring thiol in the tBLM formation process. Further, a biotinylated Amphipol (B-PCApol) was employed to immobilize membrane proteins such as FhuA and the human αvβ3 integrin on streptavidin containing surfaces. Using their respective assemblies, the dissociation constant of the FhuA-pb5 complex was determined, whereas the interactions of integrin with its ligand vitronectin were studied by SPR. The last part of this thesis, deals with the study of biomolecular recognition events between a lectin (ConA) and multivalent sugars presented on a RAFT scaffold.

Les huiles végétales et leurs dérivés ont conduit à de nouveaux précurseurs agro-ressourcés utilisés pour la synthèse de polymères. Grâce au couplage thiol-ène, des polyols ont été obtenus par greffage du mercaptoéthanol directement sur les triglycérides insaturés. De la même manière, les esters méthyliques des huiles végétales ont permis la synthèse d'esters et d'amides diols pseudo-téléchéliques. Des polyols ont également été obtenus grâce à la réaction d'ouverture des cycles oxirane présents sur des huiles végétales époxydées. Différents acides carboxyliques ont permis d'introduire des fonctions hydroxyle sur les triglycérides. Ces différents synthons ont conduit à l'élaboration d'une large gamme de matériaux polyuréthanes, présentant des Tg variant de -10 °C à 100 °C. Le carbonate de glycérol, issu du glycérol agro-ressourcé, a également été utilisé pour l'élaboration de dicyclocarbonates, soit par estérification/trans-estérification à partir de diacides obtenus par greffage de l'acide thioglycolique sur plusieurs acides gras, soit par dimérisation à partir d'un dithiol commercial. Des polyuréthanes sans isocyanate ont ainsi été formulés à partir de ces nouveaux dicyclocarbonates, ouvrant la voie vers des polyhydroxyuréthanes totalement agro-ressourcés. Les précurseurs, ainsi que les matériaux qui en découlent, ont été caractérisés et certains ont fait l'objet de tests à l'échelle pré-industrielle. / Vegetable oils and their derivatives were used to synthesize new precursors suitable for polymer synthesis. Mercaptoethanol was grafted onto unsaturated triglycerides by thiol-ene coupling to yield polyols. This functionalization was also applied to vegetable oil methyl esters, yielding ester and amide containing pseudo-telechelic diols. The second synthetic strategy used ring opening of epoxydized vegetable oils. The reaction between vegetable oil oxiranes and several carboxylic acids afforded a range of polyester polyols. Thus, the synthesized intermediates allowed to formulate various polyurethanes, which exhibited glass transition temperatures ranging from -10 °C to 100 °C. Moreover, either esterification/trans-esterification with fatty acid based diacids, synthesized by thioglycolic acid addition onto different fatty acids, or thiol-ene coupling with a commercial dithiol, were performed on glycerin carbonate, leading to new dicyclocarbonates. Isocyanate free polyurethanes were then obtained from those dicyclocarbonates, opening the way for fully biobased polyhydroxyurethanes. The new precursor, and the polymers therefrom, were deeply characterized and some of them were tested at a pilot scale.

Les bambusurils, BU[4] et BU[6], sont des oligomères cycliques apparentés aux cucurbiturils, CBs, constitués respectivement de 4 et 6 motifs glycolurils. Les bambusurils diffèrent des CBs par la présence de glycolurils difonctionnalisés.Les BU[6] ont la capacité d'encapsuler des anions dans leur cavité, propriété intéressante pour la décontamination d'effluents, par exemple.Une nouvelle famille de bambusurils, les allylbambusurils, qui possèdent des groupements allyles sur leur portail macrocyclique, a été développée. Leur post-fonctionnalisation par oxydation, métathèse croisée ou réaction thiol-ène a été étudiée. Par réaction thiol-ène, des BU[4] et BU[6], fonctionnalisés respectivement par 8 ou 12 thiols d'intérèt, ont été obtenus. Les BU[6] sont toujours isolés avec un halogènure à l’intérieur de leur cavité. Une méthode utilisant l’hexafluoroantimonate d’argent a été mise au point pour les décomplexer. L'affinité de ces nouveaux BU[6] exempts d'anion, pour différents halogénures, a été évaluée par RMN 1H.Des glycobambusurils ont été synthétisés par réaction thiol-ène en présence de sucres fonctionnalisés par des thiols. Ces glycoBUs donnent accès à des plateformes multivalentes de valence 8 pour les BU[4] et 12 pour les BU[6]. Le pouvoir inhibiteur de ces nouvelles plateformes a été testé sur l'enzyme WaaC, une heptosyltransferase présente dans la paroi bactérienne. Les tests enzymatiques montrent que ces glycobambusurils sont des plateformes multivalentes prometteuses. / Bambusurils, BU[4] and BU[6] are cyclic oligomers that belong to the cucurbiturils family, CBs, assembled respectively by 4 and 6 glycoluril units. Bambusurils are different from cucurbiturils because of their difunctionalized glycolurils. BU[6] are able to encapsulate anions inside their cavity and this property can be useful for the treatment of effluents.A new family of BUs, the allylbambusurils having allyls groups on their macrocyclic portal, has been developed. Their postfunctionalization by oxidation, cross metathesis and thiol-ene coupling has been studied. BU[4] and BU[6] functionalized by respectively 8 and 12 thiols of interest have been prepared.BU[6] are always obtained with an halide inside the cavity. A method using silver hexafluoroantimonate has been developed to remove this halide. Binding constants of these new empty bambusurils have been determined towards severals halide by 1H NMR.Glycobambusurils have been synthesized by thiol- ene coupling with thiosugars. These glycoBUs can lead to multivalent platforms of valency up to 8 for BU[4] and 12 for BU[6]. Inhibition activity of these new platforms has been tested on WaaC enzyme, an heptosyltransferase found in bacterial cell wall. Enzymatic tests show that these glycobambusurils are promising multivalent platforms.

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