Tesis sobre el tema "Oligo- polysaccharides"

Les polymères dynamiques ont la particularité d’être composés de monomères liés entre eux par des liaisons covalentes ou non et dont la formation est réversible dans certaines conditions. Leur structure et leurs propriétés sont donc susceptibles de s’adapter avec les conditions dans lesquelles ils sont placés, et cela même après la polymérisation. Les polysaccharides sont formés par des séquences de saccharides connectés entre eux par des liaisons glycosidiques. Si on remplace cette liaison glycosidique par un lien covalent réversible, comme la fonction imine, on obtient alors un analogue dynamique d’un polysaccharide. Notre but a été de préparer des analogues dynamiques de polysaccharides naturels basés sur la formation réversible d’imines (hydrazones, oximes). Différents types de monomères ont été synthétisés par fonctionnalisations de saccharides ou d’oligosaccharides naturels (glycosylations, oxydations, protections et déprotections sélectives,…)
Reversible polymers, or dynamic polymers, result from the reversible association of monomers using covalent (dynamic covalent polymers) or non covalent (supramolecular polymers) chemical bonds. As the polymerisation is reversible, the structure, the molecular weight distribution, and the composition of the polymer are susceptible to evolve even after polymerisation. According to their dynamic character this polymers are adaptative and can respond to an external stimuli (temperature, pH, presence of a molecular target) by a constitutional change, and so they can be considered as smart materials. Our goal was to prepare dynamic covalent polymers, based on reversible imine bonds formation (hydrazones or oximes), that are analogs of natural polysaccharides. This dynamic glycopolymers could be interesting as materials, and have biorecognition properties combined with the possibility to adapt their sequence and composition in presence of a biological target

Carbohydrates are a complex group of biomolecules with a high structural diversity. Their almost omnipresent occurrence has generated a broad field of research in both biology and chemistry. This thesis focuses on three different aspects of carbohydrate chemistry, synthesis, structure elucidation and the conformational analysis of carbohydrates.

The first paper describes the synthesis of a penta- and a tetrasaccharide related to the highly branched capsular polysaccharide from Streptococcus pneumoniae type 37. In the second paper, the structure of the O-antigenic repeating unit from the lipopolysaccharide of E. coli 396/C1 was determined along with indications of the structure of the biological repeating unit. In addition, its structural and immunological relationship with E. coli O126 is discussed. In the third paper, partially protected galactopyranosides were examined to clarify the origin of an intriguing ⁴J_HO,H coupling, where a W-mediated coupling pathway was found to operate. In the fourth paper, the conformation of methyl a-cellobioside is studied with a combination of molecular dynamics simulations and NMR spectroscopy. In addition to the expected syn-conformation, detection and quantification of anti-ø and anti-ψ conformers was also possible.

The focus of this thesis is to examine the structural properties of polysaccharides produced by bacteria, as well as the dynamic and conformational behavior of a synthetically derived oligosaccharide. The primary structures of the O-polysaccharide repeating units of four different Escherichia coli (E. coli) strains, namely O175, O177, O103 and TD2158, as well as the first report of a capsular polysaccharide produced by lactic acid bacteria Leuconostoc mesenteroides ssp. cremoris PIA2 are reported in paper I–V. Structural analyses have been performed using a combination of nuclear magnetic resonance spectroscopy and chemical component analysis. The elucidated structures in paper I–III, as well as paper V, are composed of linear repeating units of varying composition and length. In paper IV, the structure of the O-polysaccharide repeating unit of E. coli TD2158 is determined to be a branched hexasaccharide structure with a heterogeneous substitution pattern, with either a β-GlcpNAc or β-Glcp residue branching to the backbone chain. Incubation with bacteriophage HK620 tailspike protein shows that the polysaccharide is selectively cleaved at the α-GlcpNAc-(1→2)-α-Rhap-linkage of the backbone chain, yielding a 9:1 ratio of β-GlcpNAc/β-Glcp containing hexasaccharides after digestion. In paper VI the conformational properties of a trisaccharide, which constitutes an internal epitope of the LeaLex hexasaccharide over-expressed on the surface of squamous lung cancer cells, have been analyzed using NMR spectroscopy and molecular dynamics simulations. The β-(1→3)-linkage of the trisaccharide was shown to be highly flexible.

At the time of the doctoral defense, the following papers were unpublished and had a status as follows: Paper 4: Submitted. Paper 6: Submitted.

Xyloglucans are polysaccharides found as storage polymers in seeds and tubers, and as cross-linking glycans in the cell wall of plants. Their structure is complex with intricate branching patterns, which contribute to the physical properties of the polysaccharide including its binding to and interaction with other glycans such as cellulose.

Xyloglucan is widely used in bulk quantities in the food, textile and paper making industries. With an increasing interest in technically more advanced applications of xyloglucan, such as novel biocomposites, there is a need to understand and control the properties and interactions of xyloglucan with other compounds, to decipher the relationship between xyloglucan structure and function, and in particular the effect of different branching patterns. However, due to the structural heterogeneity of the polysaccharide as obtained from natural sources, relevant studies have not been possible to perform in practise. This fact has stimulated an interest in synthetic methods to obtain xyloglucan mimics and analogs with well-defined structure and decoration patterns.

Glycosynthases are hydrolytically inactive mutant glycosidases that catalyse the formation of glycosidic linkages between glycosyl fluoride donors and glycoside acceptors. Since its first conception in 1998, the technology is emerging as a useful tool in the synthesis of large, complex polysaccharides. This thesis presents the generation and characterisation of glycosynthases based on xyloglucanase scaffolds for the synthesis of well-defined homogenous xyloglucan oligo- and polysaccharides with regular substitution patterns.

Ce travail de thèse décrit la préparation et l'étude des propriétés d'auto-assemblage de nouveaux amphiphiles fonctionnalisés par des sucres. Des glycosides propargyliques du lactose et de la N-acétyl-glucosamine ont été conjugués par chimie click (cycloaddition de Huisgen catalysée par des sels de cuivre) à des dérivés de poly(ethyleneglycol) dont une des extrémités a au préalable été modifiée par une fonction azide et l'autre par un bloc hydrophobe de type polyphénylène ou bien aliphatique. Après une caractérisation par résonance magnétique nucléaire et spectrométrie de masse, les propriétés d'auto-assemblage de ces amphiphiles ont été étudiées par diffusion dynamique de la lumière (DLS), diffraction des rayons-X aux petits angles (SAXS) et microscopie électronique. Il a été montré qu'en phase aqueuse, les systèmes amphiphiles dérivés du PEG 900 s'auto-assemblent pour former de micelles de taille extrêmement régulière dont le diamètre moyen est de l'ordre de 10 nm. La présence et la biodisponibilité des sucres à la surface de ces nanoparticules ont également pu être démontrées par diffusion dynamique de la lumière avec les lectines PNA et WGA. Les interactions spécifiques observées entre les lectines et micelles associées aux propriétés d'encapsulation de ce type de nanoparticules permettent d'imaginer de futures applications pour la délivrance de médicaments ou encore l'imagerie médicale
This thesis reports the preparation and characterization of new rod-coil amphiphiles functionalized with oligo- and polysaccharides through Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition reactions between species functionalized by an azide group on one side and an terminal alkyne on the other catalyzed by copper. The amphiphiles were synthesized and characterized based on different hydrophobic parts conjugated with the polymer poly(ethylene oxide) PEO with a hydrophilic spacer arm and the oligo- and polyssaccharides 2-propargyl-2-acetamido-2-deoxy-β-D-glucopyranose (GlcNAc) and propargyl β-D-galactopyranosyl-(14)-β-D-glucopyranose (Lac). The amphiphiles synthesized were characterized in terms of their chemical structure and composition through nuclear magnetic resonance (NMR), Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, mass spectroscopy (MALDI-TOF-MS and ESI-MS) and high resolution mass spectroscopy (HRMS). After the dissolution in water, the amphiphiles self-associate in highly regular micelles with an average diameter of 2RH ~ 10 nm. Dynamic light scattering (DLS), transmission electron microscopy (TEM) and small angle x-ray scattering (SAXS) were used in order to investigate the structure and dynamics of these saccharide amphiphiles. The presence of carbohydrate epitopes on the surface of the micelles and their bioavailability for the segmentation of lectin were also demonstrated by DLS. Specific interactions of GlcNAc and Lac residues with lectins from wheat germ agglutinin (WGA) and peanut agglutinin (PNA), respectively, reveal the potential applications of such amphiphilic derivatives of carbohydrates as vectorizing systems, both simple and specific to a drug delivery site

Ce travail de thèse décrit la préparation et l'étude des propriétés d'auto-assemblage de nouveaux amphiphiles fonctionnalisés par des sucres. Des glycosides propargyliques du lactose et de la N-acétyl-glucosamine ont été conjugués par chimie click (cycloaddition de Huisgen catalysée par des sels de cuivre) à des dérivés de poly(ethyleneglycol) dont une des extrémités a au préalable été modifiée par une fonction azide et l'autre par un bloc hydrophobe de type polyphénylène ou bien aliphatique. Après une caractérisation par résonance magnétique nucléaire et spectrométrie de masse, les propriétés d'auto-assemblage de ces amphiphiles ont été étudiées par diffusion dynamique de la lumière (DLS), diffraction des rayons-X aux petits angles (SAXS) et microscopie électronique. Il a été montré qu'en phase aqueuse, les systèmes amphiphiles dérivés du PEG 900 s'auto-assemblent pour former de micelles de taille extrêmement régulière dont le diamètre moyen est de l'ordre de 10 nm. La présence et la biodisponibilité des sucres à la surface de ces nanoparticules ont également pu être démontrées par diffusion dynamique de la lumière avec les lectines PNA et WGA. Les interactions spécifiques observées entre les lectines et micelles associées aux propriétés d'encapsulation de ce type de nanoparticules permettent d'imaginer de futures applications pour la délivrance de médicaments ou encore l'imagerie médicale.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Stockholms universitet, 2010.
At the time of the doctoral defense, the following papers were unpublished and had a status as follows: Paper 4: Manuscript. Paper 5: Manuscript.

Hydrolyse de polymeres solubles (di-, tri-, oligosaccharides) ou insolubles (cellulose-beta -mannane, chitine) en presence de polymeres acides solubles ou insolubles. Emploi de resines acides solubles ou insolubles comme agent de deshydratation du fructose pour obtenir l'hydroxymethyl-5 furfural

La durabilité des matériaux est leur capacité à résister dans le temps à l'influence de divers facteurs tels que la température, l'humidité, la rupture, tout en conservant leurs caractéristiques.Les matériaux polymères durables sont la solution contre la pollution de l'environnement. Dans ce contexte, le développement de matériaux polymères durables basés sur des composés biodégradables, que l'on trouve en abondance dans la nature, même à partir de déchets industriels, et qui ont également un faible prix de revient, est une alternative possible aux matériaux basés sur des composés fossiles, qui sont toxiques. En même temps, l'utilisation d'un minimum de produits chimiques est un atout pour la production à grande échelle par les industries. En outre, l'obtention de propriétés avantageuses dans ces conditions, adaptées à certains types d'applications, ajoute de la valeur, ce qui recommande leur utilisation par rapport aux matériaux toxiques.Les oligo- et polysaccharides constituent une matière première appropriée qui pourrait être exploitée dans la conception de matériaux polymères durables. Leur utilisation a déjà suscité un réel intérêt de la part des chercheurs, mais leur application au niveau industriel se heurte à un certain nombre de difficultés : des procédés technologiques inadaptés et de la consommation élevée de solvants et de produits chimiques au coût élevé de l'obtention, du recyclage et de la réutilisation des matériaux, conformément à une économie circulaire, essentielle dans l'approche de la protection de l'environnement. Cette économie circulaire consiste à prolonger le cycle de vie des matériaux en réduisant les déchets. Elle privilégie la réparation, la réutilisation et le recyclage des matériaux le plus longtemps possible. Cette thèse de doctorat présente les résultats obtenus par la synthèse, la caractérisation et le test de matériaux durables à base d'oligo- et de polysaccharides.L'objectif global de la thèse de doctorat est de développer des matériaux durables qui intègrent et exploitent des composés non toxiques, renouvelables, respectueux de l'environnement, bon marché et abondants dans la nature tels que les oligo- et polysaccharides dans une économie circulaire.Les principaux axes de recherche développés dans la thèse sont:- Valorisation de la β-cyclodextrine, de la catégorie des oligosaccharides, et du chitosane, de la catégorie des polysaccharides, dans des systèmes de matériaux durables;- Développement de tels matériaux durables, en utilisant également un minimum d'étapes et un nombre réduit de composés et de solvants respectueux de l'environnement;- Utilisation, en particulier, du chitosane sous forme solide (poudre) pour optimiser les propriétés mécaniques et thermiques des systèmes;- Obtention de propriétés matérielles améliorées par l'introduction d'oligo- et de polysaccharides, par rapport aux systèmes de référence, pour les systèmes à base de chitosane: amélioration des caractéristiques mécaniques et thermiques, et pour les systèmes à base de β-cyclodextrine: optimisation de l'adsorption de divers polluants tels que les antibiotiques, les colorants organiques, les métaux lourds;- Augmenter le potentiel d'application des matériaux dans divers domaines tels que le biomédical, l'emballage alimentaire, les revêtements époxy, l'aérospatiale, en raison des avantages que possèdent les oligo- et les polysaccharides ;- Vérifier la recyclabilité des nanomatériaux à base de β-cyclodextrine afin d'améliorer la durabilité des matériaux
The durability of materials is their ability to withstand over time the influence of various factors such as temperature, humidity and breakage while maintaining their characteristics.Durable polymer materials are the solution to environmental pollution. In this context, the development of sustainable polymer materials based on biodegradable compounds, which are abundant in nature, even from industrial waste, and which also have a low cost price, is a possible alternative to materials based on fossil compounds, which are toxic. At the same time, the use of minimal chemicals is an advantage for large-scale production by industries. In addition, obtaining advantageous properties under these conditions, tailored to certain types of applications, brings added value, which recommends their use over toxic materials.Oligo- and polysaccharides represent a suitable raw material that could be exploited in the design of durable polymeric materials. Their use has already aroused real interest among researchers, but their industrial application faces a number of difficulties: from inadequate technological processes and high consumption of solvents and chemicals to the high costs of obtaining, recycling and reusing materials, in line with a circular economy, which is essential in addressing environmental protection. This circular economy is about extending the life cycle of materials by reducing waste. by promoting the repair, reuse and recycling of materials for as long as possible. This PhD thesis presents the results obtained from the synthesis, characterisation and testing of sustainable oligo- and polysaccharide-based materials.The overall objective of the PhD thesis is to develop durable materials that incorporate and exploit non-toxic, renewable, environmentally friendly, cheap and naturally abundant compounds such as oligo- and polysaccharides in a circular economy.The main research directions developed in the thesis are:- Valorisation of β-cyclodextrin, from the oligosaccharide category, and chitosan, from the polysaccharide category, in sustainable material systems;- Development of such sustainable materials using a minimum number of steps and a reduced number of compounds and solvents;- The use, in particular, of chitosan in solid (powder) form to optimise the mechanical and thermal properties of the systems;- Achieving improved mechanical and thermal properties of the materials by introducing oligo- and polysaccharides, compared to reference systems, for chitosan-based systems, and for β-cyclodextrin-based systems: optimised adsorption of various pollutants such as antibiotics, organic dyes, heavy metals;- increased application potential of materials in various fields such as biomedical, food packaging, epoxy coatings, aerospace, due to the advantages of oligo- and polysaccharides;- Testing the recyclability of β-cyclodextrin-based nanomaterials to improve material durability

Le travail est mene pour developper la methode de production de l'acide lactique par voie chimique (par degradation des monosaccharides, di-, et polysaccharides en milieu basique). Le but de cette recherche est de minimiser le temps de production, l'espace de production et ameliore le rendement de conversion d'acide lactique. L'etude cinetique de la transformation des sucres en acide lactique a ete realise en milieu douce. L'amelioration de la conversion des sucres est fait par l'utilisation d'un modele de tendance stoechiometrie et un modele statistique pour atteindre le rendement de conversion en acide lactique de 80%. Un procede semi-continu est propose pour la conversion des sucres en acide lactique avec un rendement massique de 87% a partir du fructose. Un procede compact base sur un contacteur gaz/liquide a ete realise pour la transformation alcaline des sucres et des hemicelluloses en acide lactique. La conversion des monosaccharides et disaccharides dans ces conditions atteint au rendement maximale de 89% pour le fructose. Un plan d'experience du type doehlert est utilise pour etudier les effets de i) la temperature du reacteur, et ii) le temps de sejour, sur la conversion des hemicelluloses en acide lactique. Les resultats montrent que la conversion des hemicelluloses sont possibles et des rendements massique d'acide lactique de 22% et 37% sont obtenus aux conditions experimentales les plus favorables d'apres le modele developpe.

Doutoramento em Bioquímica
Os polissacarídeos são os componentes maioritários dos grãos de café verde e torrado e da bebida de café. Os mais abundantes são as galactomananas, seguindo-se as arabinogalactanas. Durante o processo de torra, as galactomananas e arabinogalactanas sofrem modificações estruturais, as quais estão longe de estar completamente elucidadas devido à sua diversidade e à complexidade estrutural dos compostos formados. Durante o processo de torra, as galactomananas e arabinogalactanas reagem com proteínas, ácidos clorogénicos e sacarose, originando compostos castanhos de alto peso molecular contendo nitrogénio, designados de melanoidinas. As melanoidinas do café apresentam diversas atividades biológicas e efeitos benéficos para a saúde. No entanto, a sua estrutura exata e os mecanismos envolvidos na sua formação permanecem desconhecidos, bem como a relação estrutura-atividade biológica. A utilização de sistemas modelo e a análise por espectrometria de massa permitem obter uma visão global e, simultaneamente, detalhada das modificações estruturais nos polissacarídeos do café promovidas pela torra, contribuindo para a elucidação das estruturas e mecanismos de formação das melanoidinas. Com base nesta tese, oligossacarídeos estruturalmente relacionados com a cadeia principal das galactomananas, (β1→4)-Dmanotriose (Man3), e as cadeias laterais das arabinogalactanas, (α1→5)-Larabinotriose (Ara3), isoladamente ou em misturas com ácido 5-Ocafeoilquínico (5-CQA), o ácido clorogénico mais abundante nos grãos de café verde, e péptidos compostos por tirosina e leucina, usados como modelos das proteínas, foram sujeitos a tratamento térmico a seco, mimetizando o processo de torra. A oxidação induzida por radicais hidroxilo (HO•) foi também estudada, uma vez que estes radicais parecem estar envolvidos na modificação dos polissacarídeos durante a torra. A identificação das modificações estruturais induzidas por tratamento térmico e oxidativo dos compostos modelo foi feita por estratégias analíticas baseadas principalmente em espectrometria de massa, mas também em cromatografia líquida. A cromatografia de gás foi usada na análise de açúcares neutros e ligações glicosídicas. Para validar as conclusões obtidas com os compostos modelo, foram também analisadas amostras de polissacarídeos do café obtidas a partir de resíduo de café e café instantâneo. Os resultados obtidos a partir dos oligossacarídeos modelo quando submetidos a tratamento térmico (seco), assim como à oxidação induzida por HO• (em solução), indicam a ocorrência de despolimerização, o que está de acordo com estudos anteriores que reportam a despolimerização das galactomananas e arabinogalactanas do café durante a torra. Foram ainda identificados outros compostos resultantes da quebra do anel de açúcares formados durante o tratamento térmico e oxidativo da Ara3. Por outro lado, o tratamento térmico a seco dos oligossacarídeos modelo (individualmente ou quando misturados) promoveu a formação de oligossacarídeos com um maior grau de polimerização, e também polissacarídeos com novos tipos de ligações glicosídicas, evidenciando a ocorrência de polimerização através reações de transglicosilação não enzimática induzidas por tratamento térmico a seco. As reações de transglicosilação induzidas por tratamento térmico a seco podem ocorrer entre resíduos de açúcares provenientes da mesma origem, mas também de origens diferentes com formação de estruturas híbridas, contendo arabinose e manose como observado nos casos dos compostos modelo usados. Os resultados obtidos a partir de amostras do resíduo de café e de café instantâneo sugerem a presença de polissacarídeos híbridos nestas amostras de café processado, corroborando a ocorrência de transglicosilação durante o processo de torra. Além disso, o estudo de misturas contendo diferentes proporções de cada oligossacarídeo modelo, mimetizando regiões do grão de café com composição distinta em polissacarídeos, sujeitos a diferentes períodos de tratamento térmico, permitiu inferir que diferentes estruturas híbridas e não híbridas podem ser formadas a partir das arabinogalactanas e galactomananas, dependendo da sua distribuição nas paredes celulares do grão e das condições de torra. Estes resultados podem explicar a heterogeneidade de estruturas de melanoidinas formadas durante a torra do café. Os resultados obtidos a partir de misturas modelo contendo um oligossacarídeo (Ara3 ou Man3) e 5-CQA sujeitas a tratamento térmico a seco, assim como de amostras provenientes do resíduo de café, mostraram a formação de compostos híbridos compostos por moléculas de CQA ligadas covalentemente a um número variável de resíduos de açúcar. Além disso, os resultados obtidos a partir da mistura contendo Man3 e 5-CQA mostraram que o CQA atua como catalisador das reações de transglicosilação. Por outro lado, nas misturas modelo contendo um péptido, mesmo contendo também 5-CQA e sujeitas ao mesmo tratamento, observou-se uma diminuição na extensão das reações transglicosilação. Este resultado pode explicar a baixa extensão das reações de transglicosilação não enzimáticas durante a torra nas regiões do grão de café mais ricas em proteínas, apesar dos polissacarídeos serem os componentes maioritários dos grãos de café. A diminuição das reações de transglicosilação na presença de péptidos/proteínas pode dever-se ao facto de os resíduos de açúcares redutores reagirem preferencialmente com os grupos amina de péptidos/proteínas por reação de Maillard, diminuindo o número de resíduos de açúcares redutores disponíveis para as reações de transglicosilação. Além dos compostos já descritos, uma diversidade de outros compostos foram formados a partir dos sistemas modelo, nomeadamente derivados de desidratação formados durante o tratamento térmico a seco. Em conclusão, a tipificação das modificações estruturais promovidas pela torra nos polissacarídeos do café abre o caminho para a compreensão dos mecanismos de formação das melanoidinas e da relação estrutura-atividade destes compostos.
Polysaccharides are the major components of green and roasted coffee beans, and coffee brew. The most abundant ones are galactomannans, followed by arabinogalactans. During the roasting process, galactomannans and arabinogalactans undergo structural modifications that are far to be completely elucidated due to their diversity and complexity of the compounds formed. During the roasting process, galactomannans and arabinogalactans react with proteins, chlorogenic acids, and sucrose, originating high molecular weight brown compounds containing nitrogen, known as melanoidins. Several biological activities and beneficial health effects have been attributed to coffee melanoidins. However, their exact structures and the mechanisms involved in their formation remain unknown, as well as the structure-biological activity relationship. The use of model systems and mass spectrometry analysis allow to obtain an overall view and, simultaneously, detailed, of the structural modifications in coffee polysaccharides promoted by roasting, contributing to the elucidation of the structures and formation mechanisms of melanoidins. Based on this thesis, oligosaccharides structurally related to the backbone of galactomannans, (β1→4)-D-mannotriose, and the side chains of arabinogalactans, (α1→5)-Larabinotriose, alone or in mixtures with 5-O-caffeoylquinic acid, the most abundant chlorogenic acid in green coffee beans, and dipeptides composed by tyrosine and leucine, used as models of proteins, were submitted to dry thermal treatments, mimicking the coffee roasting process. The oxidation induced by hydroxyl radicals (HO•) was also studied, since these radicals seem to be involved in the modification of the polysaccharides during roasting. The identification of the structural modifications induced by thermal and oxidative treatment of the model compounds was performed mostly by mass spectrometry-based analytical strategies, but also using liquid chromatography. Gas chromatography was used in the analysis of neutral sugars and glycosidic linkages. To validate the conclusions achieved with the model compounds, coffee polysaccharide samples obtained from spent coffee grounds and instant coffee were also analysed. The results obtained from the model oligosaccharides when submitted to thermal treatment (dry) or oxidation induced by HO• (in solution) indicate the occurrence of depolymerization, which is in line with previous studies reporting the depolymerization of coffee galactomannans and arabinogalactans during roasting. Compounds resulting from sugar ring cleavage were also formed during thermal treatment and oxidative treatment of Ara3. On the other hand, the dry thermal treatment of the model oligosaccharides (alone or when mixed) promoted the formation of oligosaccharides with a higher degree of polymerization, and also polysaccharides with new type of glycosidic linkages, evidencing the occurrence of polymerization via non-enzymatic transglycosylation reactions induced by dry thermal treatment. The transglycosylation reactions induced by dry thermal treatment can occur between sugar residues from the same origin, but also of different origins, with formation of hybrid structures, containing arabinose and mannose in the case of the model compounds used. The results obtained from spent coffee grounds and instant coffee samples suggest the presence of hybrid polysaccharides in these processed coffee samples, corroborating the occurrence of transglycosylation during the roasting process. Furthermore, the study of mixtures containing different proportions of each model oligosaccharide, mimicking coffee bean regions with distinct polysaccharide composition, subjected to different periods of thermal treatment, allowed to infer that different hybrid and non-hybrid structures may be formed from arabinogalactans and galactomannans, depending on their distribution in the bean cell walls and on roasting conditions. These results may explain the heterogeneity of melanoidins structures formed during coffee roasting. The results obtained from model mixtures containing an oligosaccharide (Ara3 or Man3) and 5-CQA and subjected to dry thermal treatment, as well as samples derived from spent coffee grounds, showed the formation of hybrid compounds composed by CQA molecules covalently linked to a variable number of sugar residues. Moreover, the results obtained from the mixture containing Man3 and 5-CQA showed that CQA acts as catalyst of transglycosylation reactions. On the other hand, in the model mixtures containing a peptide, even if containing 5-CQA and subjected to the same treatment, it was observed a decrease in the extent of transglycosylation reactions. This outcome can explain the low extent of non-enzymatic transglycosylation reactions during roasting in coffee bean regions enriched in proteins, although polysaccharides are the major components of the coffee beans. The decrease of transglycosylation reactions in the presence of peptides/proteins can be related with the preferential reactivity of reducing residues with the amino groups of peptides/proteins by Maillard reaction, decreasing the number of reducing residues available to be directly involved in the transglycosylation reactions. In addition to the compounds already described, a diversity of other compounds were formed from model systems, namely dehydrated derivatives formed during dry thermal treatment. In conclusion, the identification of the structural modifications in coffee polysaccharides promoted by roasting pave the way to the understanding of the mechanisms of formation of melanoidins and structure-activity relationship of these compounds.

Acrocomia aculeata (« moucaya », en créole guyanais) est un palmier indigène de Guyane et d’Amazonie. Bien que ses fruits soient riches en lipides (0,1 à 83% de la matière fraîche pour le mésocarpe du fruit) et en glucides (6 à 98% de la matière fraîche pour le mésocarpe du fruit), seuls les lipides sont valorisés comme sources de biocarburants (biodiesel et biokérosène) dans la sous-région amazonienne, en raison du manque de connaissance sur la nature chimique des glucides. En Guyane, le fruit ne fait l’objet d’aucune valorisation et ses capacités antioxydantes restent mal connues. Pour pallier cela, ce travail de thèse s’articule autour de l’extraction, la caractérisation physico-chimique et structurale des lipides et des glucides (mono-, di-, oligo- et polysaccharides) constitutifs du fruit. Une évaluation de leurs propriétés antioxydantes ou émulsifiantes a été envisagée. Nos expérimentations ont montré que les mésocarpes des fruits contiennent 7 à 17% d’huile par rapport au mésocarpe frais riche avec une composition chimique dominée par les acides oléique (54 – 62%) et palmitique (23 – 29%) conformément aux résultats de la littérature (respectivement 53 – 78 et 11 – 30%). S’agissant des glucides, ces travaux ont permis d’identifier pour la première fois la présence d’oligo- et polysaccharides de glucomannanes originaux (fraction F2, 11 – 22% du mésocarpe frais) avec des propriétés émulsifiantes remarquables observées dans le cas des oligomères (système eau-dans-huile d’olive (25/75, v/v) à 1% p/v ; stabilité > 6 mois). Au niveau des activités antioxydantes, le fruit n’a pas présenté de propriétés notoires. Ces travaux préliminaires ouvrent la voie à de futures investigations dont l’objectif sera de développer pour ces nouveaux glucomannanes des applications dans les domaines de la cosmétique, l’agroalimentaire ou l’industrie pharmaceutique
Acrocomia aculeata (« moucaya », French Guiana creole) is a palm native to French Guiana and the Amazon. Although its fruits are rich in lipids (0.1 to 83% of fresh matter for the mesocarp fruit) and carbohydrates (6 to 98% of fresh matter for them esocarp fruit), only lipi ds are valued as source of biofuels (biodiesel and biokerosene) in the Amazon sub region, due to a lack of knowledge about thechemical nature of carbohydrates. In FrenchGuiana, the fruit is not subject to any valorizationand its antioxidant capacities remain poorly known.To overcome this situation, this thesis work focuses on the extraction, physico chemical and structural characterization of the lipids and carbohydrates (mono --, di --, oligo and polysaccharides) constitutive of the fruit. An evaluation of their antioxidant oremulsifying properties, was also considered. Ourexperiments showed that fruit mesocarps contain 717% oil compared to rich fresh mesocarp, with a chemical composition dominated by oleic (54 62%) and palmitic (23 29%) acids, in line with literature results (53 78 and 11 30% respectively). Regarding carbohydrates, this work identified for the first time the presence of original glucomannanoligo and polysaccharides (fraction F2, 11 22% offresh mesocarp) with remarkable e mulsifyingproperties observed in the case of oligomers (waterin olive oil system (25/75, v v ) at 1% w/v; stability >6 months). In terms of antioxidant activity, the fruit showed no note worthy properties. This preliminary work paves the way for future in vestigations aimed at developing applications for these new glucomannans in the cosmetics, food, and pharmaceutical industries

Ce travail décrit la séparation de microphase à l'état solide d'un copolymère dibloc comprenant un bloc hautement biocompatible poly [2 - (méthacryloyloxy) éthyl phosphorylcholine] et un bloc pH-sensible poly [2 - (diisopropylamino) méthacrylate d'éthyle] (PMPC-b-PDPA). L'auto-assemblage d'un copolymère dibloc amphiphiles à base de polystyrène (PS) et le poly (acide acrylique) (PAA), a été étudié en suspension aqueuse, et leur décoration par du chitosane, afin de vérifier leur capacité à encapsuler et à libérer par voie transdermique la finastéride, une molécule stéroïdiens inhibiteur de la enzyme 5-alpha-réductase, qui a été recommandée pour le traitement de l'alopécie androgénétique. La morphologie des films PMPC30-b-PDPA60 a été analysée par SAXS et (S) TEM. Films du PMPC30-b-PDPA60 préparés dans une solution de l'éthanol à température ambiante présentent une morphologie cylindrique, qui subit une transition ordre-ordre sur un recuit thermique à 170 ° C: la structure lamellaire résultant coexiste avec une proportion de cylindres organisée dans une phase hexagonale compacte. En revanche, les films du copolymère préparé à partir de méthanol ne subissent pas la même transition morphologique, résultant dans des structures mal organisées, indépendante de traitement thermique. Enfin, les structures lamellaires sont obtenues directement à partir d'une solution aqueuse à pH 4, sans traitement thermique. Ces systèmes offrent une nouvelle alternative pour la fabrication de structures lamellaires constituées d'un matériau biomimétique et anti-fouling, élargissant l'éventail des possibilités dans le domaine de l'ingénierie macromoléculaire.Une autre stratégie adoptée dans ce travail a été basé sur le développement de nanoparticules bien organisé avec des propriétés de surface nature bioinspirés, formé entre polymersomes chargés négativement à base des copolymères à blocs de polystyrène (PS) et le poly (acide acrylique) (PAA) décorés avec du chitosane, un polysaccharide de charge opposée. Le rôle de l'adsorption du chitosane avec deux poids moléculaires distincts (chitosane oligosaccharides et du chitosane avec un faible poids moléculaire) sur la surface des nanoparticules PS139-b-PAA17 et des nanoparticules PS404-b-PAA63 ont été démontrés par diffusion dynamique de la lumière, potentiel zêta et caractérisation morphologiques. En présence du chitosane, le potentiel zêta de polymersomes devient positif. Ce résultat a été interprété en termes d'interactions électrostatiques, qui induisent une adsorption du chitosane sur la surface des polymersomes. Ce résultat a été confirmé par une observation comparative par microscopie entre des polymersomes et des polymersomes décorées. Polymersomes avec un diamètre <200 nm et une distribution granulométrique relativement étroite ont été obtenus pour les deux systèmes. L'effet de la décoration des nanoparticules par du chitosane sur la perméation cutanée in vitro du finastéride, incorporé dans la paroi hydrophobe de polymersomes, a également été évaluée. La pénétration cutanée du finastéride a été estimée par les paramètres de perméabilité tels que le flux, temps de latence et du coefficient de perméabilité de la finastéride. Une amélioration de la perméation du finastéride à partir des nanoparticules a été observée, en particulier à partir de nanoparticules décorées avec du chitosane. Le polymersome PS404-b-PAA63 décorées avec du chitosane semble être le système le plus approprié car il favorisé une meilleure rétention du médicament dans la peau et les faibles valeurs de flux de perméation, suggérant que le système fournit un véhicule de remplacement pour l'administration transdermique de finastéride.

Ce travail décrit la séparation de microphase à l'état solide d'un copolymère dibloc comprenant un bloc hautement biocompatible poly [2 - (méthacryloyloxy) éthyl phosphorylcholine] et un bloc pH-sensible poly [2 - (diisopropylamino) méthacrylate d'éthyle] (PMPC-b-PDPA). L'auto-assemblage d'un copolymère dibloc amphiphiles à base de polystyrène (PS) et le poly (acide acrylique) (PAA), a été étudié en suspension aqueuse, et leur décoration par du chitosane, afin de vérifier leur capacité à encapsuler et à libérer par voie transdermique la finastéride, une molécule stéroïdiens inhibiteur de la enzyme 5-alpha-réductase, qui a été recommandée pour le traitement de l'alopécie androgénétique. La morphologie des films PMPC30-b-PDPA60 a été analysée par SAXS et (S) TEM. Films du PMPC30-b-PDPA60 préparés dans une solution de l'éthanol à température ambiante présentent une morphologie cylindrique, qui subit une transition ordre-ordre sur un recuit thermique à 170 ° C: la structure lamellaire résultant coexiste avec une proportion de cylindres organisée dans une phase hexagonale compacte. En revanche, les films du copolymère préparé à partir de méthanol ne subissent pas la même transition morphologique, résultant dans des structures mal organisées, indépendante de traitement thermique. Enfin, les structures lamellaires sont obtenues directement à partir d'une solution aqueuse à pH 4, sans traitement thermique. Ces systèmes offrent une nouvelle alternative pour la fabrication de structures lamellaires constituées d'un matériau biomimétique et anti-fouling, élargissant l'éventail des possibilités dans le domaine de l'ingénierie macromoléculaire.Une autre stratégie adoptée dans ce travail a été basé sur le développement de nanoparticules bien organisé avec des propriétés de surface nature bioinspirés, formé entre polymersomes chargés négativement à base des copolymères à blocs de polystyrène (PS) et le poly (acide acrylique) (PAA) décorés avec du chitosane, un polysaccharide de charge opposée. Le rôle de l'adsorption du chitosane avec deux poids moléculaires distincts (chitosane oligosaccharides et du chitosane avec un faible poids moléculaire) sur la surface des nanoparticules PS139-b-PAA17 et des nanoparticules PS404-b-PAA63 ont été démontrés par diffusion dynamique de la lumière, potentiel zêta et caractérisation morphologiques. En présence du chitosane, le potentiel zêta de polymersomes devient positif. Ce résultat a été interprété en termes d'interactions électrostatiques, qui induisent une adsorption du chitosane sur la surface des polymersomes. Ce résultat a été confirmé par une observation comparative par microscopie entre des polymersomes et des polymersomes décorées. Polymersomes avec un diamètre <200 nm et une distribution granulométrique relativement étroite ont été obtenus pour les deux systèmes. L'effet de la décoration des nanoparticules par du chitosane sur la perméation cutanée in vitro du finastéride, incorporé dans la paroi hydrophobe de polymersomes, a également été évaluée. La pénétration cutanée du finastéride a été estimée par les paramètres de perméabilité tels que le flux, temps de latence et du coefficient de perméabilité de la finastéride. Une amélioration de la perméation du finastéride à partir des nanoparticules a été observée, en particulier à partir de nanoparticules décorées avec du chitosane. Le polymersome PS404-b-PAA63 décorées avec du chitosane semble être le système le plus approprié car il favorisé une meilleure rétention du médicament dans la peau et les faibles valeurs de flux de perméation, suggérant que le système fournit un véhicule de remplacement pour l'administration transdermique de finastéride
This work describes the microphase separation in bulk of an diblock copolymer comprising a highly biocompatible poly[2-(methacryloyloxy)ethyl phosphorylcholine] block and a pH-sensitive poly[2-(diisopropylamino) ethyl methacrylate] block (PMPC-b-PDPA). The self-assembly of an amphiphilic diblock copolymer based on polystyrene (PS) and poly(acrylic acid) (PAA) was studied in terms of their decoration with the chitosan, verifying their ability to incorporate and transdermally release the drug finasteride, a steroidal molecule 5-alpha-reductase inhibitor that has been recommended for the treatment of androgenetic alopecia. The morphology of PMPC30-b-PDPA60 films was analyzed using SAXS and (S)TEM. PMPC30-b-PDPA60 films cast from ethanol solution at room temperature exhibit a thermodynamically quasi-stable cylindrical morphology, which undergoes an order-order transition upon thermal annealing at 170 oC: the resulting lamellar structure coexists with a minor proportion of cylinders organized into a hexagonal compact phase. In contrast, copolymer films cast from methanol do not undergo the same morphological transition. Instead, short-range liquid-like structures are obtained regardless of the annealing processes. Finally, direct self-assembly to form a lamellar morphology at room temperature can be achieved by solvent-casting from aqueous solution at pH 4. These systems offer a new alternative for the fabrication of lamellar structures in which one layer is biomimetic and non-fouling, expanding the range of possibilities in the macromolecular engineering field. Another strategy adopted in this work was based on the development of well-organized nanoparticles with nature-bioinspired surface properties, formed between negatively charged polymersomes based on polystyrene (PS) and poly(acrylic acid) (PAA) block copolymers decorated with chitosan, an oppositely charged polysaccharide. The role of chitosan with two distinct molecular weights (chitosan oligosaccharide and low molecular weight chitosan) adsorption on the surface of oppositely charged PS139-b-PAA17 and PS404-b-PAA63 nanoparticles were demonstrated by dynamic light scattering measurements, zeta potential and morphological characterization. In the presence of chitosan, the zeta potential of polymersomes becomes positive. This result was interpreted in terms of electrostatic interactions, which induce a flat adsorption of the chitosan on the surface of the polymersomes. This result was further confirmed by a comparative observation by microscopy of bare and chitosan-decorated polymersomes. Polymersomes with a diameter < 200 nm and a relatively narrow size distribution were obtained for both systems. The effect of chitosan decoration of self-assembled nanoparticles on skin penetration in vitro of finasteride was also evaluated, once incorporated in the wall hydrophobic of polymersomes. The skin permeation through pig ear skin of finasteride was estimated by the permeability parameters such as flux, lag time and permeability coefficient of finasteride. An improved permeation of finasteride from the nanoparticle system was observed, especially from nanoparticles decorated with chitosan. The PS404-b-PAA63 polymersome decorated with chitosan seems to be the most appropriate system since it provided higher drug retention in skin and low permeation flux values, suggesting that the PS-b-PAA/chitosan system provides an alternative for transdermal drug delivery system of finasteride

It is widely recognized that intestinal inflammation is a major health problem in humans. Certain dietary components can evoke an inflammatory status in the intestine due to their ability to disrupt the intestinal barrier. On the other hand, some natural bioactive compounds can prevent the development of intestinal inflammation. This PhD project elucidated the molecular characteristics and extraintestinal effects of soybean meal-induced intestinal inflammation in zebrafish. The ability of dietary β-glucans (yeast and alga-derived) and alginate oligosaccharides to counter soybean meal-induced inflammation in zebrafish was also studied to reveal the efficacy of the bioactive compounds. Transcriptome and metabolome-based studies were employed to delineate the markers of inflammation. Furthermore, soybean meal-induced inflammation was associated with defects in development and locomotor activity of zebrafish. The interesting finding is that algal β-glucans and alginate oligosaccharides restored the expression of inflammation marker genes altered by soybean meal diet. The algal β-glucan prevented the developmental defects and normalized the soybean meal diet-induced changes in the locomotor behavior of zebrafish. The alginate oligosaccharides and algal beta-glucans could elevate the abundance of a short chain fatty acid and vitamin in the plasma of zebrafish, respectively. The PhD project gave insights into diet-induced inflammatory features and distinct modes of action of β-glucan and alginate oligosaccharides to counteract inflammation and associated extraintestinal manifestations.