Warsztaty chemiczne na Uniwersytecie Warszawskim

W dniach 5 – 10 lutego 2017r. dwóch uczniów klasy 2d – Michał Bereza i Michał Kozdrowicki, wzięło udział w warsztatach chemicznych na Uniwersytecie Warszawskim, zorganizowanych w ramach zajęć Krajowego Funduszu na Rzecz Dzieci. Celem warsztatów było zwrócenie uwagi na pewne zagadnienia, którymi zajmują się obecnie naukowcy, poszerzenie wiedzy, nabycie doświadczenia w pracy laboratoryjnej czy nawiązanie nowych znajomości. Opiekę nad uczestnikami sprawowało dwoje tutorów/studentów – w tym absolwentka „Kopernika” Joanna Macnar. Codziennie rano w Starej Bibliotece UW odbywały się wykłady, z których można było zaczerpnąć sporą dawkę zaawansowanej wiedzy. Wykłady dotyczyły m.in. białek, spektroskopii NMR, szkieletów metalo-organicznych MOF (metal-organicframeworks), promieni X i ich roli w badaniach struktury kryształów, zależności w chemii kwantowej. Głównym punktem warsztatów była praca w laboratoriach nad wybranym problemem badawczym pod okiem specjalistów z danej dziedziny i możliwość zapoznania się z nowoczesnymi urządzeniami czy metodami stosowanymi w laboratorium. Program zajęć był dosyć napięty, ale organizatorzy nie zapomnieli też o urozmaiceniu wolnego czasu. Uczestnicy wzięli udział w spektaklu „Spowiedź chuligana. Jesienin”, doskonale zagranego przez Andrzeja Grabowskiego, później mogli podzielić się swoimi przemyśleniami dotyczącymi sztuki podczas specjalnie zorganizowanego spotkania. Nie brakowało też atrakcji jak „wieczorny spacer” po Warszawie. Warsztaty można uznać za udane, a tak uczestnicy podsumowali swoją pracę w laboratorium:

Michał Bereza:
Na zajęciach pracowałem Centrum Nowych Technologii Uniwersytetu Warszawskiego w Laboratorium Spektroskopii NMR. Zespół tam pracujący zajmuje się głównie wykorzystaniem najnowszych osiągnięć matematyki i informatyki w celu udoskonalenia metod pomiarów i ich przetwarzania. Temat moich warsztatów brzmiał: „Jak zbadać skład mieszanin za pomocą spektroskopii NMR”. Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego jest powszechnie stosowaną w medycynie i naukach jej pokrewnych techniką identyfikacji substancji. Na początku zajęć otrzymaliśmy gruntowne przygotowanie teoretyczne. Poznaliśmy naturę zjawiska absorbcji w NMR od strony matematycznej i fizycznej a następnie zostały omówione sposoby przetwarzania uzyskanych informacji. Przykładowo, dowiedzieliśmy się na czym polega transformacja Fouriera, której wykonanie umożliwiało sporządzanie wykresów potrzebnych do analizy substancji. Po przygotowaniu teoretycznym zaczęliśmy analizę widm różnych substancji. Pracowaliśmy na spektrometrze Varian o częstotliwości 700 MHz. Najpierw analizowaliśmy widma prostych substancji np. alkoholu etylowego a później przeszliśmy do analizy mieszanin min. olejów. Sami przygotowywaliśmy próbki do analizy i nauczyliśmy się jak regulować spektrometr aby wykonać pomiary. Pokazano nam również w jak można wygaszać piki zakłócające obraz otrzymanego widma pochodzące np. od rozpuszczalnika. Niektóre substancje podgrzewaliśmy, by sprawdzić jak zmienia się ich widmo i na tej podstawie określaliśmy wzory produktów reakcji. Mieliśmy również styczność z metodą DEPT 13C NMR, która umożliwia rozróżnienie w widmie 13C NMR sygnałów pochodzących od atomów węgla o różnej rzędowości. Polega ona na wykonywaniu serii widm, w których odpowiednie piki są wygaszane i skierowane w górę lub w dół. Sprawdzaliśmy również zawartość różnych substancji w napojach energetycznych. Wyglądało to tak, że najpierw sporządzaliśmy wzorcowe widmo szukanej substancji a następnie widmo napoju. Później szukaliśmy podobnych sygnałów na widmie. W ten sposób wykryliśmy min. kofeinę w kilku napojach i stwierdziliśmy jej brak w innych. Oprócz tego wykonywaliśmy prostą ekstrakcję piperyny, dla której sporządziliśmy widmo dwuwymiarowe korelacyjne typu TOCSY, COSY i NOESY. W odróżnieniu od widm jednowymiarowych te widma ukazują sprzężenia atomów, które nie leżą obok siebie. Umożliwia to precyzyjne dopasowanie każdego sygnału do odpowiedniego atomu w cząsteczce, co udało nam się wykonać.

Michał Kozdrowicki:
Podczas zajęć pracowałem w Centrum Nauk Biologiczno – Chemicznych UW w Grupie Biologii Strukturalnej. Jest to grupa, która stanowi część Laboratorium Badań Biomakromolekularnych. Zajmuje się głównie badaniem struktury i funkcji białek różnymi metodami jak krystalografia, analiza bioinformatyczna czy hodowla komórkowa. W czasie warsztatów zajmowałem się tematem: „Biochemia białek uczestniczących w procesie fotosyntezy – oczyszczanie chromatograficzne i krystalizacja”. Zajmowałem się białkiem LHC II, które tworzy tzw. kompleks antenowy towarzyszący fotoukładowi II, występujący w kompleksie m.in. z chlorofilem. Na początku projektu trzeba było oczyścić białko zawarte w próbce pochodzącej z liści szpinaku. Należało zacząć od przygotowania buforu SEC. Mogłem poznać tutaj różne metody oczyszczania białek, takie jak sączenie molekularne czy FPLC (fast protein liquidchromatography), która jest sterowana komputerowo, umożliwia wykonanie skomplikowanych procesów chromatograficznych poprzez np. zaprogramowanie profilu elucji kolumny czy kontrolę odpowiednich parametrów podczas chromatografii. Oczyszczanie białka było procesem dosyć długim, wymagającym kilku powtórzeń. Do oznaczenia stężenia białka mogłem wykorzystać DENOWIX – spektrofotometr, który umożliwia pomiar absorbancji z mikroobjętości. Podczas warsztatów miałem też okazję przeprowadzić elektroforezę białek – m.in. przygotowywałem żel akrylamidowy, do zapoczątkowania reakcji polimeryzacji używałem TEMED i APS, nanosiłem wybarwione próbki do studzienek. Po tych wszystkich procesach można było przygotowywać się do krystalizacji. W tym celu przygotowywałem odpowiednie bufory. I tutaj rozpoczął się najciekawszy moment zajęć – mogłem zobaczyć jak pracują takie urządzenia jak Dragonfly czy Mosquito LCP. Dragonfly umożliwia pobieranie i mieszanie odpowiedniej ilości różnych roztworów (po wcześniejszym zaprogramowaniu), dzięki temu powstało wiele warunków do krystalizacji białka (celem badania był m.in. dobór odpowiednich warunków do wzrostu kryształów). Następnie nanosiłem próbki białka na specjalną płytkę, które później Mosquito wstrzykiwał do roztworów. Dzięki temu otrzymaliśmy 96 różnych warunków do krystalizacji białka. Następnie ta 96-częściowa płytka z białkiem i odpowiednimi roztworami została umieszczona w systemie Formulatrix – urządzeniu służącemu do obrazowania i przechowywania płytek do krystalizacji ze skanerem. Pozostało tylko czekać. Te doświadczenia pokazały mi jak trudna jest praca z białkami, które są bardzo wrażliwe i każde białko należy traktować „inaczej” – dla innego białka mogą być optymalne inne warunki. Tym bardziej jest trudna krystalizacja białek –która z natury jest procesem energetycznie niekorzystnym. Jednak nasz projekt zakończył się sukcesem – już po jednym dniu od rozpoczęcia krystalizacji było widać niewielkie kryształy w pewnych warunkach (zdjęcia zrobione przez Formulatrix), sukces jest tym większy, że prawdopodobnie udało się nam uzyskać kryształy tego białka po raz pierwszy w Polsce (dołączone zdjęcia przedstawiają kryształy LHC II po trzech dniach od rozpoczęcia krystalizacji). Ponadto mogłem zobaczyć jak należy przeprowadzić krystalizację lizozymu – białka, które tworzy bardzo ładne kryształy, a jest w odróżnieniu od innych białek dosyć łatwe w krystalizacji.
https://gorna.uw.edu.pl/en/news/young-talents-our-laboratory

 

 

 

link