АННОТИРОВАННОЕ СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ Дисциплины «Биоорганическая химия» по специальности 040200 (060103)«Педиатрия» 1. Общая трудоемкость дисциплины: 114 часов в I семестре. 2. Цель дисциплины: формирование системных знаний о закономерностях в химическом поведении основных природных соединений во взаимосвязи с их строением, т. е. теоретического фундамента для восприятия биологических и медицинских знаний на молекулярном уровне. Выработка умений по использованию этих знаний в качестве, основы при изучении процессов, протекающих в живом организме и в познании молекулярных механизмов жизни. 3. Задачи дисциплины: в задачи дисциплины «Биоорганическая химия» входит изучение строения углеводов, липидов, белков, нуклеиновых кислот, витаминов, гормонов и ферментов; современных методов анализа этих соединений, истории появления и становления биоорганической химии. 4. Содержание разделов учебной дисциплины. 4.1. Структура учебных занятий по видам Семестр I Учебных Часов в Всего недель неделю часов 19 4 114 в том числе лекции лаб.-пр. самост. занятия работа 48 38 28 4.2. Тематический план лекций: 1. Введение в биоорганическую химию. Пространственное строение органических соединений. 2. Сопряжение и ароматичность. Гетероциклические соединения. 2 часа ароматические 2 часа 3. Взаимное влияние атомов в молекулах органических соединений и способы его передачи. 2 часа 4. Кислотно-основные свойства органических соединений. 2 часа 5. Классификация органических реакций. Реакции присоединения и электрофильного замещения. электрофильного 2 часа 6. Реакции нуклеофильного замещения у насыщенного атома углерода. Реакции элиминирования. 2 часа 7. Реакции нуклеофильного присоединения с участием карбонильной группы. 2 часа 8. Реакции нуклеофильного замещения у тригонального атома углерода. Ацилирующие реагенты. 2 часа 9. Гетерофункциональность как причина появления специфических свойств у гидрокси-, амино- и оксокислот. 2 часа 10. L - аминокислоты. Полипептиды. Белки. 2 часа 11. Углеводы - биологическая роль, классификация. Моносахариды. 2 часа 12. Дисахариды. Полисахариды. 2 часа 13. Нуклеиновые кислоты. 2 часа 14. Липиды. Классификация. Высшие жирные кислоты. Нейтральные жиры. Фосфолипиды. Гликолипиды. Стероиды. 2 часа 4.3. Тематический план практических занятий: 1. Правила работы в лаборатории. Классификация и номенклатура органических соединений. Структура курса биоорганической химии и правила работы в биохимической лаборатории. На основе школьных знаний по органической химии изучить классификацию и международную номенклатуру органических соединений в основном на примере гетеро- и полифункциональных соединений, содержащих структурные фрагменты и функциональные группы, наиболее часто встречаемые в органических молекулах – объектах биохимии и фармакологии. 3 часа 2. Электронное строение органических соединений. Образование сигма- и пи- связей между атомами углерода и гетероатомами. Донорно-акцепторные связи. Определение валентных состояний атомов углерода и гетероатомов в молекулах органических соединений, изображение схемы образования сигма- и пи- связей в простейших органических молекулах, варианты образования донорно-акцепторной связи на основе знаний о строении атома и химической связи. 3 часа 3. Пространственное строение органических соединений. Стереоизомерия. Конформационное строение. Представления о пространственном строении, стереоизомерии органических соединений, которое неразрывно связано с проявлением их биологического действия; определение и изображение их конфигурации и конформации на плоскости. Представления о конформациях циклических соединениях и связи их с термодинамической стабильностью как одного из важнейших факторов направления протекания биохимических реакций. 4. Сопряжение 2 часа и ароматичность. Гетероциклические ароматические соединения. Явление сопряжения и его влияние на их реакционную способность. Критерии ароматичности, повышенную термодинамическую стабильность ароматических соединений. Связь между структурой наиболее часто встречающихся гетероциклов и функцией биологических соединений, ядром которых они являются (продуктов метаболизма и лекарственных веществ). 2 часа 5. Электронные эффекты заместителей их влияние на реакционную способность органических соединений. На основе знаний об электронном строении органических соединений определение вида и знака электронных эффектов заместителей, оценка их влияния на реакционную способность органических соединений. Лабораторная работа «Доказательство активирующего действия заместителей на бензольное кольцо». 2 часа 6.Кислотно-основные свойства органических соединений.Знакомство с важнейшими теориями кислот и оснований; понятие о кислотности и основности органических соединений, оценка относительной силы кислот и оснований в зависимости от их строения. Факторы, влияющие на проявление кислотно-основных свойств. Водородная связь, как одна из важнейших в формировании надмолекулярных структур. Лабораторная работа по определению кислотных и основных свойств органических соединений как экспериментальное подтверждение теоретического подхода к проблеме кислотности и основности, обсуждаемой на занятии. 3 часа 7. Контрольная работа «Теоретические основы строения и реакционной способности органических соединений». Классификация органических реакций. Реакции радикального замещения. Биологическая роль свободнорадикальных реакций. Принципами классификации органических реакций. Механизм реакций радикального замещения, оценка стабильности свободных радикалов, роль радикальных реакций в природе, повреждающие действия свободных радикалов и способов антирадикальной защиты. Рубежный контроль по разделу «Теоретические основы строения и реакционной способности органических соединений». 3 часа 8. Механизмы реакций электрофильного присоединения и замещения. Компьютерный контроль «Механизмы радикальных и электрофильных реакций». Механизм реакций электрофильного присоединения к алкенам и сопряжённым диенам. Сравнение реакционной способности разных классов ненасыщенных соединений с точки зрения их термодинамической стабильности. Прогнозирование направления реакций в зависимости от электронных эффектов заместителей. Роль реакций AE в живых организмах.Компьютерный тестовый контроль по теме «Реакции SR, AE, SE». 3 часа 9. Механизмы реакций нуклеофильного замещения и элиминирования у галогенопроизводных и спиртов. Прогнозирование реакционной способности галогеноалканов и спиртов на основе знаний об их электронном строении в конкурентных реакциях нуклеофильного замещения и элиминирования. Описание механизма этих реакций. Изучение взаимного влияния атомов в молекуле спирта на появление дополнительных реакционных центров (СН кислотность) и в связи с этим конкурентных реакций (внутри и межмолекулярной дегидратации). 10. Механизм карбонильной реакций 2 часа нуклеофильного группы. Представление присоединения о с способности участием π-связи к гетеролитическому расщеплению на основе знаний о строении карбонильной группы. Реакционная способность альдегидов и кетонов. Образование циклических полуацеталейгидроксикарбонильных соединений как модель таутомерных превращений углеводов. Общность реакций альдегидного присоединения invitro и invivo, приводящих к образованию связи С-Сinvivo. Образование оснований Шиффа, как химической основы пиридоксалевого катализа. Механизм реакций нуклеофильного присоединения и биологическая роль оксосоединений. Качественные реакции на альдегиды и кетоны. 2 часа 11. Реакции нуклеофильного замещения у тригонального атома углерода. Строение карбоксильной группы, её химические свойства. Образование функциональных производных карбоновых кислот, общность и различия в реакционной способности (реакции ацилирования) с рассмотрением биологической роли реакций ацилирования и примеров ацилирующих реагентов invivo (ацилфосфатов и кофермента А). Роль кислотно-основного катализа в реакциях SN. Механизм нуклеофильного замещения у тригонального атома углерода. Лабораторная работа «Свойства карбоновых кислот». 2 часа 12. Гетерофункциональные соединения. Контрольная работа «Механизмы органических реакций».Окислительно-восстановительные реакции, особенности протекания этих процессов в органической химии. Строение и химическое поведение алифатических гетерофункциональных соединений как основа для понимания их метаболических превращений в организме, функционирования биологически активных соединений. Явление таутомерии. Лабораторная работа по качественным реакциям на отдельные структурные фрагменты и функциональные группы в поли- и гетерофункциональных соединениях. Рубежный контроль по разделу «Механизмы органических реакций». 3 часа 13. Аминокислоты, пептиды, белки. Биологическая роль белков. Уровни организации белковых молекул. Строение, номенклатура, стереоизомерия и свойства протеиногенных аминокислот; строение пептидной группы и её гидролиз; химические основы структурной организации полипептидов и белковых молекул как основа для дальнейшего понимания биологической функции белков на молекулярном уровне. Лабораторная работа «Цветные реакции на белки». 14. Моносахариды 3 часа и их производные. Стереохимическое строение, таутомерия, номенклатура и важнейшие свойства природных моносахаридов и их производных как структурных элементов полисахаридов, нуклеиновых кислот, гликолипидов, гликопротеинов и протеогликанов. Образование О и N-гликозидных связей, их гидролиз, образование фосфатов моносахаридов. Реакции окисления моносахаров. Лабораторная работа на доказательство наличия структурных фрагментов и функциональных групп в углеводах и их использование в лабораторной практике. 3 часа 15. Дисахариды. Полисахариды. На основе знаний о строении и свойствах моносахаридов рассмотрение принципов образования, структурной организации, основных химических свойств и биологической роли ди- и полисахаридов. Лабораторная работа на наличие восстанавливающей способности дисахаридов, качественная реакция на крахмал. 3 часа 16. Нуклеиновые кислоты. Номенклатура и образование нуклеозидов и мононуклеотидов как структурных единиц нуклеиновых кислот, коферментов нуклеотидной природы и нуклеозидполифосфатов. Механизм реакций гидролиза N-гликозидной и сложноэфирной связей в нуклеотидах. Строение и биологическая роль полинуклеотидов как носителей генентической информации. Лабораторная работа «Доказательство наличия пентоз и фосфорной кислоты в гидролизате нуклеотида». 3 часа 17. Нейтральные жиры и фосфолипиды. Строение, химические свойства, особенности стереоизомерии и конформации, высших жирных кислот, триацилглицеролов, различных классов фосфолипидов, их биологическая роль. Лабораторная работа «Эмульгирование жира». 18. Гликолипиды и пространственного стероиды. строения церамидолигосахариды, ганглиозиды), 2 часа Особенности химического гликолипидов и (цереброзиды, стероидов (холестерол, желчные кислоты, кортикостероиды, мужские и женские половые гормоны), их биологическая роль. Понятие о транспортных формах липидов и строении клеточных мембран. Пероксидное окисление липидов. 2 часа 19. Контрольная работа «Биополимеры». Рубежный контроль по разделу. 2 часа 4.4. Темы для самостоятельного изучения. 1. Классификационные признаки органических соединений: строение углеродного скелета и функциональных групп. Биологически важные классы органических соединений. Принципы международной номенклатуры. 2. Валентные состояния атома углерода и гетероатомов. Образование и свойства σ- и π- связей. 3. 2 час Изомерия органических соединений. Структурная и пространственная изомерия. π-Стереомерия (цис-, транс- изомерия). Таутомерия. 4. 1 час Сопряжение устойчивости как один из важнейших факторов 1час повышения молекул и ионов биологически важных соединений. Сопряженные полиены с открытыми цепями (β–каротин, ретиналь). Гетероциклические ароматические соединения (тиамин, витамины В5, В6, порфин, протопорфирин, гем. 5. 1 часа Общие закономерности в изменении кислотных и основных свойств органических соединений во взаимосвязи с природой атома в кислотном и основном центрах, электронными эффектами заместителей при этих центрах и сольватационными эффектами. 2 часа 6. Водородная связь как специфическое проявление кислотно-основных свойств. Значение водородных связей в формировании вторичной структуры белков и нуклеиновых кислот и образовании надмолекулярных структур в живых организмах. 7. Механизм 1 час свободнорадикальных реакций. Региоселективность. Понятие о реакциях пероксидного окисления липидов и антиоксидантах. 2 часа 8. Особенности системам электрофильного (1,3-диенам, присоединения α,β-ненасыщенным к альдегидам сопряженным и карбоновым кислотам). 9. 1 час Реакции электрофильного замещения. Кислотный катализ алкилировании алкенами и спиртами. 10. 1 час Подготовка к компьютерному тестированию по разделу «Механизмы радикальных и электрофильных реакций» 11. в 1 час Реакции нуклеофильного замещения у ѕр3-гибридизованного атома углерода. Реакции первого и второго порядков. Стереохимия нуклеофильного замещения. Реакции алкилирования спиртов, фенолов, тиолов, сульфидов, аммиака, аминов. Биологическая роль алкилирования. 12. реакций 2 часа Реакции альдольного присоединения. Наличие α-СН-кислотного центра в молекулах оксо-соединений как причина образования С-С связи в реакциях invivo. Синтез лимонной кислоты, фруктозо-1,6-дифосфата, нейраминовой кислоты. Альдольное расщепление как реакция обратная альдольной конденсации. 13. 2 часа Биологическое значение реакций ацилирования. Ацилфосфаты и ацилкоэнзимыМеханизм природные активации макроэргические карбоновых кислот аминокислот с помощью АТФ и HSKoA. 14. ацилирующие и карбоксильной реагенты. группы 1 час Реакции окисления и восстановления органических соединений: спиртов, тиолов, сульфидов, карбонильных соединений, аминов, Реакции восстановления оксосоединений, дисульфидов, иминов. Понятие о переносе гидрид-иона и химизме действия системы НАД+-НАДН. Окисление π-связи и ароматических фрагментов (эпоксидирование, гидроксилирование). 1 час 15. Многоатомные спирты: этиленгликоль, глицерин, инозит. Образование хелатных комплексов с участием α-диольных фрагментов. Хелатирование как способ сохранения стабильного валентного состояния биогенных металлов и выведения ионов тяжелых металлов из организма. 16. Двухатомные Катехоламины. фенолы: гидрохинон, резорцин, 1 час пирокатехин. КоэнзимQ. Окисление двухатомных фенолов. Система гидрохинон —хинон как химическая основа действия убихинонов в процессе тканевого дыхания. Фенолы как антиоксиданты. Витамин Е. 17. 1 час Двухосновные карбоновые кислоты: щавелевая, малоновая, янтарная, глутаровая. Превращение янтарной кислоты в фумаровую как пример биологической реакции стереоспецифического дегидрирования. Угольная кислота и ее производные (уреаты, уреиды кислот, мочевина). Гуанидин. Карбомоилфосфат. 18. 1 час Аминоспирты: аминоэтанол, холин. Ацетилхолин. Аминофенолы: дофамин, норадреналин, адреналин. Понятие о биологической роли этих соединений и их производных. Механизмы реакций образования ацетилхолина, превращения этаноламина в холин, норадреналина - в адреналин. Роль АТФ и S-аденозилметионина в этих реакциях. 19. Биосинтетические пути образования аминокислот: 2 часа реакции восстановительного аминирования и трансаминирования. Пиридоксалевый катализ. Химические свойства α-аминокислот как гетерофункциональных соединений: образование солей, сложных эфиров, реакции алкилирования и ацилирования аминогруппы, образование иминов. Реакции дезаминирования. Декарбоксилирование аминокислот и образование биогенных аминов коламина, гистамина, триптамина, серотонина, кадаверина, β-аланина, γ- аминомасляной кислоты. Биологическое значение трансаминирования, дезаминирования, декарбоксилирования. 20. Производные моносахаридов: дезоксисахара, реакций 2 часа аминосахара, N- ацетиламиносахара. Нуклеофильное замещение у аномерного центра в циклических формах моносахаридов. Образование и гидролиз гликозидов. Ои N-гликозиды. Простые и сложные эфиры моносахаридов, их свойства. Аскорбиновая кислота. Взаимопревращения альдоз и кетоз. Качественные реакции на альдозы и фруктозу. 21. Гетерополисахариды. Понятие 2 часа о смешанных биополимерах (пептидогликаны, гликопротеины, протеогликаны, гликолипиды). Понятие о строении групповых веществ крови, факторов иммунитета, гликопротеинов клеточных мембран. 22. 2 часа Нуклеозидмоно-, ди- и трифосфаты. АТФ - универсальный макроэрг. Понятие о строении нуклеотидных коферментов: НАД +, НАД+Ф, HSKoA.Лекарственные средства на основе модифицированных нуклеиновых оснований (фторурацил, меркаптопурин). Нуклеозиды - антибиотики. Мутагенное действие азотистой кислоты. 23. 2 часа Пероксидное окисление фрагментов жирных кислот в липидах клеточных мембран. Конечные продукты окисления (малоновыйдиальдегид, диеновые конъюгаты, ТБК-активные продукты). Принципы их определения. 2 часа 24. Углеводороды - родоначальники групп стероидов: эстран, андростан, прегнан, холан, холестан. Стероидные гормоны: эстрагены, андрогены, гестагены, кортикостероиды. 25. Агликоны сердечных гликозидов. Дигитоксигенин. Строфантидин, Эргостерин. Витамин D. 26. 1 час Фосфолипиды как липотропные соединения. Понятие о транспортных формах липидов и строении биологических мембран. 27. 1 час Эйкозаноиды- производные арахидоновой кислоты. 1 час 1 час 5. Перечень знаний умений и навыков, которые необходимо освоить Знать: теоретических основ органической химии; строения основных классов природных органических соединений - предшественников и структурных элементов макромолекул клетки и участников процессов метаболизма в организме; генетических связей между важнейшими классами природных органических соединений; механизмов протекания основных органических реакций; физиологической роли важнейших биологически активных соединений. Уметь: - классифицировать органические соединения по строению углеродного скелета и по природе функциональных групп; пользоваться правилами химической номенклатуры, составлять название по структурной формуле и структурную формулу по названию представителей биологически важных классов органических соединений; определять в молекуле наличие реакционных центров и устанавливать их характер: кислотный, основной, электрофильный, нуклеофильный и качественно оценивать реакционную способность органических соединений; проводить качественные реакции с целью обнаружения ненасыщенности; наличия диольного фрагмента; идентификации ряда аминокислот, входящих в состав белков; доказательства восстановительных свойств органических соединений; анализировать и обрабатывать результаты эксперимента. Владеть: 1) правильного ведения документации: конспектирования литературы; оформления протоколов и лабораторного журнала; 2) обращения с химической посудой; 3) безопасной работы в химической лаборатории; обращения с едкими, токсичными, легколетучими органическими соединениями; работы с горелками, спиртовками и электрическими нагревательными приборами. 6. Материально-техническое обеспечение учебной дисциплины кафедра химии и биохимии № п/п Оборудование Количество Год выпуска 1. Мультимедийный проектор BENQVP 150 X 1 2001 2. Проектор «Лектор 2000» 1 1985 3. Компьютерный класс Mb Pentium 3; Windows XP 2005 Exam 11 2007 Принтер/Копир/Сканер CanonMF 3228 2 2007 Фотоэлектрокалориметры 3 1985 – Intel Celeron 1,8 GHz 512 МБОЗУ HDD 60 4. 1990 5. Шаростержневые модели 3 1980 Стационарные таблицы в учебных аудиториях (в шт.): правила по технике безопасности (5); классификация органических соединений (3); старшинство и названия функциональных групп (5); электронные эффекты заместителей (5); электронное строение органических соединений (5); конформационное строение алканов и циклоалканов (5); валентные состояния атомов углерода (3); строение хелатных комплексов (3); кето-енольная таутомерия (2); строение гомополисахаридов (3). 7. Основная литература 1. Тюкавкина Н.А. Биоорганическая химия: учебник для вузов.- 7- те изд., Стереотип.- М.: ГЭОТАР - Мед, 2008.- 542 с.: ил. 8. Изучение дисциплины заканчивается: экзаменом в 1 семестре, ИГА в 12 семестре. Зав. кафедрой химии и биохимии к.б.н, доцент Н.Н. Коцюржинская