Turbulent heat transfer and pressure drop in pinned annular regions

Experiments were performed to determine average heat transfer coefficients and friction factors for turbulent flow through annular ducts with pin fins. The measurements were carried out by means of a double-pipe heat exchanger. The total number of pins attached to the inner wall of the annular region was 560. The working fluids were air, flowing in the annular channel, and water through the inner circular tube. The average heat transfer coefficients of the pinned air-side were obtained from the experimental determination of the overall heat transfer coefficients of the heat exchanger and from the knowledge of the average heat transfer coefficients of the circular pipe (water-side), which could be found in the pertinent literature. To attain fully developed conditions, the heat exchanger was built with additional lengths before and after the test section. The inner circular duct of the heat exchanger and the pin fins were made of brass. Due to the high thermal conductivity of the brass, the small tube thickness and water temperature variation, the surface of the internal tube was practically isothermal. The external tube was made of an industrial plastic which was insulated from the environment by means of a glass wool batt. In this manner, the outer surface of the annular channel can be considered adiabatic. The results are presented in dimensionless forms, in terms of average Nusselt numbers and friction factors as functions of the flow Reynolds number, ranging from 13,000 to 80,000. The pin fin efficiency, which depends on the heat transfer coefficient, is also determined as a function of dimensionless parameters. A comparison of the present results with those for smooth sections (without pins) is also presented. The purpose of such a comparison is to study the influence of the presence of the pins on the pressure drop and heat transfer rate.

Thermal-biological aspects on the seed germination of Cucumis anguria L.: influence of the seed coat

The seed coat influences the early stages of germination of many seeds and sometimes maintains seed dormancy. Early reports have shown that the testa influences the germination response of Cucumis anguria seeds to light although the response to temperature as influenced by the tegument is not well understood. The main purpose of this study was to observe the influence of the testa on the germination of Cucumis anguria by using parameters as germinability and isothermal germination rate. The assays were carried out in a thermal-gradient block with water imbibed seeds kept in darkness. Estimates of the activation enthalpies (deltaH) show |deltaH| < 50 kJ.mol-1 between 26.1 °C and 35.2 °C (intact seeds) and between 25.4 °C and 35.2 °C (scarified seeds), whereas at temperatures greater than 35.2 °C the germination may be limited by processes with |deltaH| > 125 kJ.mol-1. It is suggested that the testa limits embryo expansion rather than interfering with diffusion processes.

Effect of urea on biomimetic aggregates

The effect of urea on biomimetic aggregates (aqueous and reversed micelles, vesicles and monolayers) was investigated to obtain insights into the effect of the denaturant on structured macromolecules. Direct evidence obtained from light scattering (static and dynamic), monolayer maximum isothermal compression and ionic conductivity measurements, together with indirect evidence from fluorescence photodissociation, fluorescence suppression, and thermal reactions, strongly indicates the direct interaction mechanism of urea with the aggregates. Preferential solvation of the surfactant headgroups by urea results in an increase in the monomer dissociation degree (when applied), which leads to an increase in the area per headgroup and also in the loss of counterion affinities

Thermodynamic evaluation and modeling of proton and water exchange associated with benzamidine and berenil binding to ß-trypsin

Serine-proteases are involved in vital processes in virtually all species. They are important targets for researchers studying the relationships between protein structure and activity, for the rational design of new pharmaceuticals. Trypsin was used as a model to assess a possible differential contribution of hydration water to the binding of two synthetic inhibitors. Thermodynamic parameters for the association of bovine ß-trypsin (homogeneous material, observed 23,294.4 ± 0.2 Da, theoretical 23,292.5 Da) with the inhibitors benzamidine and berenil at pH 8.0, 25ºC and with 25 mM CaCl2, were determined using isothermal titration calorimetry and the osmotic stress method. The association constant for berenil was about 12 times higher compared to the one for benzamidine (binding constants are K = 596,599 ± 25,057 and 49,513 ± 2,732 M-1, respectively; the number of binding sites is the same for both ligands, N = 0.99 ± 0.05). Apparently the driving force responsible for this large difference of affinity is not due to hydrophobic interactions because the variation in heat capacity (DCp), a characteristic signature of these interactions, was similar in both systems tested (-464.7 ± 23.9 and -477.1 ± 86.8 J K-1 mol-1 for berenil and benzamidine, respectively). The results also indicated that the enzyme has a net gain of about 21 water molecules regardless of the inhibitor tested. It was shown that the difference in affinity could be due to a larger number of interactions between berenil and the enzyme based on computational modeling. The data support the view that pharmaceuticals derived from benzamidine that enable hydrogen bond formation outside the catalytic binding pocket of ß-trypsin may result in more effective inhibitors.

Evaluation of a new mathematical model to describe Clostridium perfringens growth during the cooling of cooked ground beef

A mathematical model previously developed to study microbial growth in food products under an isothermal environment was adapted to a time-varying temperature regime. The resulting model was applied to study the growth of Clostridium perfringens in meat products. This micro-organism is of particular relevance to public health and economy due to the loss of productivity caused by it. Results showed a similar performance of the model used compared to the Baranyi model under an isothermal situation and a slightly better performance under a non-isothermal temperature profile.

Phonon spectra and thermodynamic properties of rare gas solids based on empirical and semi-empirical (ab initio) two-body potentials : a comparative study /

We study the phonon dispersion, cohesive and thermal properties of raxe gas solids Ne, Ar, Kr, and Xe, using a variety of potentials obtained from different approaches; such as, fitting to crystal properties, purely ab initio calculations for molecules and dimers or ab initio calculations for solid crystalline phase, a combination of ab initio calculations and fitting to either gas phase data or sohd state properties. We explore whether potentials derived with a certain approaxih have any obvious benefit over the others in reproducing the solid state properties. In particular, we study phonon dispersion, isothermal ajid adiabatic bulk moduli, thermal expansion, and elastic (shear) constants as a function of temperatiue. Anharmonic effects on thermal expansion, specific heat, and bulk moduli have been studied using A^ perturbation theory in the high temperature limit using the neaxest-neighbor central force (nncf) model as developed by Shukla and MacDonald [4]. In our study, we find that potentials based on fitting to the crystal properties have some advantage, particularly for Kr and Xe, in terms of reproducing the thermodynamic properties over an extended range of temperatiures, but agreement with the phonon frequencies with the measured values is not guaranteed. For the lighter element Ne, the LJ potential which is based on fitting to the gas phase data produces best results for the thermodynamic properties; however, the Eggenberger potential for Ne, where the potential is based on combining ab initio quantum chemical calculations and molecular dynamics simulations, produces results that have better agreement with the measured dispersion, and elastic (shear) values. For At, the Morse-type potential, which is based on M0ller-Plesset perturbation theory to fourth order (MP4) ab initio calculations, yields the best results for the thermodynamic properties, elastic (shear) constants, and the phonon dispersion curves.

Phonon spectra and thermal properties of some fcc metals using embedded-atom potentials /

By employing the embedded-atom potentials of Mei et ai.[l], we have calculated the dynamical matrices and phonon dispersion curves for six fee metals (Cu,Ag,Au,Ni,Pd and Pt). We have also investigated, within the quasiharmonic approximation, some other thermal properties of these metals which depend on the phonon density of states, such as the temperature dependence of lattice constant, coefficient of linear thermal expansion, isothermal and adiabatic bulk moduli, heat capacities at constant volume and constant pressure, Griineisen parameter and Debye temperature. The computed results are compared with the experimental findings wherever possible. The comparison shows a generally good agreement between the theoretical values and experimental data for all properties except the discrepancies of phonon frequencies and Debye temperature for Pd, Pt and Au. Further, we modify the parameters of this model for Pd and Pt and obtain the phonon dispersion curves which is in good agreement with experimental data.

Application of [Lambda] to the fourth perturbation theory in calculating the equation of state of rare gas solids and fcc metals

We have calculated the thermodynamic properties of monatomic fcc crystals from the high temperature limit of the Helmholtz free energy. This equation of state included the static and vibrational energy components. The latter contribution was calculated to order A4 of perturbation theory, for a range of crystal volumes, in which a nearest neighbour central force model was used. We have calculated the lattice constant, the coefficient of volume expansion, the specific heat at constant volume and at constant pressure, the adiabatic and the isothermal bulk modulus, and the Gruneisen parameter, for two of the rare gas solids, Xe and Kr, and for the fcc metals Cu, Ag, Au, Al, and Pb. The LennardJones and the Morse potential were each used to represent the atomic interactions for the rare gas solids, and only the Morse potential was used for the fcc metals. The thermodynamic properties obtained from the A4 equation of state with the Lennard-Jones potential, seem to be in reasonable agreement with experiment for temperatures up to about threequarters of the melting temperature. However, for the higher temperatures, the results are less than satisfactory. For Xe and Kr, the thermodynamic properties calculated from the A2 equation of state with the Morse potential, are qualitatively similar to the A 2 results obtained with the Lennard-Jones potential, however, the properties obtained from the A4 equation of state are in good agreement with experiment, since the contribution from the A4 terms seem to be small. The lattice contribution to the thermal properties of the fcc metals was calculated from the A4 equation of state, and these results produced a slight improvement over the properties calculated from the A2 equation of state. In order to compare the calculated specific heats and bulk moduli results with experiment~ the electronic contribution to thermal properties was taken into account~ by using the free electron model. We found that the results varied significantly with the value chosen for the number of free electrons per atom.

On the equation of state and atomic mean square displacement of crystals

We have presented a Green's function method for the calculation of the atomic mean square displacement (MSD) for an anharmonic Hamil toni an . This method effectively sums a whole class of anharmonic contributions to MSD in the perturbation expansion in the high temperature limit. Using this formalism we have calculated the MSD for a nearest neighbour fcc Lennard Jones solid. The results show an improvement over the lowest order perturbation theory results, the difference with Monte Carlo calculations at temperatures close to melting is reduced from 11% to 3%. We also calculated the MSD for the Alkali metals Nat K/ Cs where a sixth neighbour interaction potential derived from the pseudopotential theory was employed in the calculations. The MSD by this method increases by 2.5% to 3.5% over the respective perturbation theory results. The MSD was calculated for Aluminum where different pseudopotential functions and a phenomenological Morse potential were used. The results show that the pseudopotentials provide better agreement with experimental data than the Morse potential. An excellent agreement with experiment over the whole temperature range is achieved with the Harrison modified point-ion pseudopotential with Hubbard-Sham screening function. We have calculated the thermodynamic properties of solid Kr by minimizing the total energy consisting of static and vibrational components, employing different schemes: The quasiharmonic theory (QH), ).2 and).4 perturbation theory, all terms up to 0 ().4) of the improved self consistent phonon theory (ISC), the ring diagrams up to o ().4) (RING), the iteration scheme (ITER) derived from the Greens's function method and a scheme consisting of ITER plus the remaining contributions of 0 ().4) which are not included in ITER which we call E(FULL). We have calculated the lattice constant, the volume expansion, the isothermal and adiabatic bulk modulus, the specific heat at constant volume and at constant pressure, and the Gruneisen parameter from two different potential functions: Lennard-Jones and Aziz. The Aziz potential gives generally a better agreement with experimental data than the LJ potential for the QH, ).2, ).4 and E(FULL) schemes. When only a partial sum of the).4 diagrams is used in the calculations (e.g. RING and ISC) the LJ results are in better agreement with experiment. The iteration scheme brings a definitive improvement over the).2 PT for both potentials.

Thermodynamic properties and Debye-Waller factor of fee materials

We have calculated the equation of state and the various thermodynamic properties of monatomic fcc crystals by minimizing the Helmholtz free energy derived in the high temperature limit for the quasiharmonic theory, QH, and the lowest-order (cubic and quartic), 'A2, anharmonic terms of the perturbation theory, PT. The total energy in each case is obtained by adding the static energy. The calculation of the thermal properties was carried out for a nearest-neighbour central-force model of the fcc lattice by means of the appropriate thermodynamic relations. We have calculated the lattice constant, the thermal expansion, the coefficient of volume expansion, the specific heat at constant volume and at constant pressure, the isothermal and adiabatic bulk moduli, and the Griineisen parameter, for the rare-gas solids Kr and Xe, and gold. Morse potential and modified Morse potential were each used to represent the atomic interaction for the three fcc materials. For most of the calculated thermodynamic properties from the QH theory, the results for Kr and Xe with the modified Morse potential show an improvement over the results for the Morse potential when compared with the experimental data. However, the results of the 'A 2 equation of state with the modified Morse potential are in good agreement with experiment only in the case of the specific heat at constant volume and at constant pressure. For Au we have calculated the lattice contribution from the QH and 'A 2 PT and the electronic contribution to the thermal properties. The electronic contribution was taken into account by using the free electron model. The results of the thermodynamic properties calculated with the modified Morse potential were similar to those obtained with the Morse potential. U sing the minimized equation of state we also calculated the Mossbauer recoilless fraction for Kr and Xe and the Debye-Waller factor (DWF) for Pb, AI, eu, Ag, and Au. The Mossbauer recoilless fraction was obtained for the above two potentials and Lennard-Jones potential. The L-J potential gives the best agreement with experiment for Kr. No experimental data exists for Xe. At low temperature the calculated DWF results for Pb, AI, and eu show a good agreement with experimental values, but at high temperature the experimental DWF results increase very rapidly. For Ag the computed values were below the expected results at all temperatures. The DWF results of the modified Morse potential for Pb, AI, eu and Ag were slightly better than those of the Morse potential. In the case of Au the calculated values were in poor agreement with experimental results. We have calculated the quasiharmonic phonon dispersion curves for Kr, Xe, eu, Ag, and Au. The calculated and experimental results of the frequencies agree quite well for all the materials except for Au where the longitudinal modes show serious discrepancies with the experimental results. In addition, the two lowest-order anharmonic contributions to the phonon frequency were derived using the Green's function method. The A 2 phonon dispersion curves have been calculated only for eu, and the results were similar to those of the QH dispersion curves. Finally, an expression for the Griineisen parameter "( has been derived from the anharmonic frequencies, and calculated for these materials. The "( results are comparable with those obtained from the thermodynamic definition.

Phonon spectra and temperature variation of thermodynamic properties of fcc metals via Finnis-Sinclair type many body potentials: Sutton-Chen and improved Sutton-Chen models

Volume(density)-independent pair-potentials cannot describe metallic cohesion adequately as the presence of the free electron gas renders the total energy strongly dependent on the electron density. The embedded atom method (EAM) addresses this issue by replacing part of the total energy with an explicitly density-dependent term called the embedding function. Finnis and Sinclair proposed a model where the embedding function is taken to be proportional to the square root of the electron density. Models of this type are known as Finnis-Sinclair many body potentials. In this work we study a particular parametrization of the Finnis-Sinclair type potential, called the "Sutton-Chen" model, and a later version, called the "Quantum Sutton-Chen" model, to study the phonon spectra and the temperature variation thermodynamic properties of fcc metals. Both models give poor results for thermal expansion, which can be traced to rapid softening of transverse phonon frequencies with increasing lattice parameter. We identify the power law decay of the electron density with distance assumed by the model as the main cause of this behaviour and show that an exponentially decaying form of charge density improves the results significantly. Results for Sutton-Chen and our improved version of Sutton-Chen models are compared for four fcc metals: Cu, Ag, Au and Pt. The calculated properties are the phonon spectra, thermal expansion coefficient, isobaric heat capacity, adiabatic and isothermal bulk moduli, atomic root-mean-square displacement and Gr\"{u}neisen parameter. For the sake of comparison we have also considered two other models where the distance-dependence of the charge density is an exponential multiplied by polynomials. None of these models exhibits the instability against thermal expansion (premature melting) as shown by the Sutton-Chen model. We also present results obtained via pure pair potential models, in order to identify advantages and disadvantages of methods used to obtain the parameters of these potentials.

Polysaccharide-based Polyion Complex Micelles as New Delivery Systems for Hydrophilic Cationic Drugs

Les micelles polyioniques ont émergé comme des systèmes prometteurs de relargage de médicaments hydrophiles ioniques. Le but de cette étude était le développement des micelles polyioniques à base de dextrane pour la relargage de médicaments hydrophiles cationiques utilisant une nouvelle famille de copolymères bloc carboxymethyldextran-poly(éthylène glycol) (CMD-PEG). Quatre copolymères CMD-PEG ont été préparés dont deux copolymères identiques en termes de longueurs des blocs de CMD et de PEG mais différent en termes de densité de charges du bloc CMD; et deux autres copolymères dans lesquels les blocs chargés sont les mêmes mais dont les blocs de PEG sont différents. Les propriétés d’encapsulation des micelles CMD-PEG ont été évaluées avec différentes molécules cationiques: le diminazène (DIM), un médicament cationique modèle, le chlorhydrate de minocycline (MH), un analogue semi-synthétique de la tétracycline avec des propriétés neuro-protectives prometteuses et différents antibiotiques aminoglycosidiques. La cytotoxicité des copolymères CMD-PEG a été évaluée sur différentes lignées cellulaires en utilisant le test MTT et le test du Bleu Alamar. La formation de micelles des copolymères de CMD-PEG a été caractérisée par différentes techniques telles que la spectroscopie RMN 1H, la diffusion de la lumière dynamique (DLS) et la titration calorimétrique isotherme (ITC). Le taux de relargage des médicaments et l’activité pharmacologique des micelles contenant des médicaments ont aussi été évalués. Les copolymères CMD-PEG n'ont induit aucune cytotoxicité dans les hépatocytes humains et dans les cellules microgliales murines (N9) après 24 h incubation pour des concentrations allant jusqu’à 15 mg/mL. Les interactions électrostatiques entre les copolymères de CMD-PEG et les différentes drogues cationiques ont amorcé la formation de micelles polyioniques avec un coeur composé du complexe CMD-médicaments cationiques et une couronne composée de PEG. Les propriétés des micelles DIM/CMDPEG ont été fortement dépendantes du degré de carboxyméthylation du bloc CMD. Les micelles de CMD-PEG de degré de carboxyméthylation du bloc CMD ≥ 60 %, ont incorporé jusqu'à 64 % en poids de DIM et ont résisté à la désintégration induite par les sels et ceci jusqu'à 400 mM NaCl. Par contre, les micelles de CMD-PEG de degré de carboxyméthylation ~ 30% avaient une plus faible teneur en médicament (~ 40 % en poids de DIM) et se désagrégeaient à des concentrations en sel inférieures (∼ 100 mM NaCl). Le copolymère de CMD-PEG qui a montré les propriétés micellaires les plus satisfaisantes a été sélectionné comme système de livraison potentiel de chlorhydrate de minocycline (MH) et d’antibiotiques aminoglycosidiques. Les micelles CMD-PEG encapsulantes de MH ou d’aminoglycosides ont une petite taille (< 200 nm de diamètre), une forte capacité de chargement (≥ 50% en poids de médicaments) et une plus longue période de relargage de médicament. Ces micelles furent stables en solution aqueuse pendant un mois; après lyophilisation et en présence d'albumine sérique bovine. De plus, les micelles ont protégé MH contre sa dégradation en solutions aqueuses. Les micelles encapsulant les drogues ont maintenu les activités pharmacologiques de ces dernières. En outre, les micelles MH réduisent l’inflammation induite par les lipopolysaccharides dans les cellules microgliales murines (N9). Les micelles aminoglycosides ont été quant à elles capable de tuer une culture bactérienne test. Toutefois les micelles aminoglycosides/CMDPEG furent instables dans les conditions physiologiques. Les propriétés des micelles ont été considérablement améliorées par des modifications hydrophobiques de CMD-PEG. Ainsi, les micelles aminoglycosides/dodecyl-CMD-PEG ont montré une taille plus petite et une meilleure stabilité aux conditions physiologiques. Les résultats obtenus dans le cadre de cette étude montrent que CMD-PEG copolymères sont des systèmes prometteurs de relargage de médicaments cationiques.

Études structurales d’interactions protéine/protéine impliquées dans l’érythropoïèse

Le développement hématopoïétique est régulé par l’action combinée de facteurs de transcription lignée spécifiques et de la machinerie transcriptionnelle de base, permettant ainsi l’expression de gènes en temps et lieu appropriés. Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l’étude structurale et fonctionnelle d’interactions décisives pour la régulation de l’expression de gènes et impliquant des domaines de transactivation (TAD). En effet, les interactions faisant intervenir les TAD d’activateurs permettent de réguler l’activation de la transcription de façon spécifique. La première étude présentée dans cette thèse relate l'identification et la caractérisation d'une nouvelle interaction entre deux facteurs de transcription : le facteur hématopoïétique GATA-1 et la protéine suppresseur de tumeur p53. En combinant des études in vitro par titrage calorimétrique en condition isotherme (ITC) et par spectroscopie RMN et des études in vivo, nous avons identifié et caractérisé cette nouvelle interaction. Il s'avère que le TAD de p53 et le domaine de liaison à l’ADN de GATA-1 sont les domaines minimaux requis pour la formation de ce complexe. L'inhibition de la voie p53 par GATA-1 s’est avérée être la conséquence majeure de cette interaction, permettant ainsi le maintien en vie des précurseurs érythrocytaires via l’inhibition de l’apoptose. Un deuxième type d’interaction a fait l’objet d’études : l’interaction entre divers TAD et la machinerie transcriptionnelle de base, plus spécifiquement avec le Facteur général de Transcription IIH (TFIIH). La structure des complexes constitués par la sous-unité Tfb1/p62 du facteur TFIIH en interaction avec le TAD viral de VP16 d’une part, et avec le TAD humain du facteur érythrocytaire « Erythroid Krüppel-like factor» (EKLF) d’autre part, ont été résolues par spectroscopie RMN. La structure du complexe Tfb1/VP16 a révélée que le mode de liaison de VP16 à Tfb1 est similaire au mode de liaison du TAD de p53 avec le même partenaire. En effet, les TAD de VP16 et de p53 forment tous deux une hélice α de 9 résidus en interaction avec Tfb1. En dépit de partager avec p53 et VP16 le même site de liaison sur Tfb1/p62, la structure RMN du complexe EKLF/Tfb1 démontre que le mode d’interaction de ce TAD se distingue du mode de liaison canonique des activeurs transcriptionnels. Etonnamment, EKLF adopte un mécanisme de liaison semblable au mécanisme de liaison du facteur général de transcription TFIIEα avec p62, leurs conformations demeurent étendues en interaction avec Tfb1/p62. En se basant sur nos données structurales, nous avons identifié un résidu dans le TAD d'EKLF décisif pour la formation du complexe EKLF/p62 : le Trp73. La mutation de cet acide aminé perturbe son interaction avec Tfb1PH/p62PH et réduit significativement l'activité transcriptionnelle d'EKLF dans les érythrocytes.

Études des interactions détergents/lipides dans les systèmes membranaires

Les liposomes sont des structures sphériques formés par l'auto-assemblage de molécules amphiphiles sous forme d'une bicouche. Cette bicouche sépare le volume intérieur du liposome du milieu extérieur, de la même manière que les membranes cellulaires. Les liposomes sont donc des modèles de membranes cellulaires et sont formulés pour étudier les processus biologiques qui font intervenir la membrane (transport de molécules à travers la membrane, effets des charges en surface, interactions entre la matrice lipidique et d'autres molécules, etc.). Parce qu'ils peuvent encapsuler une solution aqueuse en leur volume intérieur, ils sont aussi utilisés aujourd'hui comme nanovecteurs de principes actifs. Nous avons formulé des liposomes non-phospholipidiques riches en stérol que nous avons appelés stérosomes. Ces stérosomes sont composés d'environ 30 % d'amphiphiles monoalkylés et d'environ 70 % de stérols (cholestérol, Chol, et/ou sulfate de cholestérol, Schol). Quand certaines conditions sont respectées, ces mélanges sont capables de former une phase liquide ordonnée (Lo) pour donner, par extrusion, des vésicules unilamellaires. Certaines de ces nouvelles formulations ont été fonctionnalisées de manière à libérer leur contenu en réponse à un stimulus externe. En incorporant des acides gras dérivés de l’acide palmitique possédant différents pKa, nous avons pu contrôler le pH auquel la libération débute. Un modèle mathématique a été proposé afin de cerner les paramètres régissant leur comportement de libération. En incorporant un amphiphile sensible à la lumière (un dérivé de l’azobenzène), les liposomes formés semblent répondre à une radiation lumineuse. Pour ce système, il serait probablement nécessaire de tracer le diagramme de phase du mélange afin de contrôler la photo-libération de l’agent encapsulé. Nous avons aussi formulé des liposomes contenant un amphiphile cationique (le chlorure de cétylpyridinium). En tant que nanovecteurs, ces stérosomes montrent un potentiel intéressant pour la libération passive ou contrôlée de principes actifs. Pour ces systèmes, nous avons développé un modèle pour déterminer l’orientation des différentes molécules dans la bicouche. La formation de ces nouveaux systèmes a aussi apporté de nouvelles connaissances dans le domaine des interactions détergents-lipides. Aux nombreux effets du cholestérol (Chol) sur les systèmes biologiques, il faut ajouter maintenant que les stérols sont aussi capables de forcer les amphiphiles monoalkylés à former des bicouches. Cette nouvelle propriété peut avoir des répercussions sur notre compréhension du fonctionnement des systèmes biologiques. Enfin, les amphiphiles monoalkylés peuvent interagir avec la membrane et avoir des répercussions importantes sur son fonctionnement. Par exemple, l'effet antibactérien de détergents est supposé être dû à leur insertion dans la membrane. Cette insertion est régie par l'affinité existant entre le détergent et cette dernière. Dans ce cadre, nous avons voulu développer une nouvelle méthode permettant d'étudier ces affinités. Nous avons choisi la spectroscopie Raman exaltée de surface (SERS) pour sa sensibilité. Les hypothèses permettant de déterminer cette constante d’affinité se basent sur l’incapacité du détergent à exalter le signal SERS lorsque le détergent est inséré dans la membrane. Les résultats ont été comparés à ceux obtenus par titration calorimétrique isotherme (ITC). Les résultats ont montré des différences. Ces différences ont été discutées.

Étude du mécanisme de protection des spermatozoïdes de mammifères par le lait

Le lait écrémé est utilisé depuis plus d’un demi-siècle comme diluant protecteur des spermatozoïdes de mammifères. Depuis quelques années, il existe une demande grandissante pour des diluants exempts de produits d’origine animale. Toutefois, le mécanisme par lequel le lait protège les spermatozoïdes n’est pas connu, ce qui rend difficile de lui trouver un substitut. Les protéines majeures du plasma séminal de taureau, les protéines « Binder of SPerm » (BSP), sont néfastes lors de la conservation de la semence. Les spermatozoïdes sont en contact avec une grande concentration de protéines BSP qui stimulent une extraction continuelle de cholestérol/phospholipides de leur membrane plasmique. Les lipoprotéines de faible densité (LDL) du jaune d’oeuf, un autre composé utilisé dans les diluants, empêcheraient les protéines BSP de se lier à la membrane des spermatozoïdes de taureaux et de stimuler un efflux des lipides membranaires, ce qui les protégerait durant la conservation. Notre hypothèse était que les protéines du lait protègent les spermatozoïdes durant la conservation en séquestrant les protéines BSP. Premièrement, nous avons démontré par filtration sur gel qu’il y a une interaction entre les protéines BSP bovines et les protéines du lait. Le lait écrémé a été fractionné en trois fractions : F1 (alpha-lactalbumine, bêta-lactoglobuline et caséine kappa), F2 (toutes les protéines du lait) et F3 (sels, sucres et petits peptides). Les protéines BSP1 et BSP5 ont une affinité plus grande pour F1 que BSP3, tandis que toutes les protéines BSP ont une affinité pour F2. Le titrage calorimétrique isotherme a permis de confirmer l’interaction entre les protéines BSP et les protéines du lait. L’association entre la protéine BSP1 bovine et les micelles de caséines est caractérisée par une constante d’affinité (Ka) de 3.5 × 10^5 M-1 et un paramètre stoichiométrique (n) de 4,5 BSP1 pour une caséine. L’association entre la protéine BSP1 bovine et l’alpha-lactalbumine (une protéine du sérum principale), est caractérisée par un Ka de 2.4 × 10^5 M-1 et une valeur “n” de 0,8. Ces résultats indiquent que le lait protège les spermatozoïdes bovins en séquestrant les protéines BSP grâce à une interaction protéine : protéine, tandis que le jaune d’oeuf les protège grâce à une interaction protéine : lipoprotéine. Deuxièmement, nous avons démontré par filtration sur gel que les protéines homologues aux BSP bovines retrouvées dans le plasma séminal de porc, d’étalon et de bélier ont une affinité avec les protéines du lait, ce qui suggère que le mécanisme de protection des spermatozoïdes par le lait pourrait être le même chez ces espèces. Troisièmement, nous avons caractérisé l’interaction entre BSP1 bovine et les LDL du jaune d’oeuf qui a un Ka de 3.4 ± 0.4 × 10^6 M-1 et une valeur de « n » de 104 BSP1 pour une particule de LDL, indiquant qu’il existe des différences entre le mécanisme de protection des spermatozoïdes par le lait et le jaune d’oeuf. Nous croyons que les résultats présentés dans cette thèse aideront à créer de nouveaux diluants ne contenant pas de produits d’origine animale afin de cryoconserver les spermatozoïdes des mammifères.