КНИЖЕЧКАметод_указ_мед_химия

КИНЕТИКА БИОХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ.

Все процессы, которые происходят вокруг нас и внутри нас, идут с преобразованием энергии и с разной скоростью. Большое практическое значение химической кинетики состоит в том, что она разрешает определять, возможен или невозможен тот или иной процесс, и в каких условиях он происходит.

Положения химической кинетики, которая изучает скорости и механизмы реакций, с большим успехом применяются для изучения биохимических процессов. Кинетика ферментативных процессов играет большую роль в живой природе и нужна студентам для следующих дисциплин: биохимии, фармакологии, физиологии.

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ.

ОБЩАЯ ЦЕЛЬ.

Уметь объяснять механизмы и скорости биохимических процессов, которые происходят в организме человека.

КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ

УМЕТЬ:

1.Интерпретировать гомогенные и гетерогенные реакции, порядок и молекулярность реакций.

2.Рассчитывать скорость химических реакций на основании закона действующих масс и при изменении температуры.

3.Интерпретировать константу скорости реакции, её физический смысл.

4.Интерпретировать понятие энергии активации, теорию активных столкновений, уравнение Аррениуса.

5.Интерпретировать гомогенный и гетерогенный катализ, понятие о роли ферментов в организме.

6.Трактовать константу равновесия на основании закона действующих масс для равновесной системы и направление смещения равновесия по принципу Ле-Шателье.

СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ.

1.Предмет изучения химической кинетики. Определение и математическое выражение скорости реакции. Порядок и молекулярность реакций.

2.Факторы, влияющие на скорость реакции: концентрация, температура. Закон действующих масс. Константа скорости. Правило Вант-Гоффа.

3.Теория активных столкновений. Энергия активации. Уравнение Аррениуса.

91

4.Гомогенный и гетерогенный катализ. Понятие о ферментативном катализе в биологических системах.

5.Необратимые и обратимые реакции. Закон действующих масс для состояния химического равновесия. Направление смещения равновесия по принципу Ле-Шателье.

3. ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ. Основная литература.

1.Мороз А.С., Луцевич Д.Д., Яворська Л.П. Медична хімія. – Вінниця:

Нова книга, 2006. – С. 420-428; 434-441; 457-459; 462-467; 476-477.

2.Калибабчук В.А., Грищенко Л.И., Галинская В.И. и др. Медицинская химия: учебник – К.: Медицина, 2008. – С. 82-105.

Дополнительная литература.

3.Левітін Є.Я., Бризицька А.М., Клюєва Р.Г. Загальна та неорганічна хімія. Підручник. – Вінниця: Нова книга, 2003. – С. 140-156.

4.Л.П. Садовничая, В.Г. Хухрянский, А.Я. Цыганенко. Биофизическая химия. – К.: Вища шк. Головное изд-во, 1986. – С. 140-166.

5.Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия.

Учебник для ин-тов. – М.: Высш. школа, 1975. – С. 101-109; 115-131.

6.Н.И. Михайличенко. Общетеоретические основы химии. – К.: Высшая школа, 1979. – С. 140-178.

92

3. ГРАФ ЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ТЕМЫ.

93

ОРИЕНТИРОВАННАЯ ОСНОВА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Инструкция к проведению опытов на лабораторно-практической части занятия.

Опыт №1. Зависимость скорости химической реакции от концентрации

Принцип метода: метод основан на определении времени образования опалесценции, обусловленной образованием серы в ходе реакции:

Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO2↑ + S↓ + H2O

Материальное обеспечение: секундомер, штатив с пробирками, пипетки, растворы: серной кислоты (2М), тиосульфата натрия (0,01М).

Ход работы:

реагирующих веществ. На оси абсцисс отложите концентрации Na2S2O3, на оси ординат – соответствующие им скорости: V=1/t, с-1, где t – время прохождения реакции.

7. Сделайте вывод о зависимости скорости реакции от концентрации.

Опыт №2. Влияние температуры на скорость реакции

Принцип метода: метод основан на правиле Вант-Гоффа об увеличении скорости реакции в 2-4 раза при повышении температуры на каждые 10 градусов.

Материальное обеспечение: термометр на 100° С, стакан объемом 100 мл с крышкой, в которой имеются отверстия для пробирок и термометра, пипетки, секундомер, растворы: серной кислоты (2М), тиосульфата натрия (2М).

Ход работы:

1.В три пробирки внесите по 10 капель 1М раствора H2SO4.

2.Вставьте пробирки в отверстия крышки стакана с водой.

3.Измерьте температуру воды и добавьте в одну из пробирок 1 каплю 2М раствора H2SO4.

94

4.Определите время до появления в растворе заметной опалесценции.

5.Добавьте горячей воды в стакан до повышения температуры на 10° С.

6.Добавьте во вторую пробирку 1 каплю 2М раствора H2SO4.

7.Определите время протекания реакции.

8.Повысьте температуру еще на 10° С.

9.Аналогично проведите опыт в третьей пробирке.

10.Постройте график зависимости скорости реакции от температуры.

11.Сделайте соответствующий вывод.

Опыт №3. Влияние концентраций реагирующих веществ на химическое равновесие

Принцип метода: метод основан на принципе Ле-Шателье о сдвиге равновесия при изменении концентрации реагирующих веществ.

Материальное обеспечение: штатив с пробирками, пипетки, стеклянные палочки, растворы: хлорида железа (III) (0,00254М), роданида калия (0,0025М), насыщенные растворы хлорида железа (III) и роданида калия, кристаллический хлорид калия.

Ход работы:

1.В четыре пробирки внесите по 5-7 капель 0,0025М раствора FeCl3 и добавьте в них по 5-7 капель 0,0025М раствора KCNS.

2.Содержимое пробирок перемешайте стеклянной палочной.

3.Одну пробирку оставьте для сравнения (контроль).

4.В остальные пробирки добавьте: в первую – 1 каплю насыщенного

раствора FeCl3; во вторую – 1 каплю насыщенного раствора KCNS; в третью – несколько кристаллов KCl.

5.Сравните интенсивность окраски растворов с раствором в контрольной пробирке.

6.Напишите уравнение обратимой реакции.

7.Напишите выражение для константы равновесия.

8.Заполните таблицу:

95

НАБОР ЗАДАНИЙ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ДОСТИЖЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ

Задание 1.

В организме человека реакция окисления этанола идет по уравнению:

С2Н5ОН + О2 → СН3СООН+ Н2О Как изменится скорость реакции, если увеличить концентрацию исходных

веществ в 5 раз?

A.Уменьшится в 5 раз;

B.Уменьшится в 10 раз;

C.Увеличится в 10 раз;

D.Увеличится в 5 раз;

E.Увеличится в 25 раз.

Задание 2.

Под влиянием ферментов сахароза в организме человека превращается в глюкозу и фруктозу. Как изменится скорость этой реакции при увеличении температуры на 20° С (γ = 3)?

A.Уменьшится в 3 раза;

B.Уменьшится в 9 раз;

C.Увеличится в 6 раз;

D.Увеличится в 9 раз;

E.Увеличится в 27 раз.

Задание 3.

Для характеристики смещения равновесия биохимических процессов пользуются значением величины константы равновесии Кр. Укажите фактор, от которого зависит эта константа.

A.Концентрации реагирующих веществ;

B.Давления;

C.Катализатора;

D.Энергии активации;

E.Природы реагирующих веществ и температуры.

Задание 4.

В организме человека окисление глюкозы протекает по уравнению

С6Н12О6 + 6О2 → 6СО2 + Н2О Укажите кинетическое уравнение скорости этой реакции.

A.v= [С6Н12О6] [О2] 6;

B.v= K[С6Н12О6] [О2] 6;

C.v= K[С6Н12О6] [6О2];

D.v=[ С6Н12О6] [6О2];

E. .

96

Задание 5.

В химической кинетике есть такое понятие как порядок реакции. Укажите, чему равен этот показатель в реакции

CuO(т) + H2(г) = Cu(т) + Н2О

A.0;

B.1;

C.2;

D.3;

E.4.

Задание 6.

Сероводород, который является ядом для человека, окисляется по реакции

2H2S + ЗО2 ↔ 2SO2 + Н2О

Укажите, во сколько раз увеличится скорость этой реакции при повышении давления в системе в 4 раза.

A.4

B.64

C.124

D.924

E.1024

Задание 7.

Гидрокарбонат натрия, применяющийся в медицине при ацидозе, подвергается гидролизу по реакции:

NaHCO3 + H2O ↔ H2CO3 + NaOH

Определите константу равновесия (Кр) этой реакции на основании закона действующих масс.

A.;

B.;

C.;

D.;

E. .

Задание 8.

Скорость реакции увеличивается с повышением температуры. Укажите, во сколько раз она увеличится при повышении температуры реакции на 30° С , если температурный коэффитиент γ = 3.

A.3;

B.9;

C.12;

D.27;

E.81.

97

Задание 9.

Ферменты – вещества белковой природы, которые управляют всеми биологическими функциями организма. Укажите температурный оптимум действия этих веществ в живом организме в градусах.

A.0-10

B.15-20

C.35-40

D.65-70

E.90-95

Задание 10.

Процесс фотосинтеза глюкозы в присутствии природного катализатора – хлорофилла идет по схеме:

6CO2 + 6H2O ↔ C6H12O6 + 6O2

Укажите кинетическое уравнение этой реакции.

A.v = [CO2] 6∙[H2O] 6;

B.v = [6CO2]∙[6H2O ];

C.v = k[6CO2]∙[6H2O];

D.v = k[CO2]6∙[H2O]6;

E.v = k[CO2]6∙[H2O].

КРАТКИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ НА ПРАКТИЧЕСКОМ ЗАНЯТИИ.

В начале занятия осуществляется проверка подготовки студентов к самостоятельной работе путем фронтального опроса. Студенты решают обучающие задачи, разбирают и закрепляют теоретический материал: идентифицируют гомогенные и гетерогенные реакции, рассчитывают скорость химической реакции, определяют константу равновесия на основании закона действующих масс.

Далее студенты выполняют самостоятельную работу. Использую инструкцию к лабораторно-практическому занятию, они выполняют опыты и оформляют протокол лабораторной работы.

После завершения лабораторной работы проводится анализ и коррекция знаний студентов. Следующим этапом является проведения тестового контроля знаний студентов по теме «Химическая кинетика. Химическое равновесие» с использованием тестов формата А.

98

Занятие заканчивается подведением итогов работы и оцениванием знаний студентов: объявляются результаты тестового контроля и осуществляется проверка протоколов выполненной лабораторной работы.

СОРБЦИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ФАЗ.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ.

Поверхностные явления – это процессы, которые проходят на границе двух фаз и зависят от особенностей и структуры поверхности.

Клетки, которые являются основой строения живых организмов, имеют очень большую поверхность распределения, на которой происходит большое количество биологических процессов. Взаимодействие ферментов с субстратами, антител с антигенами, поляризация и деполяризация биологических мембран – все эти явления можно объяснить на основе адсорбционных процессов.

В медицине широко применяют адсорбционную терапию. Например, разные адсорбенты используют для связи токсинов, нежелательных веществ, радиоактивных соединений и их вывод из организма. В основе одного из самых современных методов лечения – гемосорбции, очистка крови от токсинов с помощью разных адсорбентов, лежит механизм молекулярной адсорбции. В медицинской практике этот метод применяется при почечной и печеночной недостаточности, при сильных отравлениях. В медицинской практике широко применяются катионообменные смолы для декальцинирования крови с целью ее консервирования. Жидкие ионообменные смолы являются эффективными пролонгаторами некоторых лекарственных соединений, которые слишком быстро разрушаются в жидких средах организма, как большинство антибиотиков. В основе действия пролонгаторов лежит присоединение лекарственного вещества к матрице полимера по ионообменному механизму.

Широкое применение находят иониты в фармацевтической и биохимической промышленности. Это получение и очистка лекарств и биохимически активных веществ. Таким образом, знание свойств поверхностно

– активных веществ помогает глубокому изучению биохимических и физиологических процессов, происходящих в организме.

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ.

ОБЩАЯ ЦЕЛЬ.

Уметь трактовать особенности строения поверхности раздела фаз, строение молекул поверхностно – активных веществ, структуру биологических мембран.

КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ

УМЕТЬ:

1. Интерпретировать понятия поверхностные явления, поверхностная энергия, поверхностное натяжение.

99

2.Интерпретировать поверхностно-активные и поверхностно-инактивные вещества.

3.Интерпретировать сорбционные процессы.

4.Интерпретировать процесс адсорбции, анализировать влияние различных факторов на данный процесс.

5.Трактовать роль адсорбции в биологических системах и основы адсорбционной терапии.

СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ.

1.Поверхностные явления. Поверхностная энергия и поверхностное натяжение на поверхности раздела фаз. Поверхностно-активные и поверхностно-инактивные вещества (ПАВ и ПИВ). Правило Дюкло-Траубе. Уравнение Шишковского.

2.Сорбционные процессы: адсорбция, абсорбция, хемосорбция. Адсорбенты и адсорбтивы.

3.Адсорбция на поверхности раздела жидкость – газ и жидкость – жидкость. Уравнение Гиббса. Ориентация молекул ПАВ в поверхностном слое. Представление о структуре биологических мембран.

4.Адсорбция на поверхности раздела твердое тело – газ. Уравнение Ленгмюра. Физическая и химическая адсорбция.

5.Закономерности адсорбции растворенных веществ, паров и газов. Уравнение Фрейндлиха.

6.Адсорбция ионов. Избирательная и ионообменная адсорбция. Правило Панетта-Фаянса. Ионообменники, их применение.

7.Роль адсорбции и ионного обмена в процессах жизнедеятельности растений и организмов. Физико-химические основы адсорбционной терапии (гемосорбция, плазмосорбция, лимфосорбция, энтеросорбция, аппликационная терапия). Иммуносорбенты.

100