Bijlage 2: Sectiedocument Departement Scheikunde Bijvoet

Bijlage 2: Sectiedocument Departement Scheikunde
Bijvoet Centrum
Sectie Biomoleculaire Massaspectrometrie
http://bioms.chem.uu.nl/
1. Het onderzoek van de sectie
Het onderzoek van de sectie Biomoleculaire Massaspectrometrie richt zich op het ontwikkelen en
implementeren van nieuwe massaspectrometrische methoden voor het karakteriseren van
biomoleculen in relatie tot hun biologische functie. Proteomics en het identificeren en
karakteriseren van eiwitten en eventuele post-translationele modificaties van deze eiwitten hebben
daarbij onze speciale aandacht. Ook doen wij onderzoek aan gehele eiwitcomplexen en de
moleculaire interacties die belangrijk zijn bij eiwitvouwing, eiwit-ligandbinding en het vormen van
hogere-orde structuren.
De sectie Biomoleculaire Massaspectrometrie is onderdeel van de Beta-faculteit, het Netherlands
Proteomics Centre www.netherlandsproteomicscentre.nl, het Bijvoet centre for Biomolecular
Research www.bijvoet-center.nl en het Utrecht Institute for Pharmaceutical Sciences
www.pharm.uu.nl/ffwuk.htm?/uips.
Het onderzoek binnen de sectie heeft een sterk multidisciplinair karakter en gebeurt vaak in
samenwerking met groepen van binnen en buiten de universiteit (dus ook eventueel in
samenwerking met een industriële partner). Een heel arsenaal aan ‘state-of-the-art’
massaspectrometrische apparatuur is beschikbaar binnen de sectie. Voor het genereren van ionen
gebruiken wij voornamelijk laser desorptie/ionisatie (MALDI) en electrospray ionisatie. Deze
ionenbronnen kunnen worden gekoppeld aan verschillende massa-analysatoren zoals, ion-traps,
time-of-flight- en quadrupool/time-of-flight- instrumenten.
Onze sectie neemt deel in de Masteropleidingen Molecular and Cellular Life Sciences
www.bio.uu.nl/BiomolecularSciences/lectures.htm, Drug Innovation
wwwcmc.pharm.uu.nl/edu/mdi/main.htm en Genomics and Developmental Biology www.dbbgmaster.med.uu.nl.
2. Invulling van de bachelorthesis (3e studiejaar, 15 ec)
Coördinator: prof.dr. A.J.R. Heck
Docenten: prof.dr. A.J.R. Heck, dr. M. Slijper
Aanbevolen voorkennis uit de bachelor-fase Scheikunde: Structuuranalyse, Molecular Machines,
Molecular processes en Tweedejaars Researchproject.
De student voert onder begeleiding van een AIO of post-doc, een onderzoeksproject uit. Dit project
maakt in het algemeen deel uit van het lopend onderzoek binnen de sectie. De 15 ects worden
besteed aan praktisch onderzoek, literatuuronderzoek, verslaglegging en deelname aan
werkbesprekingen van de groep.
Sectie Cellulaire Eiwitchemie
Contactpersonen: prof.dr Ineke Braakman en dr Stefan Rüdiger (zie onder)
http://www.uu.nl/en/research/cellular-protein-chemistry
Eiwitvouwing in het endoplasmatisch reticulum (groep Braakman)
Het endoplasmatisch reticulum (ER) is gespecialiseerd in het vouwen van nieuw-gesynthetiseerde
eiwitten en is gevuld met chaperones en vouwingsenzymen. Deze assisteren het vouwingsproces en
bewaken tevens de kwaliteit van de vouwende eiwitten. De jonge eiwitten ondergaan tal van
modificaties die essentieel zijn voor de correcte vouwing, zoals glycosylering en de vorming van
zwavelbruggen. De hoeveelheid ER in een cel (dwz de hoeveelheid membraan, maar ook de
hoeveelheid chaperonnes en vouwingsenzymen) wordt aangepast aan de omstandigheden. Dit
wordt gereguleerd door stress-responsen die stress moeten voorkomen.
Twee vragen staan centraal in het onderzoek: 1) Wat is de vouwingsroute die modeleiwitten nemen
in het ER en wat gaat er fout bij ziekte, en 2) welke rol spelen cellulaire factoren bij de processen van
vouwing en kwaliteitscontrole. Die cellulaire factoren zijn ATP, calcium, of redox-omstandigheden,
maar ook (het geheel van) moleculaire chaperonnes en vouwingsenzymen, gereguleerd door
stressresponsen en resulterend in inflammatoire responsen.
Als modeleiwitten fungeren het hemagglutinine (HA) van het griepvirus (Influenza), het envelopeiwit
(gp160) van HIV-1, de low-density-lipoprotein-receptor (LDL-receptor, betrokken bij familiale
hypercholesterolemie), en CF(cystic fibrosis)TR. Het onderzoek maakt gebruik van technieken en
benaderingen uit verscheidene disciplines: zoogdiercelkweek, (recombinante) virusinfecties,
radioactieve labelingen in cellen en in vitro, verscheidene vouwingsassays, immunoprecipitatie, SDSPAGE, (immuun)fluorescentie, 2-D gels, moleculair-biologische technieken, RT-PCR, reporter assays,
gistgenetica, proteomics, eiwitproductie in E. coli.
Moleculaire mechanismen van chaperone-interacties met hun substraten (groep Rüdiger)
DNA maakt RNA maakt eiwit - dat zegt het centrale dogma van de moleculaire biologie. Van deze
fundamentele stappen begrijpen we de laatste stap het minst: hoe uit de zo juist geproduceerde
polypeptideketting een functioneel eiwit ontstaat. In de cel wordt dit proces, eiwitvouwing, door
moleculaire helpers ondersteund, de zogenaamde chaperones. Eiwitvouwing is een zo complex
proces, dat we dat niet binnen afzienbare tijd volledig zullen kunnen begrijpen. Het belang hiervan is
echter groot, want deze kennis is heel belangrijk voor de biotechnologie (b.v. eitwitproductie) en de
ontwikkeling van medicijnen (b.v. ziekten als kanker, Alzheimer of gekkekoeienziekte). Een nieuw,
EU-gesubsidiëerd 'Innovative Doctoral Programme' in het Bijvoet Center voor onderzoek aan
eiwitvouwing en assemblageprocessen wordt vanuit CPC gecoördineerd (www.manifold-itn.nl).
Een aanknopingspunt om eiwitvouwing te begrijpen is de analyse van de moleculaire mechanismen
van de chaperones. Het chaperone met de hoogste concentratie in de cel is het heat shock eiwit
Hsp90. We analyseren de functie van deze chaperonefamilie op atomair niveau met een breed
arsenaal aan methoden. Dit omvat zowel de productie en zuivering van eiwitmoleculen, cutting edge
protein engineering technologie, als het gebruik van de modernste fluorescentie, massa- of NMR
spectroscopie.
Sectie NMR-spectroscopie
http://www.nmr.chem.uu.nl/Main/index.php
1. Het onderzoek van de sectie
NMR (Nuclear Magnetic Resonance) heeft een groot scala van toepassingsmogelijkheden. Hogeresolutie NMR is een belangrijk hulpmiddel bij de structuuranalyse van organische moleculen en
tegenwoordig ook van biomoleculen in oplossing. Vaste-stof NMR heeft zich ook snel ontwikkeld en
speelt een zelfde rol bij de analyse van (bio)-materialen. Ook in de medische diagnostiek is NMR in
de vorm van MRI (Magnetic Resonance Imaging) niet meer weg te denken als beeldvormingstechniek.
Het onderzoek van de sectie heeft betrekking op onderzoek van structuur en dynamica aan
biomoleculaire complexen mbv NMR spectroscopie en gerelateerde computationele methoden. Bij
de structuuropheldering wordt gebruik gemaakt van geavanceerde 2D en 3D NMR technieken.
Hiertoe heeft de sectie de beschikking over geavanceerde NMR spectrometers (van 500 tot 900
MHz), zowel voor vaste-stof NMR als voor NMR in oplossing, en een groot aantal computer
werkstations inclusief een Linux Beowolf cluster voor computer berekeningen.
Het NMR onderzoek bevindt zich op het snijvlak van verschillende disciplines: structuurbiologie,
scheikunde en computational physics. Know-how op een aantal deelgebieden is dus van belang:
biochemie, bij het produceren en isotoop-labelen van eiwitten,
experimentele NMR-spectroscopie, waarbij ook kennis van de NMR-theorie van belang is en
computationele structuur biologie en bioinformatica methoden, bij de berekening en karakterisatie
van de structuur en dynamica van eiwiten en hun complexen.
Het onderzoek heeft voornamelijk betrekking op de volgende thema’s:
(1) Methode ontwikkeling
Het betreft hier nieuwe multidimensionale NMR-methoden voor de structuuropheldering van
biomoleculen mbv vaste stof NMR en mbv NMR in oplossing. Ook methoden voor de karakterisering
van dynamische processen via het meten van kernspinrelaxatie worden ontwikkeld.
(2) Moleculaire interacties bij de gen-regulatie en DNA herstel
Zowel eiwit-DNA interacties als de interacties tussen verschillende eiwitten, die een rol spelen bij de
regulatie van de gen-expressie en DNA herstel worden met behulp van NMR gekarakteriseerd.
(3) Bio-materialen en membraaneiwitten
Met behulp van vaste stof NMR wordt de struktuur en dynamica van eiwit-aggregaten (bv.
betrokken bij Alzheimer), membraaneiwtten (o.a ionen kanalen) of bio-materialen onderzocht.
(4) Biocomputations
Door middel van modelering technieken en bioinformatica worden verschillende aspecten van
biomoleculen en hun interactie met andere moleculen bestudeerd zoals eiwit dynamica en vouwing,
het effect van mutaties op structuur en stabiliteit, en predictie van de structuur van complexen.
Naast NMR data worden allerlei andere experimentele en voorspelde data gebruikt om een
geïntegreerde beschrijving van complexe moleculaire systemen te krijgen.
2. Invulling van de bachelorthesis (3e studiejaar, 15 ec)
Coördinator: prof.dr. R. Boelens
Docenten: dr. K. Houben, dr. G.E. Folkers, prof. dr. A.M. Bonvin, prof. dr. M. Baldus
De bachelorthesis beoogt een introductie in de moderne NMR-spectroscopie te geven. Een klein
research project wordt in de sectie uitgevoerd en afhankelijk van het project zullen ook
biochemische proeven of computationele simulaties uitgevoerd worden. Er wordt vanuit gegaan dat
de NMR theorie van het college structuur analyse bekend is. Het is gewenst dat de cursus biofysica
gevolgd is.
Het project wordt afgesloten met een verslag en een presentatie van resultaten.
Als voorbereiding is het aanbevolen om het verdiepingsvak Molecular Machines en/of Molecular
Processes te volgen.
Sectie Membraan Biochemie & Biofysica (MBB)
http://mbb.science.uu.nl/
Het onderzoek van de sectie MBB bevindt zich op het grensvlak tussen de biochemie, celbiologie en
biofysica, en richt zich op zowel fundamentele als toepassingsgerichte aspecten van biologische
membranen. Veel onderzoeksonderwerpen hebben medische relevantie.
Bachelor- en masterstudenten kunnen een eigen project uitvoeren binnen een van de
onderzoeksthema’s. Studenten kunnen hierbij kiezen uit een breed palet aan onderwerpen op het
gebied van biomembranen. De vakgroep biedt een stimulerende en internationaal georiënteerde
onderzoeksomgeving.
1. Het onderzoek van de groep
Biologische membranen bestaan uit een complex mengsel van lipiden en eiwitten. Ze vormen de
begrenzing van cellen en celorganellen, en ze spelen een essentiële rol in tal van processen.
De vakgroep onderzoekt hoe membranen en celwanden gevormd worden en hoe eiwitten en lipiden
elkaar beïnvloeden. Een leuke nieuwe “tool” hierbij zijn de zg. nanodiscs, kleine water-oplosbare
membraanschijfjes die omringd zijn door polymeren. In het onderzoek worden veel verschillende
systemen en technieken gebruikt. De systemen kunnen variëren van synthetische modelmembranen
tot intacte cellen van bacteriën of gist; de gebruikte technieken variëren van moderne moleculair- en
celbiologische methoden tot biofysische technieken.
Naast het fundamentele onderzoek houdt de vakgroep zich ook bezig met toegepast onderzoek.
Voorbeelden hiervan zijn het werkingsmechanisme van membraanactieve antibiotica, de
ontwikkeling en synthese van nieuwe antibiotica, het functionaliseren van kleine antilichamen voor
medische toepassingen, de rol van membranen bij het ontstaan van diabetes, en het
werkingsmechanisme van potentiële geneesmiddelen voor diabetes.
Voor het onderzoek zijn alle standaard moleculair biologische, chemische, biochemische en
analytische technieken aanwezig. Daarnaast beschikt de groep over geavanceerde biofysische
technieken, zoals fluorescentiespectroscopie, circulair dichroïsme, monolaagmetingen, calorimetrie,
dynamische lichtverstrooiing en massa-spectrometrie.
2. Invulling van de bachelorthesis (3e studiejaar, 15 ec)
Docenten en contactpersonen: dr. E.J. Breukink, dr. A.I.P.M. de Kroon, prof.dr. J.A. Killian
Studenten voeren een deelproject uit in één van de lopende onderzoeken onder begeleiding van een
promovendus of post-doc. Binnen het membraanonderzoek kunnen zij ervaring opdoen met
moleculair biologische technieken (mutagenese van eiwitten, maken van mutanten van gist of
bacteriën), met biochemische methoden (zuiveren van membraaneiwitten, isoleren van
biomembranen, lipidenanalyse, maken van modelmembranen), of met specifieke biofysische
technieken. De studenten worden geacht de werkbesprekingen van de groep bij te wonen. De
theoretische component bestaat uit het verwerken van de meetresultaten, verslaglegging en
mondelinge presentatie (in het Engels).
Aanbevolen voorkennis: Moleculair Biologische en Biochemische Technieken (Gene Expression and
Protein Engineering), Membranen en Membraaneiwitten, Biofysica, Viral Diseases, Molecular
Machines, Molecular Processes.
Debye Instituut
Sectie Anorganische Chemie en Heterogene Katalyse
Website van de sectie
1. Het onderzoek van de sectie
Het onderzoek binnen de sectie is geconcentreerd rond het thema ‘Anorganische chemie en
katalyse’. Dit vakgebied is niet alleen industrieel van grote betekenis, maar ook wetenschappelijk
zeer interessant.
De industriële betekenis blijkt uit het feit dat wereldwijd in petroleumraffinaderijen en chemische
industrie heterogeen gekatalyseerde processen op grote schaal worden toegepast. Voorbeelden zijn
de verwijdering van zwavel en metalen uit aardoliefracties, de productie van zwavelzuur, ammoniak
en van belangrijke monomeren als monovinylchloride, acrylonitril en caprolactam. Recent is de
interesse voor het gebruik van biomassa in de bulk chemie en energie sector sterk gestegen. Ook
hierin speelt katalyse een belangrijke rol. Behalve bij het gebruik van heterogene katalysatoren, is de
industrie ook betrokken bij de bereiding ervan.
Het onderzoek aan heterogene katalysatoren is tevens van groot wetenschappelijk belang. Er zijn
vele raakvlakken met andere disciplines, bijvoorbeeld met de chemie en fysica van grensvlakken,
met veel analytische technieken zoals elektronenmicroscopie, elektronenspectroscopie,
röntgenverstrooiing/diffractie, röntgenspectroscopie , röntgenmicroscopie , gas-fysisorptie,
infrarood en Raman spectroscopie, nabij-veld spectromicroscopische technieken, thermische
analyse, enz. De breedte van het onderzoeksgebied komt onder meer tot uiting in de vele
samenwerkingsverbanden waarin de onderzoekers participeren. Binnen de Utrechtse universiteit
moeten genoemd worden de deelnames aan het Debye Instituut en het Katalyse Centrum Utrecht;
in interuniversitair verband wordt deelgenomen aan het Nederlands Instituut voor Onderzoek in de
Katalyse (NIOK). Buiten de universiteiten heeft de sectie middels derde geldstroom projecten vele
kontakten met bedrijven (BASF, Albemarle en Shell) en onderzoeksinstituten (o.a. ECN).
2. Invulling van de bachelorthesis (3e studiejaar, 15 ec)
Coördinator: dr. P. Bruijnincx.
Docenten: vaste staf en aio’s.
De onderzoeksoriëntatie behelst een praktische en theoretische kennismaking met de bereiding,
karakterisering en toepassing van de te onderzoeken materialen. De nadruk van het onderzoek ligt
dikwijls op de bereiding en de karakterisering, maar ook de toepassingen komen aan de orde. Ook
bestaat er de mogelijkheid om meer nadruk op theoretische berekeningen te leggen. De
karakterisering wordt soms door de student zèlf uitgevoerd of geschiedt door de betreffende
analytische specialisten (textuuranalyse, röntgendiffractie, thermische analyse, enz.).
Naast het verrichten van experimenteel werk bestuderen de studenten een stuk theorie, nemen zij
deel aan algemene werkbesprekingen en colloquia en rapporteren zij schriftelijk en mondeling over
hun experimentele werk.
De beoordeling van de onderzoeksoriëntatie is gebaseerd op de uitvoering en de verslaglegging van
het experimentele werk en op de lezing.
Voor wat betreft de aanbevolen voorkennis wordt ervan uitgegaan dat het tweede studiejaar met
voldoende resultaat is afgerond. Verder is het wenselijk dat de derdejaars studieonderdelen
Catalysis en Advanced scattering, structural and surface methods of Advanced Superstructures,
Scattering and Microscopy (ASSSM) worden gevolgd.
Sectie Fysische en Colloïdchemie
Website FCC
1. Het onderzoek van de sectie
Colloïden zijn deeltjes van 1-1000 nm en zijn daarmee veel groter dan moleculen, maar klein genoeg
om warmtebeweging (Brownse beweging) uit te voeren. Door de laatste eigenschap vertonen
oplossingen van colloïdale deeltjes (dispersies) een grote gelijkenis met moleculaire systemen. Zo
treden bijvoorbeeld diffusie, condensatie en kristallisatie in beide systemen op. Maar anders dan bij
hun moleculaire tegenhangers kunnen interacties tussen colloïden naar wens gevarieerd worden.
Bovendien maakt hun grotere afmeting hen geschikt voor een groot scala van
onderzoekstechnieken, zoals: elektronenmicroscopie, lichtmicroscopie, sedimentatie,
lichtverstrooiing, lichtdiffractie en magnetisatiemetingen.
Kenmerkend voor het onderzoek van de sectie is de symbiose van chemie en fysica. Er wordt
experimenteel onderzoek verricht naar de invloed van deeltjesvorm en -interactie op het
macroscopische gedrag van colloïden. Zo worden onder andere thermodynamica (fasenovergangen),
stromingsgedrag (reologie), diffusie en sedimentatie van dispersies bestudeerd. Uitgangspunt voor
dit onderzoek zijn goed gedefinieerde modeldeeltjes met geschikte vorm en interactie. Synthese van
colloïden en karakterisering met uiteenlopende technieken nemen daarom een belangrijke plaats in
binnen het onderzoek. Het Van ‘t Hoff laboratorium heeft een ruime expertise opgebouwd op het
gebied van synthese van anorganische colloïden (bolvormig en kubusvormig SiO2, plaatvormig
Al(OH)3, magnetisch Fe3O4) maar er gaat ook veel aandacht uit naar organische colloïden zoals
poly(methylmethacrylaat), gefluoriseerde latices en polystyreen. Een relatief nieuwe tak van sport
bij FCC zijn ‘colloïdale moleculen’. Dat zijn colloïdale deeltjes met speciale geometrie, die in principe
op een specifieke manier bindingen kunnen vormen met andere deeltjes.
Naast het experimentele werk wordt ook gewerkt aan de statistisch-mechanische theorie van
dispersies en zelf-organisatie, en aan computersimulaties. De combinatie van synthese, fysische
experimenten en theorie/simulaties maakt colloïdchemie een zeer veelzijdig vak waarbinnen
mensen met uiteenlopende interesses werkzaam zijn.
2. Invulling van de bachelorthesis (3e studiejaar, 15 ec)
Contactpersoon: Samia Ouhajji, MSc. (tel. 2532540, [email protected]), kamer N701 Kruytgebouw.
Docent: dr. Ben Erné
In het praktische gedeelte (9,0 ects) maakt de student kennis met de chemie en fysica van colloïdale
systemen. Het werk bestaat uit synthese en karakterisering van modeldeeltjes, waarmee vervolgens
fysische experimenten worden uitgevoerd. In overleg met de begeleider kan de nadruk worden
gelegd op het interessegebied van de student. Het praktische gedeelte wordt afgesloten met het
schrijven van een rapport (4,5 ects) en het geven van een werkbespreking (1,5 ects). De
contactpersoon beheert een actueel overzicht van beschikbare projecten voor studenten. Op de
website kun je bijvoorbeeld de “Publications” bekijken, voor recente voorbeelden van het
onderzoek.
Voorkennis: Fysische Chemie 2 is verplicht, Fysische Chemie 3 is sterk aanbevolen.
Sectie Gecondenseerde Materie en Grensvlakken (Condensed Matter and Interfaces)
http://www.uu.nl/faculty/science/EN/organisation/depts/chemistry/research/cmi/Pages/default.as
px
Prof.dr. D. Vanmaekelbergh, Prof.dr. A. Meijerink, Dr. C. De Mello Donegà en Dr. I Swart
1. Het onderzoek van de sectie
In de sectie worden de opto-electronische eigenschappen van nanomaterialen bestudeerd. Er is veel
aandacht voor de vorming en zelforganisatie van nanostructuren, zowel op theoretisch als
experimenteel niveau. De optische, elektrische en magnetische eigenschappen hangen sterk af van
de typische afmetingen die in het nanometer gebied liggen. Halfgeleider nanokristallen,
bijvoorbeeld, hebben een elektronische structuur, en dus ook optische en elektrische
eigenschappen, die worden bepaald door de vorm en grootte van het kristal. Dit komt doordat de
ladingsdragers (elektronen en gaten) zijn opgesloten in het nanokristal, dat fungeert als een
quantum-doos.
In de sectie wordt onderzoek verricht naar de synthese van kristallen met nanometer dimensies, en
naar de zelforganisatie van deze bouwstenen in grotere eenheden; i.e., “super-kristallen”. Ook
luminescerende ionen in vaste stoffen worden bestudeerd. De optische en elektrische
eigenschappen van deze systemen worden bestudeerd met optische spectroscopie, i.e. absorptie
en(tijdsopgeloste) luminescentie, de elektronische structuur van een individueel nanokristal wordt
bestudeerd met behulp van elektron-tunneling spectroscopie met een STM.
Het onderzoek in de sectie is multidisciplinair, er is een intensieve samenwerking tussen de
deelsecties. Vaste stof chemie, oppervlaktechemie en elektrochemie worden gebruikt om
nanostructuren te maken met interessante optische en elektronische eigenschappen. Experimenteel
worden de systemen op nanometerschaal onderzocht met Atomic Force en Scanning Tunneling
Microscopie. Simulaties worden uitgevoerd om het theoretisch begrip verder te ontwikkelen. De
optische eigenschappen worden gemeten met behulp van luminescentie-spectroscopie. Overdracht
van elektronen van de ene naar de andere fase en beweging van ladingen over macroscopische
afstanden is het onderzoeksgebied van de elektrochemie. Vaak is de combinatie van deze disciplines
essentieel voor het verkrijgen van fundamenteel inzicht.
Het onderzoek is belangrijk voor de chemie en fysica van materialen, en kent enkele directe
praktische toepassingen, met name op het gebied van lampfosforen, elektrochrome materialen, licht
emitterende dioden en zonnecellen. Dit kunnen we illustreren met enkele korte voorbeelden.
* Met behulp van vaste-stofchemie worden oxide- en fluoridekristallen gemaakt, gedoteerd met
zeldzame aardionen. De elektronen in het ion worden geëxciteerd met hoog energetisch (UV) licht
en vallen terug naar de grondtoestand door uitzenden van één, maar soms ook twee zichtbare
fotonen. In het laatste geval wordt dus een hoogenergetisch foton omgezet in twee zichtbare
fotonen. Dit onderzoek naar 'quantum-knippen' is van direct belang voor de nieuwe generatie
lampfosforen en efficiëntere zonnecellen.
* Met behulp van colloïdchemie worden zeer kleine (1-5 nm) halfgeleidende een-kristallen gemaakt,
waarvan de optische, elektrische en elektrochemische eigenschappen niet alleen door de chemische
samenstelling, maar ook door de afmetingen worden bepaald. Dergelijke materialen kunnen
toepassing vinden in de 'nanoelektronica'.
2. Invulling van de bachelorthesis (3e studiejaar, 15 ec)
Coördinatoren: A. Meijerink
Docenten: Vanmaekelbergh, Meijerink, De Mello Donegà, Swart en Ronda
De bachelorthesis is de weerslag van een onderzoeksstage van drie maanden. Het belangrijkste doel
van de onderzoeksstage is dat de student kennismaakt met de gang van zaken bij wetenschappelijk
onderzoek en zelf meewerkt met zulk onderzoek. Om onderzoek te kunnen starten zal hij/zij zich
oriënteren op een deelvraag van het lopend onderzoek in de sectie. Hierbij zal regelmatig overleg
zijn met de docent en zal literatuurstudie plaatsvinden. Daarna zal de student experimenteel werk of
een computer simulatie verrichten. Gedurende de gehele stageperiode zal de student de werkbesprekingen van de sectie bijwonen. Hij/zij zal zelf tenminste één maal mondeling over zijn/haar
eigen werk rapporteren en een verslag over het eigen onderzoek schrijven.
Voorkennis: voor een goed verloop van de onderzoeksstage is het noodzakelijk dat je de fysischchemische vakken van het basiscurriculum beheerst. Over het opvullen van eventuele hiaten die
essentieel zijn voor het geplande onderzoek wordt overleg gepleegd. Aanbevolen: de vakken van
Moleculen en Materialen, Advanced scattering, structural and surface methods (ASSSM) en/of het
vak Solids and Surfaces.
Sectie Organische Chemie en Katalyse
Website van de sectie
De synthese van nieuwe organische moleculen met interessante biologische, farmacologische,
optische of andersoortige eigenschappen blijft een grote uitdaging voor de chemicus. Recente
ontwikkelingen hebben er voor gezorgd dat met name het op een ‘schone’ en efficiënte manier
kunnen maken van moleculen een belangrijke opdracht voor de toekomst is. Een belangrijke rol in
het ontwikkelen van dergelijke ‘schone’ syntheses is weggelegd voor katalyse in algemene zin en
voor homogene katalyse in het bijzonder.
De homogene katalyse maakt gebruik van de unieke mogelijkheden die metaalionen, mits omringd
door de juiste liganden, bieden voor het activeren en coördineren van reacties tussen moleculen. De
sectie Organische Chemie en Katalyse (OCC) is actief betrokken bij meerdere aspecten van de
homogene katalyse. Zo worden enerzijds nieuwe overgangsmetaalcomplexen ontworpen en
gesynthetiseerd met het oog op nieuwe chemische reactiviteit en nieuwe katalytische
eigenschappen, en wordt anderzijds getracht specifieke chemische reacties te katalyseren m.b.v.
homogene katalysatoren. Daarnaast worden nieuwe procedures bestudeerd waarmee katalytische
processen op een efficiëntere manier kunnen worden uitgevoerd. Hierbij valt te denken aan het
verankeren van katalysatoren op dragermaterialen waardoor katalysator- of productscheiding
eenvoudiger wordt, of waardoor scheidingen achterwege gelaten kunnen worden en reactie‘cascades’ uitgevoerd kunnen worden. Belangrijke inspiratiebronnen bij het ontwerpen van nieuwe
katalysatoren en katalytische procedures zijn de actieve centra van metallo-enzymen en biologische
reactie-‘cascades’.
Naast het homogeen katalytisch onderzoek vormt de moleculaire architectuur van organische
materialen een onderzoeksthema. Dit houdt in dat er wordt gewerkt aan het ontwerp, de synthese
en karakterisering van organische verbindingen en daarvan afgeleide aggregaten en/of polymeren.
Deze systemen bezitten bijzondere structuurkenmerken, bijzondere fysische eigenschappen en/of
chemische eigenschappen, die o.a. toepassing vinden in de materiaalkunde, optica, elektronica en
katalyse.
Actuele onderzoeksthema’s:
Organometaal chemie: nieuwe homogene katalysatoren, bijv. voor de katalytische omzetting van
biomassa
Bioanorganische chemie: synthetische modellen voor ijzer-enzymen en hierop gebaseerde
homogene oxidatiekatalysatoren.
Het verankeren van metaalcomplexen aan oplosbare of onoplosbare dragermaterialen, zoals
dendrimeren of silica.
De ontwikkeling van semi-synthetische enzymen, waarin een organometaalcomplex verankerd is in
een eiwit.
Hybride Organische/anorganische materialen.
De vakgroep heeft het merendeel van de benodigde faciliteiten voor het uitvoeren van het
onderzoek in eigen beheer. Voor het katalyse-onderzoek beschikt de vakgroep over alle faciliteiten
om de vaak zeer reactieve organometaalverbindingen te kunnen hanteren en analyseren. Daarbij
worden alle gebruikelijke scheidingstechnieken (kristallisatie, destillatie, gaschromatografie, hoge
druk vloeistof-chromatografie) en spectroscopische technieken (multikern-NMR, UV/VIS, IR, GC/ESIMS, etc.) toegepast. Voor kristalstructuurbepalingen wordt nauw samengewerkt met de vakgroep
Kristal- en Structuurchemie.
Hoewel experimenteel werk verreweg de belangrijkste component van het organisch chemisch
onderzoek is, wordt ook quantummechanisch rekenwerk in zowel de ontwerp- als de
interpretatiefase toegepast.
2. Invulling van de bachelorthesis (3e studiejaar, 15 ec)
Coördinatoren: dr. J.T.B.H. Jastrzebski
Docenten: dr. J.T.B.H. Jastrzebski, dr. M.-E. Moret, prof.dr. L.W. Jenneskens, prof. dr. R.J.M. Klein
Gebbink
Studenten voeren een deelproject uit in één van de lopende onderzoeken onder begeleiding van en
in samenwerking met een promovendus. De studenten leren de technieken toe te passen die nodig
zijn voor het veilig maken van en het omgaan met organometaalverbindingen, reagentia, polymeren,
etc., waarna afhankelijk van het gekozen onderwerp gekeken wordt naar de praktische aspecten van
selectieve organische reacties, zoals het invoeren van chirale centra in moleculen, katalyse door
metaalcomplexen, het hechten van katalytische moleculen aan dendrimeren, katalysator-recycling,
etc. Identificatie van de gemaakte verbindingen gebeurt door spectroscopische en fysisch-chemische
analyse.
De theoretische component bestaat uit het verwerken van de meetresultaten, verslaglegging en
mondelinge presentatie (in het Engels).
Aanbevolen organisch chemische voorkennis: Organisch Chemie en Advanced Organic Chemistry (2e
en 3e studiejaar); Catalysis (3e studiejaar).
Sectie Theoretische Chemie
http://tc5.chem.uu.nl/
1. Het onderzoek van de sectie
In ons onderzoek passen wij de kwantummechanica toe op chemische problemen. Het gaat er
daarbij allereerst om of een waargenomen verschijnsel, bijvoorbeeld de activeringsenergie voor een
reactie, door ons berekend kan worden. Ons hulpmiddel daarbij is een verzameling grote
kwantumchemische rekenprogramma’s die draaien op de computers in de sectie en op de landelijke
supercomputers (via SURFNET). Een dergelijk programma lost (via benaderingen) de Schrödingervergelijking op en levert op die manier allerlei uitkomsten die met energie te maken hebben zoals
evenwichtsstructuren, vormingswarmte, isomerisatie-energie, activeringsenergie,
vibratiefrequenties en de aanslagenergie naar aangeslagen toestanden. Men vindt ook golffuncties,
waaruit andere grootheden berekend kunnen worden, bijvoorbeeld ladingsdichtheden, elektrische
velden, chemical shifts, en eigenlijk alles wat maar meetbaar is.
Maar een geslaagde berekening is nog maar het begin. Je kunt een stap verder gaan door een
verklaring te zoeken voor het verschijnsel. De kwantumchemie is een krachtige methode bij dit
verklarende werk omdat men de berekening kan manipuleren (bijv. termen in de Hamiltoniaan
aan/uit zetten), en omdat experimenteel moeilijk toegankelijke situaties (zoals de
overgangstoestand van een chemische reactie) net zo goed doorgerekend kunnen worden als een
evenwichtstoestand.
Je kunt ook voorspellingen proberen te doen over vergelijkbare verschijnselen in nog niet
onderzochte systemen. Dit is iets waar men in de industrie op uit is: misschien vindt men zo een
nieuw medicijn of een nieuwe katalysator.
Maar wat te doen als de berekening faalt? Dit kan het gevolg zijn van onjuiste aannames in de
programmatuur: de elektronencorrelatie werd onvolledig beschreven, relativistische effecten
werden ten onrechte verwaarloosd, de invloed van het oplosmiddel werd weggelaten. Het
ontwikkelen van betere programmatuur is daarom een belangrijk onderdeel van het werk in onze
sectie.
Werkterreinen die onze speciale aandacht hebben zijn:
reacties van exotische ionen en moleculen in de massaspectrometrie;
reacties en fysische eigenschappen van (bio)organische moleculen;
katalyse;
het ontwikkelen van alternatieve methodes, zoals de Valence Bond methode;
het verbeteren van de programmatuur.
2. Invulling van de bachelorthesis (3e studiejaar, 15 ec).
De onderzoeksoriëntatie Theoretische chemie bestaat uit ‘experimenteel’ kwantumchemisch
onderzoek. Dit houdt in het plannen en uitvoeren van berekeningen, het verwerken en interpreteren
van de resultaten, en soms het ontwikkelen van een nieuw stuk programmatuur. Het onderzoek sluit
meestal aan bij het lopende onderzoek van de begeleider (één van de promovendi of stafleden),
maar de student mag ook zelf met suggesties komen. Het onderzoek wordt afgesloten met een
verslag en een korte werkbespreking.
Aanbevolen voorkennis: Kwantumchemie 2
Coördinator onderzoeksoriëntatie en specialisatie: dr. J.H. van Lenthe tel. 253 2733, e-mail
[email protected].
Freudenthal Instituut voor Didactiek van Wiskunde en Natuurwetenschappen
http://www.fisme.uu.nl/
Sectie Chemiedidactiek
De sectie Chemiedidactiek maakt deel uit van het Freudenthal Instituut voor Didactiek van Wiskunde
en Natuurwetenschappen. In dit instituut werkt de sectie Chemiedidactiek samen met
Biologiedidactiek, Natuurkundedidactiek, Wiskundedidactiek en het IVLOS.
1. Het onderzoek van de sectie
Het voornaamste onderzoeksterrein van de sectie is de didactiek van de bèta- schoolvakken in vwo
en havo. Het onderzoek wordt mede geïnspireerd door de landelijke ontwikkelingen voor een
nieuwe invulling van het bètaonderwijs (zie www.betanova.nl ). Zowel het bieden van een
perspectief op beroepen waarbij bèta kennis een duidelijke rol speelt, als een perspectief op bèta voor-iedereen, heeft onze aandacht. Daarnaast heeft de sectie aandacht voor
wetenschapscommunicatie in bredere zin.
We richten ons onderzoek voornamelijk op het ontwerpen en evalueren van onderwijs met daarin
onderwerpen en werkvormen die de leefwereld van leerlingen relateert aan bèta kennis. Daarnaast
gaan we na wat deze verandering betekent voor de scheikundedocenten.
Voor een aantal onderwerpen, zoals de kwaliteit van water, superadsorberende materialen,
molecular modelling in de context van medicijnontwikkeling, wordt nieuw onderwijsmateriaal
ontworpen. Het ontwerpproces bouwt voort op eerder verkregen vakdidactische kennis. Het nieuwe
onderwijsmateriaal wordt aan de hand van een theoretische onderbouwing getest op één of enkele
scholen. Met de evaluatiegegevens wordt het materiaal bijgesteld. Tevens wordt zo nieuwe kennis
verworven over leerprocessen van leerlingen bij het vak scheikunde, en over veranderingsprocessen
bij scheikundedocenten.
In het tweede studiejaar kun je bij sectie Chemiedidactiek terecht voor het research project. Dit
vormt een goede mogelijkheid om kennis te maken met de staf medewerkers, het onderzoek en
andere werkzaamheden.
2. Invulling van de bachelorthesis (3e jaar, 15 ec)
Coördinatie: Dr. G.T. Prins, [email protected], tel. 030 – 2532714 (bgg 030-2531179)
Als student werk je mee binnen één van de onderzoeken van de sectie. Je richt je onderzoek
bijvoorbeeld op een deel van het ontwerp van onderwijsmateriaal, het systematisch opzetten van
een practicumproef, het uitwerken van evaluatiegegevens over een lessenserie, een onderzoek naar
voorkennis bij leerlingen, of veranderingsprocessen bij docenten. Je bacheloronderzoek kan ook
gericht zijn op onderwerpen uit de wetenschapscommunicatie.
Afhankelijk van de mogelijkheden die zich voordoen, en natuurlijk ook afhankelijk van je eigen
voorkeur, wordt in gezamenlijk overleg een opdracht geformuleerd. Het is belangrijk tijdig te laten
weten of je overweegt om je bachelorthesis bij Chemiedidactiek in te vullen.
Om je bachelorthesis bij Chemiedidactiek uit te voeren dien je in ieder geval één van de volgende
vakken afgerond te hebben met voldoende resultaat:
-
Oriëntatie op de Onderwijspraktijk (BETA-B2OOP);
-
Leraar vmbo-T, onderbouw havo/vwo (TOHV1). Eerste cursus van de Educatieve minor (AS202B);
-
Wetenschaps- en techniekcommunicatie (BETA-B2WTC).
Departement Farmaceutische Wetenschappen
Medicinal Chemistry & Chemical Biology
http://www.projects.science.uu.nl/medchem/frames/ffwuk.htm?/medchem/
1. Het onderzoek van de disciplinegroep:
Op het gebied van de “Medicinal Chemistry”, wordt onderzoek verricht naar het ontwerpen, vinden,
maken en bestuderen van biologisch actieve stoffen op moleculair niveau. Hoewel oorspronkelijk de
nadruk lag op stoffen die verband houden met, of kunnen leiden tot, de ontwikkeling van nieuwe
geneesmiddelen en aanverwante verbindingen (metabolieten, toxische stoffen), is tegenwoordig het
wetenschapsgebied van de “Medicinal Chemistry” veel breder en strekt zich uit naar de “Chemical
Biology”. Hierbij wordt onderzoek gedaan aan stoffen en moleculaire benaderingen, die de biologie
verder vooruit kunnen helpen en zelfs nieuwe ontwikkelingen mogelijk kunnen maken.
Peptiden en eiwitten spelen een centrale rol in alle biologische processen en in vrijwel elke ziekte. Ze
zijn daarom in veel gevallen goede aangrijpings- of uitgangspunten voor de behandeling van ziekten.
In de meeste gevallen zijn peptiden echter ongeschikt als geneesmiddel en er is daarom een grote
interesse in peptidomimetica, die sommige van de nadelen van peptiden niet bezitten. Het
onderzoek van de disciplinegroep ‘Medicinal Chemistry & Chemical Biology’ richt zich daarom voor
een belangrijk deel op het ontwerp, de bereiding en de bestudering van peptiden en
peptidomimetica. Vooral peptiden en peptidomimetica die een rol kunnen spelen in het centrale
zenuwstelsel, in signaaltransductie processen, in de vorming van eiwitfibrillen (Alzheimer, BSE,
diabetes) alsmede bij infectie en immuniteit hebben de aandacht. Er is verder aandacht voor
fundamentele aspecten van moleculaire herkenning en biomoleculaire herkenning o.a. in het
onderzoek aan synthetische receptormoleculen gericht op nieuwe antibiotica en katalyse. Een
andere onderzoekslijn betreft de synthese en structuuranalyse van dendrimeren, waarbij
toepassingen in de richting van multivalente koolhydraat liganden, synthetische vaccins,
gentherapie, tumor visualisatie en katalyse met name aandacht krijgen. In het kader van proteomics
bestuderen wij onder andere nieuwe benaderingswijzen om selectieve kinase inhibitoren te
ontwikkelen, en de interactie tussen koolhydraatketens met koolhydraat-bindende eiwitten zoals
glycosidases.
Uiteenlopende methoden en technieken op het gebied van het ontwerpen van moleculen
(molecular modeling, docking, moleculaire mechanica en dynamica), het maken en vinden van
verbindingen (geavanceerde organische synthese, solid-phase synthese, combinatoriële chemie,
isolatie) en het bestuderen van verbindingen (surface plasmon resonantie, massaspectrometrie,
NMR, biologische activiteit) worden gebruikt en ontwikkeld. Dit gebeurt binnen de disciplinegroep of
in diverse samenwerkingsverbanden zowel binnen als buiten de Universiteit Utrecht.
2. Invulling van de bachelorthesis (3e studiejaar, 15 ec)
Coördinator: prof.dr. R. Pieters
Docenten: dr. J. Kemmink dr. ir. J.A.W. Kruijtzer dr. N.J. de Mol, dr. E.E. Moret, dr. R.J. Pieters, dr. ir.
D.T.S. Rijkers
De onderzoeksoriëntatie vindt plaats bij één van de onderzoekslijnen van de disciplinegroep
‘Medicinal Chemistry & Chemical Biology’. Studenten worden begeleid door een research analist,
aio/oio, post-doc of docent.