МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГАОУ ВО «КРЫМСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ В.И.ВЕРНАДСКОГО» МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ С.И. ГЕОРГИЕВСКОГО Медицинской и фармацевтической химии Кафедра МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ ПО АУДИТОРНЫМ ЗАНЯТИЯМ УТВЕРЖДАЮ: Зав. кафедрой Кацев А.М., профессор (Ф.И.О., звание) (подпись) «28» __августа__ 2015 г. « » ___________ 20 г. « » ___________ 20 г. Основная образовательная программа: Курс: 1 лабораторный практикум Вид аудиторных занятий: Дисциплина: Тема: Педиатрия Химия Классификация, строение и значение биологически важных гетероциклических соединений. Общая характеристика витаминов. Строение и биологическая роль нуклеозидов, нуклеотидов и нуклеиновых кислот. Куратор темы: Наумова Н.В., ассистент, , 28.08.15. (Ф.И.О., должность, подпись, дата) Обсуждено на заседании кафедры « »____________20 г., протокол №____ Обсуждено на заседании кафедры « »____________20 г., протокол №____ Обсуждено на заседании кафедры « »____________20 г., протокол №____ г. Симферополь 1. Актуальность темы: Нуклеиновые кислоты являются основными субстратами жизни. И имеют, наряду с белками, ключевое значение во всех жизненных процессах. Особенно велика роль нуклеиновых кислот в процессах биосинтеза белков, а в связи с этим в формировании наследственных свойств организма, размножении, росте, развитии, а также приспособлении (адаптации) его к разным условиям существования. Без нуклеиновых кислот не может существовать живой организм даже на низших этапах развития. 2. Цель обучения: 2.1. Общая цель: Сформировать знание о строении и химических свойствах нуклеиновых кислот и их мономерных единиц – нуклеотидов. 2.2. Частные цели занятия: 2.2.1. Студент должен знать: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Формулы структурных компонентов нуклеозидов и нуклеотидов. Механизм образования гликозидной связи между азотистым основанием и углеводом, т.е. принцип образования нуклеозидов. Строение структурных компонентов нуклеиновых кислот (нуклеотидов). Особенности химического строения нуклеотидов, входящих в состав ДНК и РНК Первичную структуру нуклеиновых кислот (строение полинуклеотидной цепи). Вторичную структуру ДНК и РНК 2.1.1. Студент должен уметь: 1. 2. 3. 4. Записывать формулы структурных компонентов нуклеиновых кислот. Записывать формулы нуклеозидов и нуклеотидов. Объяснить механизм образования гликозидных и сложноэфирных связей между структурными компонентами (азотистыми основаниями, углеводом и фосфорной кислотой). Объяснить и записать образование полинуклеотидной цепи (первичная структуру). Объяснить и записать механизм образования водородных связей между азотистыми основаниями при формировании вторичной структуры (принцип комплементарности). 2.2.3. Студент должен владеть: 1. Навыками самостоятельной работы с учебной, научной и справочной литературой; вести поиск и делать обобщающие выводы. 3. Студент должен обладать набором компетенций: 3.1. Общекультурные компетенции: 1. ОК-1 Способность и готовность анализировать социально-значимые проблемы и процессы, использовать на практике методы гуманитарных, естественнонаучных, медико-биологических и клинических наук в различных видах профессиональной и социальной деятельности. 3.2. Профессиональные компетенции: 1. ПК-2 Способность и готовность выявлять естественнонаучную сущность проблем, 2. 3. 4. возникающих в ходе профессиональной деятельности, использовать для их решения соответствующий физико-химический и математический аппарат. ПК-3 Способность и готовность к формированию системного подхода к анализу медицинской информации, опираясь на всеобъемлющие принципы доказательной медицины, основанной на поиске решений с использованием теоретических знаний и практических умений в целях совершенствования профессиональной деятельности. ПК-9 Способность и готовность к работе с медико-технической аппаратурой, используемой в работе с пациентами, владеть компьютерной техникой, получать информацию из различных источников, работать с информацией в глобальных компьютерных сетях; применять возможности современных информационных технологий для решения профессиональных задач. ПК-31 Способность и готовность изучать научно-медицинскую информацию, отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования. 4. Вопросы, подлежащие рассмотрению на занятии: 1. Нуклеиновые кислоты: общая характеристика, биологическая роль. 2. Пиримидиновые и пуриновые азотистые основания: химическая структура. Ароматические свойства. Лактим-лактамная, прототропная таутомерия. Реакции дезаминирования. Минорные основания. 3. Нуклеозиды и нуклеотиды: состав, строение, тип связи между структурными компонентами, номенклатура, биологические функции. 4. Первичная структура нуклеиновых кислот. Нуклеотидный состав ДНК и РНК, сходство и различие. Гидролиз нуклеиновых кислот. 5. Понятий о вторичной структуре ДНК (модель Д. Уотсона и Ф. Крика). Комплементарность нуклеиновых оснований. Роль водородных связей в формировании вторичной структуры. Стэкинг-взаимодействие. 6. Понятие о вторичной структуре РНК. 7. Биологическая функция нуклеозидов и нуклеотидов. 5. Организационная структура занятия № п/п 1. Этапы обучения Методика проведения Организационная часть: постановка целей и мотивация, напоминание мер безопасности 2. Время в мин. 5 беседа 35 Устный опрос 40 Задача 1. Напишите строение нуклеотида химических связей в данном нуклеотиде. Основная часть: (организация работы студентов по овладению программой занятия) 1) Обсуждение теоретических вопросов темы 2) Решение задач дезоксиаденозин- 5'-фосфата (дАМФ). Назовите типы Алгоритм решения. NH 2 N N O -O P O CH 2 O- N N O H H OH H H H В состав нуклеотида входит азотистое основание аденин, которое связно с углеводным компонентом (дезоксирибозой) N-9 гликозидной связью, между углеводным компонентом и фосфорной кислотой сложноэфирная связь. Задача 2. Напишите строение нуклеотида аденозин- 5'-монофосфата (АМФ). Назовите типы химических связей в данном нуклеотиде. Определите различия между данным нуклеотидом и нуклеотидом в задании 1. Алгоритм решения. NH 2 N N N O -O P O CH 2 O- N O H H OH OH H H В состав нуклеотида входит азотистое основание аденин, которое связно с углеводным компонентом (рибозой) N-9 гликозидной связью, между углеводным компонентом и фосфорной кислотой сложноэфирная связь. В состав нуклеотида в задании 1 входит углевод дезоксирибоза, значит этот нуклеотид является структурным мономером ДНК. В состав нуклеотида в задании 2 входит углевод рибоза, значит этот нуклеотид является структурным мономером РНК . Задача 3. Напишите строение нуклеотида химических связей в данном нуклеотиде. цитидин - 5'-фосфата (ЦМФ). Назовите типы Алгоритм решения. NH 2 N N O -O P O CH 2 O- O O H H OH OH H H В состав нуклеотида входит азотистое основание цитозин, которое связно с углеводным компонентом (рибозой) N-1 гликозидной связью, между углеводным компонентом и фосфорной кислотой сложноэфирная связь. В состав нуклеотида в входит углевод рибоза, значит этот нуклеотид является структурным мономером РНК. Задача 4. Напишите строение нуклеотида химических связей в данном нуклеотиде. Алгоритм решения. тимидин - 5'-фосфата (дТМФ). Назовите типы NH 2 N N O -O P O CH 2 O- O O H H OH H H H В состав нуклеотида входит азотистое основание тимин, которое связно с углеводным компонентом (дезоксирибозой) N-1 гликозидной связью, между углеводным компонентом и фосфорной кислотой сложноэфирная связь. В состав нуклеотида в входит азотистое основание тимин, значит этот нуклеотид является структурным мономером только ДНК. Задача 5. Напишите строение трехнуклеотидного фрагмента цепи ДНК – АЦГ. Алгоритм решения. Исходя из сокращенного обозначения трехнуклеотидного фрагмента – АЦГ, этот фрагмент состоит из трех нуклеотидов, имеющих в строении аденин (1-й мононуклеотид), цитозин (2-й мононуклеотид) и гуанин (3-й мононуклеотид). NH 2 N - O N O P N CH 2 O O H OH O N H O H P NH 2 H N ON O CH 2 NH H H H O P N O H O O O O H N CH 2 OH N NH 2 O H H OH H H Нуклеотиды соединяются за счет образования сложноэфирной связи между С-3' предыдущего нуклеотидного звена и С-5' последующего нуклеотидного звена. Задача 6. Напишите строение участка цепи ДНК, комплементарного участку АЦГ другой цепи в двойной спирали. Алгоритм решения. Исходя из принципа комплементарности, аденину комплементарен тимин, цитозину – гуанин, гуанину – цитозин. Значит, строение комплементарного участка будет соответствено ТГЦ. 3) Выполнение 30 ТЕМА: «СВОЙСТВА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ». лабораторной работы ОПЫТ 1. РАСТВОРИМОСТЬ МОЧЕВОЙ КИСЛОТЫ И ЕЕ НАТРИЕВОЙ СОЛИ В ВОДЕ. В пробирку поместить небольшое количество (на кончике шпателя) мочевой кислоты. Прибавить по каплям воду (15 капель), каждый раз встряхивая пробирку. Обратить внимание на плохую растворимость мочевой кислоты в воде. В холодной воде мочевая кислота почти нерастворима 1 часть ее растворяется в 39000 частях воды. После этого добавить в пробирку 1-2 капли 10%-ного раствора гидроксида натрия. Обратить внимание на переход мутного раствора в прозрачный вследствие образования относительно легкорастворимой двузамещенной соли натрия. Полученный раствор сохранить для последующего опыта. Записать формулу мочевой кислоты и ее натриевой соли. ОПЫТ 2. ОТКРЫТИЕ МОЧЕВОЙ КИСЛОТЫ (мурексидная проба). На предметное стекло с помощью пипетки поместить 1 каплю раствора натриевой соли мочевой кислоты (предыдущий опыт). Добавить одну каплю конц.азотной кислоты и осторожно выпарить, держа стекло над пламенем горелки на некотором расстоянии (примерно 10 см). Как только раствор выпарится и начнется слабое покраснение пятна на месте бывшей капли, прекратить нагревание. Когда стекло остынет, сбоку от пятна поместить 1 каплю !)%-ного раствора аммиака. На месте соприкосновения наблюдается появление полоски пурпурно-фиолетового цвета (мурексидная проба). При окислении азотной кислотой мочевая кислота, как и прочие пуриновые основани образует аллоксантин. При смачивании образовавшегося аллоксантина аммиаком получается аммониевая соль очень неустойчивой в свободном виде пурпурной кислоты – мурексид. Мурексидная проба применяется при анализе мочевых камней для установления их химического состава. Применяется эта проба также при открытии кофеина, теобромина и других пуриновых оснований. 3. Заключительная часть: (до 10 - 15% от общего времени) 1) итоговый контроль уровня знаний 2) подведение итогов занятия, 3) задание по самоподготовке к следующему занятию Итого: 135 20 тестовый контроль (письменный) 5 беседа 5 минут или 3 академических часа 6. Учебное и материальное обеспечение: 6.1. Место проведения занятия – аудитории кафедры Медицинской и фармацевтической химии. 6.2.Оснащение занятия: 6.2.1. Таблицы / наглядные пособия 1. 2. 3. 4. 5. Формулы гетероциклических соединений пиримидина и пурина. Формулы азотистых оснований: аденина, гуанина, тимина, урацила. Таутомерные переходы на примере урацила. Реактивы: мочевая кислота, дист.вода, 10%-ный раствор гидроксида натрия, конц.азотная кислота, 10%-ный раствор аммиака. Оборудование: пробирки, штативы для пробирок, пипетки, шпатели стеклянные, предметные стекла, спиртовая горелка. 7. Источники информации: 7.1. Основная литература: № п/п 1. 2. Автор(ы) Н.А. Тюкавкина, Ю.И. Бауков Н.А. Тюкавкина Название источника (учебника, учебного пособия, монографии и т.п.) «Биоорганческая химия» Руководство к практическим занятиям Город, изд-во Год издания том, вып. М.: «Медицина» 1985 М.: «Медицина» 1985 7.2. Дополнительная литература: № п/п 1. 2. Автор(ы) В.П. Черных Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин Название источника (учебника, учебного пособия, монографии и т.п.) «Органическая химия» Биологическая химия Город, изд-во Х.: «Основа» Москва «Медицина» Год издания том, вып. 1998 1990 7.3. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», необходимых для освоения темы занятия: http://www.alleng.ru/edu/chem9.htm - образовательные ресурсы Интернета – Химия http://himkniga.com/ - учебная литература по химии http://www.chem.isu.ru/leos/index.php - справочно-информационная система “Химический ускоритель” http://www.chemweb.com/ - научный портал (содержит базы данных по химии) http://elibrary.ru/defaultx.asp - научная электронная библиотека