Заключение

Важнейшими факторами реализации современных требований к химическому образованию медиков и качественному овладению дисциплиной химия биополимеров являются обновление его содержания и современная организация процесса его усвоения. Наиболее рациональный путь достижения этих требований – не расширение объема и углубления содержания, а более обоснованный отбор учебного материала, улучшение его организации и методики преподавания в рамках сокращающихся часов, не удлинение сроков обучения, а изменение методических подходов к его изучению, активизация и интенсификация учебного процесса, познавательной деятельности и самостоятельной работы обучающихся.

Дисциплина химия биополимеров в медицинском вузе выполняет целый ряд задач:

• фундаментальная общехимическая подготовка обучающихся, формирование у них химической картины природы в общем контексте естествознания и медицины в частности;

• развитие у обучающихся логики и интеллектуальных умений для дальнейшего освоения фундаментальных теоретических и клинических специальных дисциплин, в частности умение прогнозировать реакционную способность органических веществ, а также возможность протекания биохимических процессов;

• осознание обучающимися значимости химических знаний и умений во всей их последующей профессиональной медицинской деятельности.

Учебное пособие дисциплины «Химия биополимеров» позволяет обучающимся решать данные задачи и активизирует их самостоятельную работу при подготовке к занятиям.

Содержание всех компонентов структуры пособия позволит первокурсникам закрепить пройденный программный материал и будет способствовать его более глубокому и прочному усвоению, что очень важно для будущего врача, поскольку химия входит в число наук, составляющих фундамент современной медицины.

Глоссарий

1. АМИНОКИСЛО́ТЫ (аминокарбо́новые кисло́ты) – органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы. Аминокислоты могут рассматриваться как производные карбоновых кислот, в которых один или несколько атомов водорода заменены на аминные группы.

2. АНОМЕРЫ  – моносахариды, находящиеся в циклической пиранозной или фуранозной форме и отличающиеся конфигурацией ацетального атома углерода (аномерного центра). Термин «аномеры» применяется преимущественно в химии сахаров.

3. БЕЛКИ́ (протеи́ны, полипепти́ды) – высокомолекулярные органические вещества, состоящие из α-аминокислот, соединённых в цепочку пептидной связью. В живых организмах аминокислотный состав белков определяется генетическим кодом, при синтезе в большинстве случаев используется 20 стандартных аминокислот.

4. БИУРЕТОВАЯ РЕАКЦИЯ – качественная на все без исключения белки, а также продукты их неполного гидролиза, которые содержат не менее двух пептидных связей. Биуретовая реакция обусловлена присутствием в белках пептидных связей, которые в щелочной среде образуют с сульфатом меди (ІІ) окрашенные медные солеобразные комплексы. Биуретовую реакцию дают также некоторые небелковые вещества, например биурет (NH₂-CO-NH-CO-NH₂), оксамид (NH₂CO-CO-NH₂), ряд аминокислот (гистидин, серин, треонин, аспарагин).

5. ВО́СКИ – распространённые в растительном и животном мире простые липиды (сложные эфиры высших жирных кислот и высших высокомолекулярных спиртов). Очень устойчивы, нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в бензине, хлороформе, эфире. По происхождению воски можно разделить на животные и растительные.

6. ГАНГЛИОЗИДЫ – сложные по составу липиды. Они содержат несколько углеводных остатков, среди которых присутствует N-ацетилнейраминовая кислота. Нейраминовая кислота представляет собой углевод, состоящий из 9 атомов углерода и входящий в группу сиаловых кислот.

7. ГЛИКАНЫ – полисахариды или олигосахариды, полимеры, состоящие из моносахаридных звеньев, соединенных O-гликозидными связями. Например, целлюлоза представляет собой гликан (или, более конкретно, глюкан), состоящий из β-1,4-связанной D-глюкозы, а хитин представляет собой гликан, состоящий из β-1,4-связанного N-ацетил-D-глюкозамина.

8. ГЛИКОЗИ́ДЫ  – органические соединения, молекулы которых состоят из двух частей: углеводного (пиранозидного или фуранозидного) остатка и неуглеводного фрагмента (т.н. агликона). В качестве гликозидов в более общем смысле могут рассматриваться и углеводы, состоящие из двух или более моносахаридных остатков. Преимущественно кристаллические, реже аморфные вещества, хорошо растворимые в воде и спирте. Своё название гликозиды получили от греческих слов glykys — сладкий и eidos — вид, поскольку они при гидролизе распадаются на сахаристую и несахаристую компоненты.

9. ДЕЗАМИНИРОВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ – реакция отщепления α-аминогруппы от аминокислоты, в результате чего образуется соответствующая α-кетокислота (безазотистый остаток) и выделяется молекула аммиака.

10. ДЕКСТРИ́Н – полисахарид, получаемый термической обработкой картофельного или кукурузного крахмала. Образуется из крахмала в ротовой полости человека под действием α-амилаз.

11. ДЕНАТУРАЦИЯ  (лат. denaturatus; от лат. de – приставка, означающая отделение, удаление + лат. nature – природа, естество) – лишение естественных свойств.

Денатурация биополимеров – изменение структуры их молекул, приводящее к потере их естественных свойств.

12. ДИСАХАРИ́ДЫ (от греч. di – два, sacchar – сахар) – сложные органические соединения, одна из основных групп углеводов, при гидролизе каждая молекула распадается на две молекулы моносахаридов, являются частным случаем олигосахаридов. По строению дисахариды представляют собой гликозиды, в которых две молекулы моносахаридов соединены друг с другом гликозидной связью, образованной в результате взаимодействия гидроксильных групп (двух полуацетальных или одной полуацетальной и одной спиртовой). В зависимости от строения дисахариды делятся на две группы: восстанавливающие и невосстанавливающие. Дисахариды наряду с полисахаридами являются одним из основных источников углеводов в рационе человека и животных.

13. ЖИРЫ (триацилглицерины) – сложные эфиры жирных кислот и глицерина.

14. ИЗОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ТОЧКА (pI) – кислотность среды (pH), при которой определённая молекула или поверхность не несёт электрического заряда. Амфотерные молекулы (цвиттер-ионы) содержат как положительные, так и отрицательные заряды, наличием которых определяется pH раствора. Заряд различных функциональных групп таких молекул может меняться в результате связывания или, наоборот, потери протонов H⁺. Величина изоэлектрической точки такой амфотерной молекулы определяется величинами констант диссоциации кислотной и осно́вной фракций.

15. ИНВЕРСИЯ САХАРОВ – гидролиз сахарозы (например, свекловичного сахара), сопровождающийся изменением направления вращения плоскости поляризованного луча света раствором сахара.

16. ИОДНОЕ ЧИСЛО – масса иода (в г), присоединяющегося к 100 г органического вещества.

17. КОЛЬЧАТО-ЦЕПНАЯ ТАУТОМЕРИЯ моносахаридов заключается в существовании кольчатых (циклических) форм и цепной (т.е. с открытой углеродной цепью) формы моносахарида, находящихся в динамическом равновесии. Замыкание цикла осуществляется при сближении СО-группы моносахарида с гидроксилом углеродного атома, удаленного от нее на 3-4 звена. По карбонильному кислороду проходит реакция присоединения атома водорода упомянутой спиртовой группы, в результате чего образуется новый гидроксил, получивший название гликозидного или полуацетального. Одновременно с этим замыкается кислородный мостик, дающий начало пяти- или шестичленному гетероциклу.

18. КСАНТОПРОТЕИНОВАЯ РЕАКЦИЯ – качественная реакция на белки. Для ее осуществления к раствору белка прибавляют концентрированную HNO₃ до тех пор, пока не прекратится образование осадка, который при нагревании окрашивается в желтый цвет. Окраска возникает в результате нитрования ароматических колец аминокислотных остатков белка (тирозина и триптофана). При добавлении к охлажденной жидкости избытка щелочи появляется оранжевое окрашивание, обусловленное образованием солей нитроновых кислот с хиноновой системой сопряженных двойных связей.

19. ЛИПИДЫ – органические вещества животного или растительного происхождения, нерастворимые в воде, но растворяющиеся в органических растворителях. Липиды по способности к щелочному гидролизу подразделяются на две группы – омыляемые и неомыляемые липиды.

20. МОНОСАХАРИ́ДЫ (от греческого monos – единственный, sacchar – сахар) – простейшие углеводы, не гидролизующиеся с образованием более простых углеводов — обычно представляют собой бесцветные, легко растворимые в воде, плохо – в спирте и совсем нерастворимые в эфире, твёрдые прозрачные органические соединения, одна из основных групп углеводов, самая простая форма сахара. Водные растворы имеют нейтральную pH. Некоторые моносахариды обладают сладким вкусом. Моносахариды содержат карбонильную (альдегидную или кетонную) группу, поэтому их можно рассматривать как производные многоатомных спиртов. Моносахарид, у которого карбонильная группа расположена в конце цепи, представляет собой альдегид и называется альдоза. При любом другом положении карбонильной группы моносахарид является кетоном и называется кетоза. В зависимости от длины углеродной цепи (от трёх до десяти атомов) различают триозы, тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы и так далее. Среди них наибольшее распространение в природе получили пентозы и гексозы. Моносахариды — стандартные блоки, из которых синтезируются дисахариды, олигосахариды и полисахариды.

21. МУТАРОТАЦИЯ (от лат. Muto – изменяю и rotatio – вращение), изменение величины оптического вращения растворов оптически активных соединений вследствие их эпимеризации, в химии углеводов под мутаротацией обычно подразумевается эпимеризация полуацетального атома углерода. Характерна для моносахаридов, восстанавливающих олигосахаридов, лактонов и др. Мутаротация может катализироваться кислотами и основаниями.

22. О́ЛИГОСАХАРИ́ДЫ (от греч. ὀλίγος – немногий) – углеводы, молекулы которых синтезированы из 2 –10 остатков моносахаридов, соединённых гликозидными связями. Соответственно различают: дисахариды, трисахариды и так далее. Олигосахариды, состоящие из одинаковых моносахаридных остатков, называют гомополисахаридами, а из разных  – гетерополисахаридами. Наиболее распространены среди олигосахаридов дисахариды.

23. ПЕПТИДНАЯ СВЯЗЬ – вид амидной связи, возникающей при образовании белков и пептидов в результате взаимодействия α-аминогруппы (—NH₂) одной аминокислоты с α-карбоксильной группой (—СООН) другой аминокислоты.

24. ПЕПТИДЫ (от греч. πεπτος – питательный) – семейство веществ, молекулы которых построены из двух и более остатков аминокислот, соединённых в цепь пептидными (амидными) связями —C(O)NH—. Обычно подразумеваются пептиды, состоящие из α-аминокислот, однако термин не исключает пептидов, полученных из любых других аминокарбоновых кислот.

25. ПОЛИСАХАРИ́ДЫ  – общее название класса сложных высокомолекулярных углеводов, молекулы которых состоят из десятков, сотен или тысяч мономеров — моносахаридов. С точки зрения общих принципов строения в группе полисахаридов возможно различить гомополисахариды, синтезированные из однотипных моносахаридных единиц и гетерополисахариды, для которых характерно наличие двух или нескольких типов мономерных остатков.

26. ПРОБА СЕЛИВАНОВА – качественное обнаружение фруктозы. При нагревании пробы с фруктозой в присутствии резорцина и соляной кислоты появляется вишнево-красное окрашивание. Проба также применима для обнаружения других кетоз. Альдозы в этих же условиях взаимодействуют медленнее и дают бледно-розовую окраску или вообще не взаимодействуют. Открыта Ф. Ф. Селивановым в 1887 году.

27. ПРОБА ТРОММЕРА [по имени нем. химика К. А. Троммера (К. A. Trommer)] – способ определения моносахаридов в биологических жидкостях.

28. Сиаловые кислоты (от греч. σίαλον – слюна) – общее название N- и O-замещённых производных нейраминовой кислоты, моносахарида с девятиатомной углеродной цепью. Наиболее распространённого представителя этого класса — N-ацетилнейраминовую кислоту – также часто называют сиаловой кислотой. Широко распространены в тканях животных, однако встречаются также у растений, грибов и бактерий.

29. СФИНГОЗИН – высший алифатический аминоспирт с ненасыщенной углеводородной цепью (C₁₈). Составляет основу сфинголипидов (например, сфингомиелина), класса фосфолипидов клеточных мембран.

30. СФИНГОЛИПИДЫ – это класс липидов, относящихся к производным алифатических аминоспиртов. Они играют важную роль в передаче клеточного сигнала и в клеточном распознавании. Особенно богата сфинголипидами нервная ткань.

31. ТРАНСАМИНИРОВАНИЕ – биохимическая ферментативная реакция обратимого переноса аминогруппы с аминокислоты на кетокислоту без промежуточного образования аммиака.

32. УГЛЕВО́ДЫ (сахара́, сахариды) – органические вещества, содержащие карбонильную группу и несколько гидроксильных групп. Название класса соединений происходит от слов «гидраты углерода», оно было впервые предложено К. Шмидтом в 1844 году. Появление такого названия связано с тем, что первые из известных науке углеводов описывались брутто-формулой C_x(H₂O)_y, формально являясь соединениями углерода и воды.

33. ФОСФОЛИПИ́ДЫ – сложные липиды, сложные эфиры многоатомных спиртов и высших жирных кислот. Содержат остаток фосфорной кислоты и соединенную с ней добавочную группу атомов различной химической природы.

34. ЦВИТТЕР-ИОН (биполярный ион; от нем. Zwitter – гибрид) – молекула, которая, являясь в целом электронейтральной, в своей структуре имеет части, несущие как отрицательный, так и положительный заряды, локализованные на несоседних атомах. К цвитер-ионным соединениям зачастую относят и внутримолекулярные соли (например, внутримолекулярные соли аминокислот) и, иногда, ионные диполярные соединения, в том числе и с зарядами на соседних атомах (например, N-оксиды аминов). Цвиттер-ионные соединения высокополярны и поэтому, как правило, обладают хорошей растворимостью в полярных растворителях (воде, диметилсульфоксиде и т.п.) и слабой – в большинстве органических неполярных растворителей.

35. ЦЕРАМИДЫ – подкласс липидных молекул, самый простой тип сфинголипидов, состоящих из сфингозина (или некоторых его производных) и жирной кислоты. Церамиды являются важным липидным компонентом клеточной мембраны. Церамид участвует в качестве молекулы-предшественника в синтезе сфингомиелина. Церамиды играют роль в клетке не только как элемент мембраны, но и как сигнальная молекула.

36. ЦЕРЕБРОЗИДЫ (гликосфинголипиды) (от лат. cerebrum – мозг) – природные органические соединения из группы сложных липидов. Компоненты клеточных мембран. Впервые были обнаружены в составе мозга (отсюда название). Цереброзиды образованы остатками аминоспирта сфингозина, жирной кислоты и углевода (галактоза, реже глюкоза). В качестве жирнокислотного компонента в состав цереброзидов чаще всего входят насыщенные, ненасыщенные и оксикислоты с 24 атомами углерода в цепи. Галактоцереброзиды обнаруживаются в основном в мембранах клеток мозга, в то время как глюкоцереброзиды присутствуют в мембранах различных клеток (не только нейронов).

37. ЭПИМЕРЫ – диастереомеры моносахаридов, различающиеся конфигурацией только одного асимметрического атома углерода. Эпимеры — частный случай диастереомеров. Например, D-глюкоза и D-галактоза отличаются друг от друга только конфигурацией С-4, т.е. являются эпимерами по С-4. Аналогично D-глюкоза и D-манноза — эпимеры по С-2.

ОТВЕТЫ К ТЕСТОВЫМ ЗАДАНИЯМ

1.1 Углеводы. Моносахариды и их производные

01. 1

02. 3

03. 3

04. 1

05. 3

06. 1

07. 1

08. 3

09. 3

10. 2

1.2 Сложные углеводы. Ди- и олигосахариды. Полисахариды

01. 3

02. 1

03. 1

04. 2

05. 1

06. 3

07. 4

08. 3

09. 2

10. 4

1.4 α-Аминокислоты

01. 1

02. 1

03. 1

04. 2

05. 2

06. 3

07. 3

08. 4

09. 3

10. 4

1.5 Пептиды и белки

01. 2

02. 1

03. 2

04. 1

05. 1

06. 3

07. 1

08. 2

09. 3

10. 3

1.6 Биологически важные азотсодержащие гетероциклические соединения

01. 2

02. 3

03. 1

04. 2

05. 4

06. 1

07. 2

08. 3

09. 1

10. 4

1.7 Нуклеиновые кислоты

01. 3

02. 2

03. 3

04. 1

05. 2

06. 3

07. 2

08. 1

09. 3

10. 3

1.8 Липиды

01. 3

02. 3

03. 1

04. 4

05. 2

06. 3

07. 4

08. 1

09. 1

10. 3

Список литературы

Основная литература

1. Тюкавкина Н. А. Биоорганическая химия [Электронный ресурс] : учебник. / Тюкавкина Н.А., Бауков Ю. И., Зурабян С. Э. // Москва : Гэотар-Медиа, 2014. – 416 с. Режим доступа : http://www.studmedlib.ru/ru/book/ISBN9785970427835.html

Дополнительная литература

1. Биоорганическая химия [Электронный ресурс] : руководство к практическим занятиям / под ред. Н. А. Тюкавкина // Москва : Гэотар-Медиа, 2014. – 168 с. Режим доступа : http://www.studmedlib.ru/ru/book/ISBN9785970428214.html

2. Руководство к лабораторным занятиям по биоорганической химии : учеб. пособие для студентов вузов / под ред. Н. А. Тюкавкина // Москва : ДРОФА, 2006. – 319 с.

3. Тюкавкина Н. А. Биоорганическая химия: учеб. для студентов [мед.] вузов / Н. А. Тюкавкина, Ю. И. Бауков // Москва : Дрофа, 2005. – 542 с.