- •Предисловие
- •План лекций
- •Содержание лекций по курсу химии
- •Тематический план лабораторных и практических занятий
- •7.3 Основная литература (о.Л.)
- •Рейтинговая система по курсу «химия» (1 семестр)
- •Автоматический зачет выставляется при общем рейтинге не менее 80 баллов Рейтинг модулей:
- •Модуль №1 Основы химической термодинамики и кинетики, свойства растворов, редокс-процессы занятие № 1
- •Теоретические вопросы:
- •Основные уравнения химической термодинамики и химического равновесия
- •Обучающие задачи:
- •Задачи для самостоятельного решения:
- •Тестовые вопросы
- •Занятие №2 Методические указания дляч студентов
- •Окислительно – восстановительные реакции
- •Cоставление уравнений окислительно – восстановительных реакций
- •Электролиз
- •Электрохимическая коррозия металлов
- •Обучающие задачи
- •Задания для самостоятельного решения.
- •13) При электролизе воды на аноде выделилось 11,2 л (н.У.) кислорода. Объем водорода, выделившегося на катоде равен ____ л (н.У.)
- •15) Максимальное значение эдс (при одинаковых концентрациях солей) будет у гальванического элемента Ме|Me(no3)2||Cu(no3)2|Cu, если стандартный потенциал второго металла равен ___в.
- •Занятие № 3
- •Теоретические вопросы:
- •Основные уравнения по теме: «Растворы. Коллигативные свойства растворов»
- •Обучающие задачи:
- •Решение:
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •Тестовые вопросы
- •Занятие № 4
- •Теоретические вопросы:
- •«Протолитические реакции. Буферные растворы»
- •Обучающие задачи
- •Тестовые вопросы
- •Буферные системы крови
- •Уменьшение мощности буферных систем
- •Занятие № 5
- •Теоретические вопросы
- •Основные уравнения по теме: «Химическая кинетика и катализ»
- •Обучающие задачи
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Тестовые вопросы
- •Упражнения для самостоятельного выполнения:
- •Тестовые вопросы
- •Занятие № 7
- •Теоретические вопросы:
- •Обучающие задачи и упражнения
- •Упражнения для самостоятельной работы
- •Тестовые вопросы
- •Занятие № 8
- •Теоретические вопросы:
- •Обучающие задачи и упражнения
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Тестовые вопросы
- •Занятие № 9
- •Торетические вопросы:
- •Основные уравнения
- •Обучающие задачи.
- •Задачи для самостоятельного решения:
- •Тестовые вопросы
- •5. Изотерму адсорбции описывают уравнением:
- •6. Какое определение подходит для характеристики поверхностно-активных веществ (пав)?
- •7. Что понимают под дифильностью структуры пав ?
- •8. Какое определение подходит для катионактивных пав
- •9. Что понимается под поверхностной активностью?
- •11. Среди приведенных соединений выберите поверхностно-активное вещество
- •12. Каким образом ориентированы молекулы фосфолипидов в биологических мембранах
- •Занятие № 10
- •Теоретические вопросы:
- •Обучающие задачи:
- •Зачади для самостоятельного решения:
- •Тестовые вопросы
- •Модуль № 3 Низкомолекулярные биорегуляторы и биологически активные высокомолекулярные соединения (строение, свойства, участие в функционировании живых систем)
- •Требования к оформлению реферата
План лекций
№ п/п |
Содержание лекции |
часы |
1 |
Введение в предмет. Элементы химическо термодинамики. 1 и 2 закон термодинамики. Химическое равновесие. Термодинамика растворения. |
+ |
2 |
Роль воды в жизнедеятельности организма. Теория растворов сильных и слабых электролитов. Коллигативные свойства разбавленных растворов. Закон Рауля и следствия из него. Осмос. |
+ |
3 |
Протолитические реакции. Гидролиз солей. Амфолиты Буферные системы организма. |
+ |
4 |
Основы химической кинетики |
+ |
5 |
Лигандообменные процессы. Строение металлоферментов, биокомплексных соединений. Металло-лигандный гомеостаз. |
+ |
6 |
Биогенные элементы. Химия биогенных элементов s-блока |
+ |
7 |
Химия биогенных элементов d-блока |
+ |
8 |
Химия биогенных элементов р-блока |
+ |
9 |
Физико-химия поверхностных явлений в функционировании живых систем |
+ |
10 |
Физико-химия дисперсных систем в функционировании живых организмов |
+ |
11 |
Введение в биоорганическую химию. Сопряжение и ароматичность как факторы повышения стабильности молекул. Биологически важные ароматические и гетероциклические соединения. Порфирины. |
|
12 |
Поли и гетерофункциональность. Полифункциональные соединения (многоатомные спирты и фенолы, полиамины, двухосновные карбоновые кислоты). Циклизация и хелатообразование. |
|
14 |
Гетерофункциональность (аминоспирты, аминокислоты, углеводы). Особенности проявления кислотно- основных свойств (амфолиты). Основы стереоизомерии гетерофункциональных соединений.Оптическая активность. |
+ |
15 |
Биополимеры. Пептиды и белки. Свойства растворов ВМС. |
+ |
16 |
Углеводы. Монозы, полиозы |
|
17 |
Нуклеиновые кислоты |
+ |
18 |
Липиды |
|
Содержание лекций по курсу химии
№ п/п |
Название темы |
Содержание темы |
|
|
1 |
Введение в предмет. Элементы химической термодинамики. I и II закон термодинамики. Химическое равновесие. Термодинамика растворения |
Предмет и методы химической термодинамики. Взаимосвязь между процессами обмена веществ и энергии в организме. Химическая термодинамика как теоретическая основа биоэнергетики. Основные понятия термодинамики. Интенсивные и экстенсивные параметры. Функция состояния. Внутренняя энергия. Работа и теплота – две формы передачи энергии. Типы термодинамических систем (изолированные, закрытые, открытые). Типы термодинамических процессов (изотермические, изобарные, изохорные). Стандартное состояние. I начало термодинамики. Энтальпия. Стандартная энтальпия образования и сгорания вещества. Стандартная энтальпия реакции. Закон Гесса. Применение 1 начала термодинамики к биосистемам. Второе начало термодинамики. Обратимые и необратимые процессы. Энтропия. Энергия Гиббса. Прогнозирование направления самопроизвольно протекающих процессов в изолированной и закрытой системах. Роль энтальпийного и энтропийного факторв. Термодинамические условия равновесия. Стандартная энергия Гиббса образования и биологического окисления веществ. Стандартная энергия Гиббса реакции. Примеры экзергонических и эндергонических процессов. Принцип энергетического сопряжения. Обратимые и необратимые реакции. Термодинамические условия равновесия в изолированных и закрытых системах. Константа химического равновесия. Общая константа последователбно и параллельно протекающих процессов. Уравнение изотермы и изобары химической реакции. Прогнозирование смещения химического равновесия. Понятие о гомеостазе и стационарном состоянии живого организма. |
|
|
2 |
Роль воды в жизнедеятельности организма. Теория растворов сильных и слабых электролитов. Коллигативные свойства разбавленных растворов. Заког Рауля и следствия из него. Осмос. |
Роль воды и растворов в жизнедеятельности. Физико-химические свойства воды. Автопротолиз воды. Коллигативные свойства разбавленных растворов неэлектролитов и электролитов. Закон Рауля и следствия из него: понижение температуры замерзания, повышение температуры кипения раствора, осмос. Омотическое давление: закон Вант-Гоффа. Осмоляльность и осмолярность биологических жидкостей и перфузионных растворов. Понятие о изоосмии. Роль осмоса в биологических системах. Плазмолиз, гемолиз. |
|
|
3 |
Протолитические реакции. Гидролиз солей. Амфолиты. Буферные системы организма. |
Ионизация слабых кислот и оснований. Константа кислотности и основности. Связь между константой кислотности и константой основности в сопряжённой протолитической паре. Общая константа совмещённого протолитического равновесия. Гидролиз солей. Степень и константа гидролиза. Амфолиты. Изоэлектрическая точка. Буферное действие – основной механизм протолитического гомеостаза организма. Механизм действия буферных систем. Зона буферного действия и буферная ёмкость. Расчёт рН протолитических систем. Буферные системы крови: гидрокарбонатная, фосфатная, гемоглобиновая, протеиновая. Понятие о кислотно-основном состоянии организма. Применение реакций нейтрализации в фармакотерапии: лекарственные средства с кислотными и основными свойствами (гидрокарбонат натрия, оксид и пероксид магния, трисамин). |
|
|
4 |
Основы химической кинетики |
Химическая кинетика. Скорость реакции (средняя скорость реакции в интервале, истинная скорость). Классификация реакции: гомогенные, гетерогенные и микрогетерогенные; реакции простые и сложные (параллельные, последовательные, сопряжённые, цепные). Молекулярность элементарного акта реакции. Порядок реакции. Период полупревращения. Зависимость скорости от концентрации. Кинетические уравнения реакций первого, второго и нулевого порядков. Экспериментальные методы определения скорости и константы скорости реакций. Зависимость скорости реакции от температуры. Температурный коэффициент скорости реакции и его особенности для биохимических процессов. Понятие о теории активных соударений. Энергия активации. Уравнение Аррениуса. Роль стерического фактора. Понятие о теории переходного состояния. Гомо- и гетерогенный катализ. Особенности каталитической активности ферментов. Уравнение Михаэлиса-Ментен и его анализ. |
|
|
5 |
Лигандообменные процессы. Строение металлоферментов, биокомплексных соединений. Метало-лигандный гомеостаз |
Комплексные соединения. Классификация комплексов по заряду и природе лигандов. Номенклатура комплексных соединений. Инертные и лабильные комплексы. Ионные равновесия в растворах комплексных соединений. Константы нестойкости комплексного иона. Представления о строении металлоферментов и других биокомплексных соединений (гемоглобин, цитохромы, кобаламины). Метало-лигандный гомеостаз и причины его нарушения. Механизм токсического действия тяжёлых металлов и мышьяка. Термодинамические принципы хелатотерапии. Механизм цитотоксического действия соединений платины. |
|
|
6 |
Химия биогенных элементов. Элементы S-блока |
Понятие о биогенности химических элементов. Макро- и микроэлементы. Биосфера. Круговорот биогенных элементов. Кумулирование биогенных элементов живыми системами. Классификация элементов по их функциональной роли в организме. Электронные структуры атомов и катионов. Сравнение свойств ионов элементов IA и IIА групп . Химическое сходство и биологический антагонизм (натрий-калий, магний-кальций). Биологическая роль натрия, калия, кальция, магния. Реакции, лежащие в основе образования неорганического вещества костной ткани гидроксидфосфата кальция. Явление изоморфизма: замещение в гидроксидфосфате кальция гидроксидионов на ионы фтора, ионов кальция на ионы стронция. Применение соединений элементов IA и IIА групп как лекарственных средств. |
|
|
7 |
Химия биогенных элементов d-блока |
Электронные структуры атомов и катионов. Наиболее важные биогенные элементы d-блока - биометаллы: хром-медь, молибден. Окислительно- восстановительные свойства: устойчивость d-элементов в различных степенях окисления, диспропорционирование промежуточных степеней окисления элементов d-блока. Степени окисления d-элементов, устойчивые в условиях организма. Краткая сравнительная характеристика и медико-биологическое значение соединений железа, молибдена, вольфрама, кобальта, никеля, меди, серебра, цинка, ртути. Экологические аспекты токсического действия солей ртути, кадмия. |
|
|
8 |
Химия биогенных элементов p-блока |
Электронные структуры атомов и ионов, закономерности в проявлении устойчивых степеней окисления. Особенности реакций комплексообразования. Протолитические свойства соединений р-блока. Неорганические соединения углерода (СО2, СО), азота (азид-ион, оксонитрид азота, азотистая кислота и нитриты. Фосфор - фосфаты, полифосфаты. Кислород: свойства озона, активные формы кислорода (пероксид водорода, синглетный кислород, гидроксильный, супероксидный анион-радикалы). Сера (тиосульфат натрия, сульфиды, дисульфиды). Хлор: кислородсодержащие соединения хлора, диоксин. |
|
|
9 |
Физико-химия поверхностных явлений |
Поверхностная энергия Гиббса и поверхностное натяжение. Адсорбция. Уравнение Гиббса. Поверхностно-активные и поверхностно- неактивные вещества. Биологически-важные ПАВ (мыла, детергенты, желчные кислоты). Изменение поверхностной активности в гомологических рядах (правило Траубе). Изотерма адсорбции. Ориентация молекул в поверхностном слое и структура биомембран. Мицелообразование в растворах ПАВ. Определение критической концентрации мицелообразования. Липосомы. Адсорбционные равновесия на неподвижных границах раздела фаз. Физическая адсорбция и хемосорбция. Адсорбция газов на твёрдых телах. Адсорбция из растворов. Уравнение Лэнгмюра. Зависимость величины адсорбции от различных факторов. Правило выравнивания полярностей. Избирательная адсорбция. Значение адсорбционных процессов для жизнедеятельности. Физико-химические основы адсорбционной терапии, гемосорбции, применение в медицине ионитов. |
|
|
10 |
Физико-химия дисперсных систем в функционировании живых организмов |
Классификация дисперсных систем (по степени дисперсности, по агрегатному состоянию, по силе межмолекулярного взаимодействия). Получение и свойства (суспензий, эмульсий и коллоидных растворов). Диализ, электродиализ, ультрафильтрация. Искусственная почка Молекулярно-кинетические свойства коллоидно дисперсных систем. Оптические свойства: рассеивание света (закон Рэлея). Электрокинетические свойства: электрофорез и электроосмос: потенциал течения и потенциал седиментации. Строение двойного электрического слоя. Электрокинетический потенциал и его зависимость от различных факторов. Коллоидные ПАВ. Устойчивость дисперсных систем (седиментационная, агрегативная и конденсационная). Коагуляция. Порог коагуляции и его определение. Правило Шульце-Гарди, явление привыкания. Коллоидная защита и пептизация. |
|
|
11 |
Введение в биоорганическую химию. Сопряжённость и ароматичность, как факторы повышения стабильности молекул. Биологически важные ароматические и гетероциклические соединени |
Биоорганическая химия как наука, изучающая строение и механизм функционирования биологически активных молекул. Сопряженные открытые системы и системы с замкнутой цепью. Делокализация электронов как фактор повышения стабильности молекул, ее распространенность в биологически важных соединениях (каротиноиды, гем, ароматические и гетероциклические соединения) |
|
|
12 |
Поли гетерофункциональность. Полифункциональные соединения (многоатомные спирты и фенолы, полиамины, двухосновные карбоновые кислоты) Циклизация и хелатообразование |
Поли- и гетерофункциональность - признак соединений, участвующих в обеспечении жизнедеятельности. Особенности проявления кислотно- основных свойств (амфолиты). Циклизация и хелатообразование. Взаимосвязь относительного взаимного расположения и взаимного влияния разных характеристических групп. Многоатомные спирты: этиленгликоль, глицерин, инозит. Образование хелатов. Двухатомные фенолы: гидрохинон, резорцин, пирокатехин. Окисление двухатомных фенолов. Система гидрохинон-хинон. Фенолы как антиоксиданты. Полиамины: кадаверин, путресцеин. Двухосновные карбоновые килоты: щавелевая, малоновая, глутаровая, фумаровая. Превращение янтарной кислоты в фумаровую как пример биологической реакции дегидрирования. Образование лимонной кислоты в результате альдольного присоединения. Представление о строении -лактамных антибиотиков. Альдегидо- и кетонокислоты: глиоксиловая, пировиноградная, ацето-, щавелевоуксусная, -оксоглутаровая. Реакции декарбоксилирования -кетонокислот и окислительного декарбоксилирования -кетонокислот. Кето-енольная таутомерия. |
|
|
13 |
Гетерофункциональность (аминоспирты, аминокислоты, углеводы). Особенности проявления кислотно-основных свойств (амфолиты). Основы стереоизомерии гетерофункциональных соединений. Оптическая активность |
Аминоспирты: этаноламин, холин, ацетилхолин. Аминофенолы: дофамин, норадреналин, адреналин. Понятие о биологической роли этих соединений. и их производных. Гидрокси- и аминокислоты. Реакции циклизации. Лактоны, лактамы, их гидролиз. Реакции элиминирования -гидрокси и -аминокислот. Моносахариды, Классификация. Стереоизомерия: D- и L-стереохимические ряды. Открытые и циклические формы. Цикло- оксо-таутомерия. Полисахариды, примеры наиболее распространенных биополимеров. |
|
|
14 |
Биополимеры. Пептиды и белки. Свойства растворов ВМС |
Важнейшие -аминокислоты, входящие в состав белков. Строение. Номенклатура. Классификация по химической природе радикала и содержащихся в нем заместителей; по кислотно- основным свойствам. Стереоизомерия. Кислотно-основные свойства. Биполярная структура. Биосинтетические пути образования -аминокислот. Химические свойства -аминокислот как гетерофункциональных соединений. Биологически важные реакции аминокислот: дезаминирование, гидроксилирование. Пептиды. Номенклатура. Первичная структура белков. Частичный и полный гидролиз. Понятие о сложных белках. Гликопротеиды, липопротеиды, нуклеопротеиды |
|
|
15 |
Углеводы. Монозы, полиозы |
Моносахариды, Классификация. Стереоизомерия: D- и L-стереохимические ряды. Открытые и циклические формы. Формулы Фишера и формулы Хеуорса. Фуранозы и пиранозы; - и -аномеры. Цикло-оксотаутомерия. Конформация пиранозных форм моносахаридов. Строение наиболее важных пентоз (рибоза, ксилоза); гексоз (глюкоза, манноза, галактоза, фруктоза); дезоксисахаров (2-дезоксирибоза); аминосахаров (глюкозамин, маннозамин, галактозамин). Нуклеофильное замещение у аномерного центра в циклических формах. O- и N-гликозиды. Гидролиз гликозидов. Окисление моноз. Восстановительные свойства альдозАскорбиновая кислота. Восстановление моноз (ксилит, сорбит, маннит). Образование нейраминовой кислоты. Дисахариды: мальтоза, целлобиоза, лактоза, сахароза. Строение. Цикло- оксо-таутомерия. Восстановительные свойства. Полисахариды. Крахмал, гликоген, декстран, целлюлоза. Пектины (полигалактуроновая кислота. Первичная структура. Гидролиз. Гетерополисахариды. гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты. Первичная структура. Гепарин. |
2 |
|
16 |
Нуклеиновые кислоты |
Пиримидиновые и пуриновые основания. Ароматические свойства. Лактим-лактамная таутомерия. Реакции дезаминирования. Комплементарность нуклеиновых оснований. Водородная связь в комплементарных парах. Нуклеозиды. Гидролиз нуклеозидов. Нуклеотиды. Строение мононуклеотидов, образующих нуклеиновые кислоты. Гидролиз нуклеотидов. Первичная структура нуклеиновых кислот. Фосфодиэфирная связь. Рибонуклеиновые и дезоксирибонуклеиновые кислоты. Нуклеотидный состав РНК и ДНК. Гидролиз нуклеиновых кислот. Понятие о вторичной структуре ДНК. Роль водородных связей в формировании вторичной структуры. Лекарственные средства на основе модифицированных нуклеиновых оснований (фторурацил, меркаптопурин). Изменение структуры нуклеиновых кислот под действием химических веществ (многоядерных углеводоодов, формальдегида, азотистой кислоты). |
|
|
17 |
Липиды |
Омыляемые липиды. Нейтральные липиды. Классификация. Природные высшие жирные кислоты. Липиды "омега-3" и "омега-6" рядов. Биологическая роль. Химические свойства. Пероксидное окисления фрагментов жирных кислот в клеточных мембранах. Фосфолипиды. Классификация. Фосфатидные кислоты. Фосфолипиды как компоненты биологических мембран. Физико-химические свойства фосфолипидов. Образование мицелл. Мицеллы - как форма прицельной доставки лекарственных средств. Фосфолипиды - основа лекарственных и парафармацевтических препаратов. Неомыляемые липиды. Токоферол, изопреноиды, убихинон, филлохинон. Системы ферментативной и неферментативной защиты липидов от окисления. |
|