Opbouw tweede jaar Moleculaire Levenswetenschappen
In het tweede jaar worden de vakken meer interdisciplinair en steeds specialistischer. Je gaat je bezighouden met onderwerpen die op het grensvlak tussen de scheikunde, biologie en natuurkunde liggen. Daarnaast is het tweede jaar natuurkundiger georiënteerd dan het eerste jaar. Kwantummechanica en fysische chemie nemen een grotere rol in. Je leert onder andere hoe je golffuncties wiskundig kunt omschrijven en hoe drijvende krachten het verloop van scheikundige reacties bepalen. Bekijk hieronder de vakken van het tweede jaar.
Atomaire en Moleculaire Structuur
Omvang 6 studiepunten
Dit vak borduurt voort op het vak Introductie Kwantummechanica uit het eerste jaar en doorgrondt hoe chemische bindingen worden gevormd. Doel van het vak is hoe je kwantummechanische theorieën en berekeningen kunt toepassen. Je begint met het beschrijven van de elektronenstructuur van atomen en moleculen. De bekende Schrödingervergelijking staat hierbij centraal. Je leert bijvoorbeeld werken met de Hamiltonoperator. Je gaat voorspellingen doen over welke bindingen gevormd kunnen worden en hoe stabiel deze chemische bindingen zijn. Daarnaast leer je moleculen beschrijven aan de hand van hun symmetrische kenmerken. Deze zijn bepalend voor de eigenschappen van de moleculen.
Organisch-Chemische Analysemethoden
Omvang 6 studiepunten
In dit vak leer je omgaan met veel gebruikte analytische technieken in de Organische Chemie. Omdat analytische technieken centraal staan, bestaat het vak voor een groot deel uit practica. Tijdens de practica krijg je ervaring krijgt in het gebruik van vaak geavanceerde apparatuur en inzicht in het interpreteren van meetgegevens. In werkcolleges wordt de theorie van de analytische technieken uitgelegd.
Twee technieken staan centraal in dit vak. In het eerste deel leer je diverse chromatografische technieken die gebruikt worden om te bepalen welke stoffen er in een mengsels zitten, en in welke concentratie. Voorbeelden hiervan zijn HPLC (High Pressure Liquid Chromatography, voor de scheiding van opgeloste stoffen) en gaschromatografie (scheiding van gassen).
In het andere deel komen spectroscopische technieken aan bod, welke essentieel zijn om de structuur van onbekende koolstofverbindingen te bepalen. Zo ga je bijvoorbeeld aan de slag met UV/VIS-spectroscopie (waarbij de absorptie van zichtbaar licht en UV-straling van een stof gemeten wordt) en NMR (Nuclear Magnetic Resonance, waarbij de eigenschappen van atoomkernen worden gebuikt).
Bio-organische Chemie
Omvang 6 studiepunten
De structuur en reactiviteit van biomoleculen, dat is waar dit vak over gaat. Van belangrijke bouwstoffen van het leven, zoals nucleïnezuren (voor DNA), koolhydraten en vetten. In hoor- en werkcolleges worden de structuur en stereochemie behandeld van biomoleculen, evenals belangrijke reacties van (bio)moleculen en hoe deze precies verlopen (de bijbehorende reactiemechanismen).
Het practicumdeel bestaat uit het zelfstandig uitvoeren van diverse types reacties, waarbij je verschillende moleculen synthetiseert en analyseert of de synthese gelukt is. Tijdens dit vak sta je dus veel achter de zuurkast! De analysetechnieken heb je tijdens het vak Organisch Chemische Analysemethoden geleerd. Omdat je al je experimenten in een zuurkast uitvoert, is een speciaal onderdeel het veilig leren werken in zuurkasten.
Drijvende Krachten in Chemie, Fysica en Biologie
Omvang 6 studiepunten
Wat bepaalt nu precies of processen (bijvoorbeeld een chemische reacties) kunnen verlopen of niet? Met andere woorden: wat zijn drijvende krachten in de Chemie, Fysica en Biologie? Dit vak heet daarom Drijvende krachten in de Chemie, Fysica en Biologie. Het is een vervolg op het eerstejaars vak Introductie Thermodynamica.
Diverse onderwerpen worden uitgewerkt, zoals de eerste en tweede hoofdwet van de Thermodynamica. Ook wordt behandeld in welke (en hoeveel) stappen chemische reacties kunnen verlopen, dat is het onderwerp reactiekinetiek. Als eerste wordt de onderliggende wiskunde behandeld, zoals differentialen en Legendre transformaties. Dat is taaie wiskunde. Daarna ga je aan de slag. Met je wiskundige en thermodynamische kennis gebruik je om verschillende fenomenen te verklaren en te voorspellen. Onderwerpen die daarbij aan de orde komen zijn fase-evenwichten tussen vloeistof en damp, alternatieve energie het gedrag van mengsels en het vouwen van eiwitten.
Naast hoor- en werkcolleges heb je ICT-practica waarin je simulaties met bijvoorbeeld ideale gassen en Van der Waals-gassen uitvoert.
Enzymologie
Omvang 6 studiepunten
Zoals de naam al doet vermoeden gaat dit vak over enzymen. Enzymen doen het chemische werk in een cel. Tijdens hoorcolleges wordt duidelijk hoe enzymen nou precies een reactie katalyseren. Je leert waarom deze belangrijke biomoleculen doen wat ze doen en hoe ze dat kunnen doen. Bijvoorbeeld hoe een enzym moet gevouwen zijn of welke co-factor (bijvoorbeeld een metaalion) nodig om is een reactie te laten verlopen.
Aan bod komen onder andere onderwerpen als enzymkinetiek (hoe snel enzymen stoffen kunnen omzetten) en reactiemechanismen (welke reacties spelen een rol bij de omzetting). Ook wordt de werking van enzymremmers (bijvoorbeeld penicilline) behandeld.
In de practica leer je hoe je enzymen uit weefsels kunt isoleren, opzuiveren en karakteriseren. De gebruikte technieken omvatten onder andere ionwisselings-chromatografie, waarbij eiwitten gescheiden door middel van hun lading, en gelfiltratie, waarbij de scheiding gebaseerd is op de grootte van het eiwit.
Celfysiologie en Genetica
Omvang 6 studiepunten
In dit vak komen de vakgebieden Genetica, Biochemie en Moleculaire Biologie samen. Elke week komt een nieuwe casus aan bod, waarin een ziekte aan erfelijke eigenschappen wordt gekoppeld. Voorbeelden zijn 'Duchenne spierdystrofie' of 'P53 en kanker'.
Tijdens de hoorcolleges vergaar je achtergrondkennis over diverse aspecten van de cases, zoals regulatie van genexpressie (hoe vaak een gen wordt afgelezen), erfelijkheid en de regulatie, transport en activiteit van RNA en eiwitten. Je werkt deze thema's verder uit in werkcolleges, discussies en ICT-practica.
Spectroscopie en Beeldvorming
Omvang 6 studiepunten
Spectroscopie is het bestuderen van materie met elektromagnetische straling (zichtbaar licht, UV-straling, radiogolven, etc.). In het spectroscopische gedeelte van dit vak wordt voornamelijk NMR-spectroscopie (Nuclear Magnetic Resonance) bestudeerd. Deze techniek is gebaseerd op de interacties tussen atoomkernen in een magneetveld en radiogolven. De verdeling van de elektronen over het molecuul bepaalt de interactie tussen moleculen en elektromagnetische straling. Deze interactie verschilt per atoomkern in een molecuul, wat het mogelijk maakt om de structuur van moleculen te bestuderen. Je leert over de toepassingen van NMR in de organische chemie en de principes achter NMR worden ook toegelicht.
Waar NMR gericht is op het gedrag van atoomkernen, is beeldvorming gericht op het gedrag van elektronen in een atoom of een molecuul en de energieniveaus waarin deze zich kunnen bevinden. Tijdens het deel over beeldvorming maak je gebruik van de interacties tussen zichtbaar licht en materie. Je staat uitgebreid stil bij fluorescentie en fosforescentie, en hoe deze verschijnselen gebruikt kunnen worden om bijvoorbeeld DNA-replicatie te onderzoeken. Tijdens dit vak bestudeer je ook hoe verschillende technieken lichtmicroscopie werken.
Chemie van de Zachte Materialen
Omvang 6 studiepunten
Chemie van de Zachte Materialen gaat, de naam zegt het al, over zachte materialen. Bij zachte materialen moet je denken aan bijvoorbeeld oplossingen van macromoleculen die netwerken vormen. Een bekend voorbeeld is gelatine, een netwerk van eiwitten. Doordat tussen deze moleculen oplosmiddel zit wat kan bewegen, zijn de netwerken hervormbaar: ze zijn zacht. Wat zijn de eigenschappen van netwerken, welke krachten houden ze bij elkaar en waarom worden ze eigenlijk gevormd? Deze onderwerpen komen onder andere aan de orde tijdens dit vak.
Het vakgebied van de Chemie van de Zachte Materialen is nauw verbonden met het vakgebied van de Colloïdkunde. Als je eenvoudige colloïden of zachte materialen begrijpt (bijvoorbeeld een micel) dan kun je ook gelijksoortige ingewikkelde biologische systemen begrijpen (bijvoorbeeld een celmembraan). Veelal wordt gebruikt gemaakt van wiskundige modellen om het gedrag van zachte materialen te kunnen begrijpen.
In hoorcolleges wordt de theorie uitgelegd. Daarna ga je de theorie oefenen en toepassen in werkcolleges. In practica (ongeveer de helft van het vak) leer je de theorie toepassen in experimenten.
Bio-anorganische Chemie
Omvang 6 studiepunten
Bio-anorganische Chemie verbindt de vakgebieden Anorganische Chemie en Biochemie met elkaar. Een belangrijk onderdeel in dit vak is de chemie van overgangsmetalen. Deze metalen, waarvan ijzer het meest bekende is, spelen een belangrijke rol in veel eiwitcomplexen. Zo bevat hemoglobine een ijzerion dat essentieel is voor binding van zuurstof. De structuur van deze complexen en de elektronenconfiguratie van het metaalion dat het complex bij elkaar houdt, kun je bestuderen met NMR. Dit ga je ook zelf doen, zowel in het lab als aan de hand van NMR-spectra die van te voren gemaakt zijn door de docent. Daar wordt tijdens dit vak uitgebreid bij stilgestaan. Speciale aandacht wordt besteed aan het begrijpen van de interacties tussen biomoleculen (eiwitten en DNA) en overgangsmetalen (en vooral de ionen daarvan). Deze kennis wordt gebruikt om de werking van bepaalde medicijnen te verklaren, zoals cytostatica.
Gentechnologie
Omvang 6 studiepunten
In de moderne biologie zijn technieken voor het isoleren, analyseren en manipuleren van genen niet meer weg te denken. In dit vak komen diverse aspecten van DNA recombinatietechnieken aan bod, zoals de productie van transgene dieren en gewassen, het beïnvloeden van genfuncties door middel van RNAi (waarbij bepaalde mRNA’s worden afgebroken, zodat een eiwit niet meer aangemaakt wordt) en het gebruik van transgene muizen als modelsysteem voor menselijke ziektes.
Tijdens labpractica leer je zelf een aantal belangrijke basistechnieken, zoals hoe je stukjes DNA kunt kopiëren en aan elkaar plakken door middel van PCR (polymerase chain reaction), en Southern blotten (een methode om DNA te detecteren). De ICT-practica draaien om de vraag hoe je de juiste onderzoeksstrategie bepaald, en om het leren omgaan met databases.