alpha-Tocopherol's Antioxidant Role: A Biophysical Perspective

I present evidence of an antioxidant mechanism for vitamin E that correlates strongly with its physical location in a model lipid bilayer. These data address the overlooked problem of the physical distance between the vitamin's reducing hydrogen and lipid acyl chain radicals. The combined data from neutron diffraction, NMR and UV spectroscopy experiments, all suggest that reduction of reactive oxygen species and lipid radicals occurs specifically at the membrane's hydrophobic-hydrophilic interface. The latter is possible when the acyl chain adopts conformations in which they snorkel to the interface from the hydrocarbon matrix. Moreover, not all model lipids are equal in this regard, as indicated by the small differences in the vitamin's location. The present result is a clear example of the importance of lipid diversity in controlling the dynamic structural properties of biological membranes. Importantly, these results suggest that measurements of alpha-tocopherol oxidation kinetics, and its products, should be revisited by taking into consideration the physical properties of the membrane in which the vitamin resides.

Évaluation de la cytogénotoxicité humaine induite par l’exposition à de faibles doses de benzo-a-pyrène, à l’aide de biomarqueurs précoces

Le benzo-a-pyrène (BaP) est un hydrocarbure aromatique polycyclique (HAP) cancérogène pour l’homme, qui contamine toutes les sphères de notre environnement. Son métabolite, le BaP-7,8-diol-9,10-époxyde (BPDE) est considéré comme son cancérogène ultime. Le BPDE se lie à l’ADN, formant des adduits qui doivent être réparés et qui seraient responsables des dommages à l’ADN et de la cancérogenèse induite par le BaP. Les adduits BPDE-ADN et les dommages à l’ADN (bris simple-brin [BSB] à l’ADN, aberrations chromosomiques [AC], échanges entre chromatides-sœurs [ÉCS] et micronoyaux [MN]) ont été mesurés dans les lymphocytes humains exposés à de faibles concentrations de BaP, provenant de jeunes volontaires non-fumeurs et en santé. Suite à l’exposition au BaP, le niveau d’adduits BPDE-ADN et la fréquence des AC et des MN augmentent significativement, puis diminuent aux concentrations les plus élevées de BaP testées, suggérant une induction du métabolisme de phase II du BaP. Lors de la mesure des ÉCS, nous obtenons une courbe dose-réponse linéaire, indiquant la production d’un autre type de lésions devant être réparées par le système de réparation par recombinaison homologue. Ces lésions pourraient être des bris à l’ADN ou des bases oxydées (8-OH-dG), ce qui est suggéré par l’analyse des corrélations existant entre nos biomarqueurs. Par ailleurs, la comparaison de la courbe dose-réponse des hommes et des femmes montre que des différences existent entre les sexes. Ainsi, les ÉCS, les AC et les MN sont significativement augmentés chez les hommes à la plus faible concentration de BaP, alors que chez les femmes cette augmentation, quoique présente, est non significative. Des différences interindividuelles sont également observées et sont plus importantes pour les adduits BPDE-ADN, les MN et les AC, alors que pour les ÉCS elles sont minimes. Les analyses statistiques effectuées ont permis d’établir que quatre facteurs (niveau d’exposition au BaP, adduits BPDE-ADN, fréquence des AC et nombre de MN par cellule micronucléée) expliquent jusqu’à 59 % de la variabilité observée dans le test des ÉCS, alors qu’aucun facteur significatif n’a pu être identifié dans le test des AC et des MN. L’analyse du mécanisme de formation de nos biomarqueurs précoces permet de suggérer que les bris à l’ADN et les bases oxydées devraient être classées comme biomarqueurs de dose biologique efficace, au sein des biomarqueurs d’exposition, dans le continuum exposition-maladie du BaP, étant donné qu’ils causent la formation des biomarqueurs de génotoxicité (ÉCS, AC et MN). Par ailleurs, le test des AC et des MN ont permis de confirmer l’action clastogénique du BaP en plus de mettre en évidence des effets aneugènes affectant surtout la ségrégation des chromosomes lors de la division cellulaire. Ces effets aneugènes, reliés à l’étape de progression dans la cancérogenèse, pourraient être particulièrement importants puisque l’exposition au BaP et aux HAP est chronique et dure plusieurs années, voire des décennies. La compréhension des mécanismes régissant la formation des biomarqueurs étudiés dans cette étude, ainsi que des relations existant entre eux, peut être appliquée à de nombreux contaminants connus et émergents de notre environnement et contribuer à en évaluer le mode d’action.

Étude du continuum exposition-effet cancérogène du benzo[a]pyrène

Le benzo[a]pyrène (BaP) est un contaminant environnemental de la famille des hydrocarbures aromatiques polycycliques ayant été classé cancérogène chez l’humain. Cependant, la relation entre l’exposition et les effets est toujours mal documentée. L’objectif de cette thèse était de mieux documenter la relation quantitative entre l’exposition au BaP, l’évolution temporelle des biomarqueurs d’exposition et l’apparition d’altérations biologiques précoces, à partir d’études expérimentales chez le rat. Dans un premier temps, nous avons déterminé l’effet de 4 doses de BaP (0.4, 4, 10 et 40 µmol/kg) sur plusieurs biomarqueurs d’exposition (3- et 7-OHBaP, 4,5- et 7,8-diolBaP, BaPtétrol et 1,6-, 3,6- et 7,8-diones-BaP), les adduits à l’ADN et l’expression de gènes impliqués dans le métabolisme du BaP, la réparation de l’ADN et le stress oxydatif. Le BaP et ses métabolites ont été mesurés dans le sang, les tissus et les excrétas, 8 h et 24 h après l’administration intraveineuse de BaP par chromatographie liquide à ultra haute performance (UHPLC) couplée à la fluorescence. Les adduits à l’ADN ont été quantifiés dans les poumons par immuno-essai en chémoluminescence. L’expression des gènes dans les poumons a été réalisée par PCR quantitative en temps réel (qRT-PCR). Les résultats ont révélé une bonne relation dose-excrétion pour le 3-OHBaP, le 4,5-diolBaP et le 7,8-diolBaP et ils ont également renforcé l’utilité du 4,5-diolBaP comme potentiel biomarqueur du BaP en plus du 3-OHBaP. De plus, l’augmentation dose-dépendante de la formation des adduits et de l’expression de certains gènes impliqués dans le métabolisme et le stress oxydatif a suggéré l’intérêt de ces derniers comme biomarqueurs d’effet précoce. Dans un second temps, nous avons évaluer le profil cinétique des biomarqueurs en lien avec la modulation temporelle de la formation des adduits à l’ADN et de l’expression génique, en utilisant la dose de 40 µmol/kg de BaP telle qu’établie dans l’étude précédente, avec une série de mesures sur une durée de 72 h après l’injection intraveineuse de BaP. Il est apparu que le 3- et le 7-OHBaP ainsi que le 4,5- et le 7,8-diolBaP semblaient être de bons biomarqueurs d'exposition; les hydroxyBaP et diolBaP présentaient des cinétiques différentes, mais tous ces métabolites étaient corrélés de façon significative aux adduits BaPDE dans les poumons. L’expression de certains gènes et l’étude de leur profil cinétique a également permis de faire des liens avec la formation des adduits et de mieux comprendre le métabolisme du BaP. Après ces résultats, il semblait alors logique de s’intéresser à l’effet de la voie d’exposition dans un context d’exposition multiple de la population. Les données mesurées dans le sang et les excréta, après administration de 40 µmol/kg de BaP par voie intraveineuse, intratrachéale, orale, et cutanée, ont encore une fois montré l'intérêt de mesurer plusieurs métabolites pour l’évaluation de l’exposition en raison des différences en fonction de la voie d’administration du composé et des différences dans la cinétique de plusieurs biomarqueurs, notamment entre les hydroxy (3- et 7-OHBaP) et les diols-BaP (4,5- et 7,8-diolBaP). Les résultats suggèrent aussi que la mesure de ratios de concentrations de différents métabolites pourrait aider à indiquer le moment et la principale voie d’exposition. Ces données ont permis une meilleure compréhension du continuum entre l’exposition et les effets.

Diversité des organismes endophytes dans les racines de plantes poussant en milieu contaminé en hydrocarbures

Les champignons endophytes sont des organismes qui vivent à l’intérieur de plantes sans causer de symptômes de maladie apparents. Ils sont trouvés dans virtuellement toutes plante, et la nature des interactions peut aller de mutualiste à pathogène dépendant des conditions. La diversité et la structure des communautés des champignons endophytes dans les plantes poussant en milieu extrêmement pollué, ainsi que leur rôle potentiel pour améliorer la phytorémédiation, demeurent peu compris. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés aux communautés de champignons endophytes de racines de deux espèces de plantes (Eleocharis erythropoda et Populus sp.). Ces espèces poussaient de manière spontanée dans trois bassins de sédimentation d’un ancienne usine pétro-chimique ayant des niveaux de contaminations différents, en utilisant à la fois une approche d’isolation d’organisme ainsi que des analyses de pyroséquençage de l’ITS d’ADN ribosomal. Nos résultats indiquent que les niveaux de contamination ont un effet significatif sur la composition taxonomique des champignons endophytes des racines de E. erythropoda. Une majorité des données de séquences appartiennent à la classe des Dothideomycetes dans les échantillons de forte concentration en hydrocarbures pétroliers, dont une majorité appartient au genre Alternaria. La comparaison des données d’isolation et de pyroséquençage suggère que l’isolation de souches ne permet pas l’obtention des souches les plus représentées dans les données de pyroséquençage. Ces résultats pourront potentiellement aider à l’élaboration de stratégies pour améliorer la phytorémédiation en utilisant les champignons endophytes.

Agrégation de tensioactifs anioniques à une interface solide-aqueux induite par l'oxydation d'une monocouche auto-assemblée de ferrocenylalkanethiolates

L'oxydoréduction des monocouches auto-assemblées («Self-assembled monolayers ou SAMs) de ferrocenyldodecanethiolates sur une surface d'or (Fc(CH2)12SAu) dans des solutions aqueuses de n-alkyle sulfate de sodium (6, 8, 10 et 12 atomes de carbone) est étudiée par spectroscopie de résonance des plasmons de surface («Surface Plasmons Resonance ou SPR) couplée avec de la voltampérométrie cyclique (VC). La technique SPR est utilisée pour suivre en temps réel l'adsorption des tensioactifs en fonction du potentiel appliqué. Elle permet de quantifier l'épaisseur et le recouvrement des molécules adsorbées pour déterminer l'organisation des tensioactifs anioniques sur la SAM. La VC est utilisée afin de caractériser l'oxydation du groupement ferrocène en présence des n-alkyle sulfate de sodium qui s'associent à la SAM grâce à l'appariement entre le ferrocénium et le groupement sulfate. Des mélanges binaires d'alkylesulfates de différentes compositions sont utilisés dans le but de déterminer l'organisation induite par une réaction d'oxydoréduction. L'effet de la longueur de la chaîne d'hydrocarbures sur la quantité de tensioactifs anioniques adsorbés ainsi que les affinités relatives d'appariement des anions alkyle sulfate aux ferrocéniums sont rapportés dans ce mémoire. Ces surfaces électrosensibles permettront la détection de molécules amphiphiles et la compréhension du comportement de mélanges binaires de tensioactifs. Ainsi, ces travaux apporteront une avancée sur la modulation électrochimique de l'organisation de matériaux sur des substrats solides basée sur l'appariement d'ions.

Geochemistry of Rare Erath Elements and Trace Metals along the Western Continental Shelf of India

Rare earth elements have occupied an important role in marine geochemical research, particularly as used in the format of REE abundance patterns to describe the geochemical pathways in marine sedimentation and authigenesis. This study concentrates on the distribution pattern of Rare earth elements in the sediments, behavior of Eu and Ce with respect to their occurrence in multiple oxidation states. It also concentrate the depth wise variation of sediment REEs from near shore areas (30m) to deeper depths 200m) in the Arabian Sea. It includes the downcore variation of REEs and other trace elements in the sediment cores and a comparison between the REE distributions of Arabian Sea sediment with the sediments of Andaman Sea. The study gives a general introduction regarding the importance of RRE studies, its occurrence and abundance, electronic configuration, lanthanide contraction, oxidations states and REE supply to the ocean, seawater and sediments.

Science and technology of rubber reclamation with special attention to NR-based waste latex products

A comprehensive overview of reclamation of cured rubber with special emphasis on latex reclamation is depicted in this paper. The latex industry has expanded over the years to meet the world demands for gloves, condoms, latex thread, etc. Due to the strict specifications for the products and the unstable nature of the latex as high as 15% of the final latex products are rejected. As waste latex rubber (WLR) represents a source of high-quality rubber hydrocarbon, it is a potential candidate for generating reclaimed rubber of superior quality. The role of the different components in the reclamation recipe is explained and the reaction mechanism and chemistry during reclamation are discussed in detail. Different types of reclaiming processes are described with special reference to processes, which selectively cleave the cross links in the vulcanized rubber. The state-of-the-art techniques of reclamation with special attention on latex treatment are reviewed. An overview of the latest development concerning the fundamental studies in the field of rubber recycling by means of low-molecular weight compounds is described. A mathematical model description of main-chain and crosslink scission during devulcanization of a rubber vulcanizate is also given.

Effect of Diphenyldisulfides with Different Substituents on the Reclamation of NR Based Latex Products

The latex industry has expanded over the years to meet the world demands for gloves, condoms, latex thread etc. Because of the strict specifications for the products and the unstable nature of the latex, as high as 15%, of the final latex products are rejected. Since waste latex rubber (WLR) represents a source of high quality rubber hydrocarbon, it is a potential candidate for generating reclaimed rubber of superior quality. Two types of WLR with different amounts of polysulfidic bridges are used in these experiments, which are reclaimed with variation of the concentration of the reclaiming agents, the reclamation temperature and time, Di phenyldisultide, 2-aminophenyldisulfide and 2,2'-dibenzamidodiphenyldisulfide (DBADPDS) are used as reclaiming agents, and the effect of diphenyldisulfides (DPDS) with different substituents, on the reclamation efficiency of WLR is investigated. A kinetic study of the reclamation reaction with the three reclaiming agents is done. The reaction rates and activation energies are calculated and compared with literature values. The comparative study of the three different reclaiming agents shows that (DBADPDS) is able to break the crosslinks at temperature levels 20'C below the temperature levels normally used with DPDS. Another advantage of this reclaiming agent is the reduced smell during the reclamation process and of the final reclaims, one of the most important shortcomings of other disulfides used for this purpose.

The utilisation of latex reclaim rubber in natural rubber

Scrap latex products contain rubber hydrocarbon of very high quality, that is only slightly crosslinked. A novel economic technique for converting such latex waste into a processible material is developed. This paper reports the effect of adding this latex reclaim to natural rubber. It is shown that latex reclaim can replace raw natural rubber up to about 50 wt.% without affecting mechanical properties.

The Utilization of Waste Latex Products in Styrene-Butadiene Rubber

Waste latex products are converted to a processabto material by a novel economical process developed in our laboratory , It contains rubber hydrocarbon of very high quality and Is lightly cross -linked. Styrene-butadlene rubber is mixed with latex reclaim In different proportions . The mechanical properties are found to be improved up to 60 percent replacement of styrene-butadlene rubber by latex reclaim . The curing of styrene-butadiene rubber Is found to be accelerated by the addition of latex reclaim. The processablllty study shows that the blends can be processed similar to SBRINR blends.

Studies on the Rheology and the Mechanical Properties of Thermoplastic Elastomer from Latex Product Waste and High Density Polyethylene

Latex waste products contain rubber hydrocarbon of very high quality, which is only lightly cross linked. Selected wastes such as thread waste and glove waste were modified into processable materials by a novel economic process and thermoplastic elastomers were prepared by blending these modified waste materials with high density polyethylene in various proportions. The mechanical properties as well as the rheological behaviour of these blends were evaluated and compared with those of the natural rubber-high density polyethylene blends.

Studies on the Utilisation of Rubber Reclaim in Elastomers

The thesis describes utilisation of reclaimed rubber, Whole Tyre Reclaim (WTR) produced from bio non- degradable solid pollutant scrap and used tyres. In this study an attempt has made to optimize the substitution of virgin rubber with WTR in both natural and synthetic rubber compounds without seriously compromising the important mechanical properties. The WTR is used as potent source of rubber hydrocarbon and carbon black filler. Apart from natural rubber (NR), Butadiene rubber (BR), Styrene butadiene rubber (SBR), Acrylonitrile butadiene rubber (NBR) and Chloroprene rubber (CR) were selected for study, being the most widely used general purpose and specialty rubbers. The compatibility problem was addressed by functionalisation of WTR with maleic anhydride and by using a coupling agent Si69.The blends were systematically evaluated with respect to various mechanical properties. The thermogravimetric analyses were also carried out to evaluate the thermal stability of the blends.Mechanical properties of the blends were property and matrix dependant. Presence of reinforcing carbon black filler and curatives in the reclaimed rubber improved the mechanical properties with the exception of some of the elastic properties like heat build up, resilience, compression set. When WTR was blended with natural rubber and synthetic rubbers, as the concentration of the low molecular weight, depolymerised WfR was increased above 46-weight percent, the properties deteriorates.When WTR was blended with crystallizing rubbers such as natural rubber and chloroprene rubber, properties like tensile strength, ultimate elongation were decreased in presence of WTR. Where as in the case of blends of WTR with non-crystallizing rubbers reinforcement effect was more prominent.The effect of functionalisation and coupling agent was studied in three matrices having different levels of polarity(NBR, CR and SBR).The grafting of maleic anhydride on to WTR definitely improved the properties of its blends with NBR, CR and SBR, the effect being prominent in Chloroprene rubber.Improvement in properties of these blends could also achieved by using a coupling agent Si69. With this there is apparent plasticizing effect at higher loading of the coupling agent. The optimum concentration of Si69 was 1 phr for improved properties, though the improvements are not as significant as in the case of maleic anhydride grafting.Thermal stability of the blend was increased by using silane-coupling agent.

Oligo(p-Phenylenevinylene) Derived Organogels: A Novel Class of Functional Supramolecular Materials

The main objective of the present study is to have a detailed investigation on the gelation properties, morphology and optical properties of small π-conjugated oligomers. For this purpose we have chosen oligo(p-phenylenevinylene)s (OPVs), a class of molecules which have received considerable attention due to their unique optical and electronic properties. Though a large number of reports are available in the literature on the self-assembly properties of tailor made OPVs, none of them pertain to the design of nanostructures based on organogels. In view of this, we aimed at the creation of functional chromophoric assemblies of π-conjugated OPVs through the formation of organogels, with the objective of crafting nanoscopic assemblies of different size and shape thereby modulating their optical and electronic properties.In order to fulfill the above objectives, the design and synthesis of a variety of OPVs with appropriate structural variations were planned. The design principle involves the derivatization of OPVs with weak H-bonding hydroxymethyl end groups and with long aliphatic hydrocarbon side chains. The noncovalent interactions in these molecules were expected to lead the formation of supramolecular assembly and gels in hydrocarbon solvents. In such an event, detailed study of gelation and extensive analysis of the morphology of the gel structures were planned using advanced microscopic techniques. Since OPVs are strongly fluorescent molecules, gelation is expected to perturb the optical properties. Therefore, detailed study on the gelation induced optical properties as a way to probe the nature and stability of the selfassembly was planned. Apart from this, the potential use of the modulation of the optical properties for the purpose of light harvesting was aimed. The approach to this problem was to entrap an appropriate energy trap to the OPV gel matrix which may lead to the efficient energy transfer from the OPV gel based donor to the entrapped acceptor. The final question that we wanted to address in this investigation was the creation of helical nanostructures through proper modification of the OPV backbone With chiral handles.The present thesis is a detailed and systematic approach to the realization of the above objectives which are presented in different chapters of the thesis.

Studies on Latex Reclaim and its Blends

The primary aim of this work has been to develop a cost effective process that can be operated at room temperature for developing latex reclaim with superior mechanical properties. With this objective in mind the researcher proposes to study the reclaiming action of four different chemicals on latex products waste. Waste latex products are chosen because it has a higher potential to generate good quality rubber hydrocarbon since all latex products are based on either high quality concentrated latex or creamed latex. Moreover, all latex products are only lightly crosslinked and not masticated and hence not mechanically degraded. The author also proposes to fully explore the possible application of latex reclaim in various fields..

Production of latex reclaim and its utilisation in polymer blends

The overall objective of the present study was to develop a novel and economic reclaiming process that does not adversely affect the quality of rubber and to investigate methods of utilising the reclaim. Since waste latex products represent a potential source of high quality rubber hydrocarbon, it was decided to develop a process based on such latex wastes. The study revealed that latex reclaim could replace raw natural rubber upto about 50 per cent of its weight without any serious deterioration in mechanical properties.