Химия» для специальности 060103 – Педиатрия

Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Казанский государственный медицинский университет»
Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации
«У Т В Е Р Ж Д А Ю»
Проректор
по учебно-методической работе,
председатель ЦКМС
доцент Ф.Г. Биккинеев
_________________________
«____»______________2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине: «Химия»
для специальности 060103- Педиатрия
Код квалификации – 65 (специалист)
Факультет педиатрический
Кафедра Общей и органической химии
Курс - 1
Семестр - 1
Лекции - 20 час.
Лабораторные занятия - 52 час.
Самостоятельная работа – 36 час.
Зачет 1 семестр
Всего 108 часа, 3 зачетных единицы
Зачет – 1 семестр
2011г.
Рабочая программа составлена с учетом требований Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности в соответствии с учебным планом и на основании примерной программы по дисциплине, утвержденной «___»__________________20____года.
Разработчики программы:_________________
проф. Никитина Л.Е.,
________________
ст. преп. Федюнина И.В.,
________________
ст. преп. Галеева С.И.
Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры общей и органической химии«_____» ____________20___ г., протокол № _____.
Заведующая кафедрой
общей и органической химии, проф._______________ Никитина Л.Е.
Рабочая программа рассмотрена и утверждена на заседании предметно- методической комиссии по естественнонаучным и медико-биологическим дисциплинам«_____»
____________20___ г., протокол № _____.
Председатель ПМК
по естественнонаучным
и медико-биологическим дисциплинам
____________________
проф. Никитина Л.Е.
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ.
1.1. Цель преподавания дисциплины
Цель – формирование у студентов системных знаний и умений выполнять расчеты
параметров физико-химических процессов, при рассмотрении их физико-химической
сущности и механизмов взаимодействия веществ, происходящих в организме человека на
клеточном и молекулярном уровнях, а также при воздействии на живой организм окружающей среды.
1.2. Задачи изучения дисциплины
1. Ознакомление студентов с принципами организации и работы химической лаборатории.
2. Ознакомление студентов с мероприятиями по охране труда и технике безопасности в
химической лаборатории, с осуществлением контроля за соблюдением и обеспечением
экологической безопасности при работе с реактивами.
3. Формирование у студентов представлений о физико-химических аспектах как о важнейших биохимических процессах и различных видах гомеостаза в организме: теоретические основы биоэнергетики, факторы, влияющие на смещение равновесия биохимических
процессов.
4. Изучение студентами свойств веществ органической и неорганической природы;
свойств растворов, различных видов равновесий химических реакций и процессов жизнедеятельности; механизмов действия буферных систем организма, их взаимосвязь и роль в
поддержании кислотно-основного гомеостаза; особенностей кислотно-основных свойств
аминокислот и белков.
5. Изучение студентами закономерностей протекания физико-химических процессов в
живых системах с точки зрения их конкуренции, возникающей в результате совмещения
равновесий разных типов; роли биогенных элементов и их соединений в живых системах;
физико-химических основ поверхностных явлений и факторов, влияющих на свободную
поверхностную энергию; особенностей адсорбции на различных границах разделов фаз;
особенностей физической химии дисперсных систем и растворов биополимеров.
6. Формирование у студентов навыков изучения научной химической литературы.
7. Формирование у студентов умений для решения проблемных и ситуационных задач;
8. Формирование у студентов практических умений постановки и выполнения экспериментальной работы.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП
Дисциплина относится к циклу Математических, естественнонаучных дисциплин.
Для формирования знаний, необходимых для изучения дисциплины, требуются:
1. Усвоение школьного курса химии. Обучение студентов осуществляется на основе преемственности знаний и умений, полученных в курсе Химии общеобразовательных учебных заведений.
2. Медицинская и биологическая физика: необходимо усвоение элементов математической статистики.
3. Биология: организация потоков веществ, энергии и информации в клетке.
Является предшествующей для изучения дисциплин: биохимия; гистология, эмбриология, цитология; нормальная физиология; патофизиология, клиническая патофизиология;
фармакология; микробиология, вирусология; клинические дисциплины.
3. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
способности и готовности анализировать социально-значимые проблемы и процессы,
использовать на практике методы гуманитарных, естественнонаучных, медикобиологических и клинических наук в различных видах профессиональной и социальной
деятельности (ОК-1);
способности и готовности выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности врача, использовать для их решения соответствующий физико-химический и математический аппарат (ПК-2);
способности и готовности 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-3);
способности и готовности проводить и интерпретировать опрос, физикальный
осмотр,
клиническое
обследование,
результаты
современных
лабораторноинструментальных исследований, морфологического анализа биопсийного, операционного и секционного материала, написать медицинскую карту амбулаторного и стационарного больного (ПК-5).
способности и готовности изучать научно-медицинскую информацию, отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-31);
способности и готовности к участию в освоении современных теоретических и инструментальных методов исследования с целью создания новых перспективных средств, в
организации работ по практическому использованию и внедрению результатов исследования (ПК-32).
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать:
- правила техники безопасности и работы в химических лабораториях с реактивами, приборами;
- свойства воды и водных растворов;
- способы выражения концентрации веществ в растворах, способы приготовления растворов
заданной концентрации;
- электролитный баланс организма человека, коллигативные свойства растворов (диффузия,
осмос, осмоляльность, осмолярность);
- строение и биохимические свойства основных классов биологически важных органических соединений;
- строение и функции наиболее важных химических соединений (нуклеиновых кислот, природных белков, водорастворимых и жирорастворимых витаминов, гомонов и др.);
- термодинамические и кинетические закономерности, определяющие протекание химических
и биохимических процессов;
- физико-химические аспекты важнейших биохимических процессов и различных видов гомеостаза в организме: теоретические основы биоэнергетики, факторы, влияющие на смещение равновесия биохимических процессов;
- основные типы равновесий и процессов жизнедеятельности: протолитические, гетерогенные,
лигандообменные, редокс;
- механизмы действия буферных систем организма, их взаимосвязь и роль в поддержании кислотно-основного гомеостаза; особенности кислотно-основных свойств аминокислот и белков;
- закономерности протекания физико-химических процессов в живых системах с точки зрения
их конкуренции, возникающей в результате совмещения равновесий разных типов;
- роль коллоидных поверхностно-активных веществ в усвоении и переносе малополярных веществ в живом организме;
- строение и химические свойства основных классов биологически важных биологических соединений;
- физико-химические основы поверхностных явлений и факторы, влияющие на свободную поверхностную энергию; особенности адсорбции на различных границах разделов фаз;
- особенности физической химии дисперсных систем и растворов биополимеров;
- физико-химические методы анализа в медицине (титриметрический, электрохимический,
хроматографический, вискозиметрический).
Уметь:
- пользоваться учебной, научной, научно-популярной литературой, сетью Интернет для профессиональной деятельности;
- пользоваться физическим и химическим оборудованием;
- работать с увеличительной техникой (микроскопами, оптическими и простыми лупами);
- прогнозировать результаты физико-химических процессов, протекающих в живых системах,
опираясь на теоретические положения;
- научно обосновывать наблюдаемые явления;
- производить физико-химические измерения, характеризующие те или иные свойства растворов,
смесей и других объектов, моделирующих внутренние среды организма;
- представлять данные экспериментальных исследований в виде графиков и таблиц;
- производить наблюдения за протеканием химических реакций и делать обоснованные выводы;
- представлять результаты экспериментов и наблюдений в виде законченного протокола исследования;
- решать типовые практические задачи и овладеть теоретическим минимумом на более абстрактном уровне;
- решать ситуационные задачи, опираясь на теоретические положения, моделирующие физикохимические процессы, протекающие в живых организмах;
- умеренно ориентироваться в информационном потоке (использовать справочные данные и библиографию по той или иной причине).
Владеть:
- базовыми технологиями преобразования информации, текстовыми, табличными редакторами,
поиск в сети интернет;
- навыками самостоятельной работы с учебной, научной и справочной литературой; вести поиск и
делать обобщающие выводы;
- навыками безопасной работы в химической лаборатории и умения обращаться с химической посудой, реактивами, работать с газовыми горелками и электрическими приборами.
1
2
3
Раздел дисциплины
Элементы химической термодинамики, термодинамики растворов и химической кинетики
Основные типы
химических равновесий и процессов в функционировании
живых систем.
Поверхностные
явления в функционировании
живых систем.
Семестр
№ п/п
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. Объем дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 108 часов.
Виды учебной работы и трудоемкость в часах
Л
4
(1,2)
ЛЗ
3
(1-5)
ПЗ
-
С
-
СР
4
1
4
(3,4)
12
(1-5)
-
-
10
1
2
(5)
3
(6)
-
-
6
1
Формы текущего контроля
успеваемости
Письменный
контроль
Устный
опрос
Иллюстративное, материально-техническое
обеспечение
раздела дисциплины
Плакаты, таблицы, схемы.
Компьютер,
мультимедийная установка
ПисьменПлакаты, табный
кон- лицы, схемы.
троль
Компьютер,
Устный
мультимеопрос
дийная установка
ПисьменПлакаты, табный
кон- лицы, схемы.
троль
Компьютер,
Устный
мультимеопрос
дийная установка
4
5
6
Физикохимические
свойства дисперсных систем
в функционировании живых
систем.
Биологически
активные низкомолекулярные
и высокомолекулярные вещества (строение,
свойства, участие в функционирование живых систем).
Выходное тестирование. Зачет
1
6
(6-8)
18
(712)
-
-
6
Письменный
контроль
Устный
опрос
Плакаты, таблицы, схемы.
Компьютер,
мультимедийная установка
1
4
(9,10)
12
(1316)
-
-
8
Письменный
контроль
Устный
опрос
Плакаты, таблицы, схемы.
Компьютер,
мультимедийная установка
1
-
4
(17)
-
-
-
Письменный
контроль
4.2. Виды учебной работы
Всего часов
72
Вид учебной работы
Аудиторные занятия (всего)
В том числе:
Лекции (Л)
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
Выходное тестирование. Зачет.
Самостоятельная работа (всего)
Вид промежуточной аттестации
Общая трудоемкость
часы
зачетные единицы
Семестры
1
20
1
48
4
36
зачет
108
1
1
1
3
4.3. Содержание разделов дисциплины
№
п/п
1
1.
Наименование раздела
дисциплины
2
Элементы химической термодинамики,
термодинамики растворов и химической
кинетики
Содержание раздела
3
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
1
2
3
термодинамических систем (изолированные, закрытые, открытые). Типы термодинамических процессов (изотермические, изобарные, изохорные). Стандартное состояние.
Первое начало термодинамики. Энтальпия. Стандартная
энтальпия образования вещества, стандартная энтальпия сгорания вещества. Стандартная энтальпия реакции. Закон Гесса. Применение первого начала термодинамики к биосистемам.
Второе начало термодинамики. Обратимые и необратимые в
термодинамическом смысле процессы. Энтропия. Энергия
Гиббса. Прогнозирование направления самопроизвольно протекающих процессов в изолированной и закрытой системах;
роль энтальпийного и энтропийного факторов. Термодинамические условия равновесия. Стандартная энергия Гиббса образования вещества, стандартная энергия Гиббса биологического
окисления вещества. Стандартная энергия Гиббса реакции.
Примеры экзергонических и эндергонических процессов, протекающих в организме. Принцип энергетического сопряжения.
Химическое равновесие. Обратимые и необратимые по
направлению реакции. Термодинамические условия равновесия в изолированных и закрытых системах. Константа химического равновесия. Общая константа последовательно и параллельно протекающих процессов. Уравнения изотермы и
изобары химической реакции. Прогнозирование смещения
химического равновесия. Понятие о буферном действии, гомеостазе и стационарном состоянии живого организма.
Роль воды и растворов в жизнедеятельности. Физикохимические свойства воды, обусловливающие ее уникальную
роль как единственного биорастворителя. Автопротолиз воды. Константа автопротолиза воды. Зависимость растворимости веществ в воде от соотношения гидрофильных и гидрофобных свойств; влияние внешних условий, на растворимость. Термодинамика растворения. Понятие обидеальном
растворе.
Коллигативные свойства разбавленных растворов не электролитов. Закон Рауля и следствия из него: понижение температуры замерзания раствора, повышение температуры кипения раствора, осмос. Осмотическое давление: закон ВантГоффа.
Коллигативные свойства разбавленных растворов электролитов.
Элементы теории растворов сильных электролитов ДебаяХюккеля.
Осмоляльность и осмолярность биологических жидкостей
и перфузионных растворов.
Роль осмоса в биологических системах.
Предмет и основные понятия химической кинетики. Химическая кинетика как основа для изучения скоростей и механизмов биохимических процессов. Скорость реакции,
средняя скорость реакции в интервале, истинная скорость.
Классификации реакций, применяющиеся в кинетике: реак-
1
2
2
Основные типы химических равновесий
и процессов в функционировании живых
систем.
3
ции, гомогенные, гетерогенные и микрогетерогенные; реакции простые и сложные (параллельные, последовательные,
сопряженные, цепные). Молекулярность элементарного акта
реакции.
Кинетические уравнения. Порядок реакции. Период полупревращения.
Зависимость скорости реакции от концентрации. Кинетические уравнения реакций первого, второго и кулевого 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
соударении. Энергетический профиль реакции; энергия активации; уравнение Аррениуса. Роль стерического фактора.
Понятие о теории переходного состояния.
Катализ. Гомогенный и гетерогенный катализ. Энергетический профиль каталитической реакции. Особенности каталитической активности ферментов. Уравнение Михаэлиса Ментен и его анализ.
Протолитические реакции. Ионизация слабых кислот и
оснований. Константа кислотности и основности. Связь между константой кислотности и константой основности в сопряженной протолитической паре. Конкуренция за протон:
изолированное и совмещенное протолитические равновесия.
Общая константа совмещенного 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 емкость. Расчет
рН протолитических систем.
Буферные системы крови: гидрокарбонатная, фосфатная, гемоглобиновая, протеиновая. Понятие о кислотно-основном состоянии организма. Применение реакции нейтрализации в фармакотерапии: лекарственные средства с кислотными и основными свойствами (гидрокарбонат натрия, оксид и пероксид
магния, трисамин и др.).
Гетерогенные реакции в растворах электролитов. Константа растворимости. Конкуренция за катион или анион:
изолированное и совмещенное гетерогенные равновесия в
растворах электролитов. Общая константа совмещенного гетерогенного равновесия. Условия образования и растворения
осадков. Реакции, лежащие в основе образования неорганического вещества костной ткани гидроксидфосфата кальция.
Механизм функционирования кальций-фосфатного буфера.
Явление изоморфизма: замещение в гидроксидфосфате кальция гидроксид-ионов на ионы фтора, ионов кальция на ионы
стронция. Остеотропность металлов. Реакции, лежащие в основе образования конкрементов: уратов, оксалатов, карбонатов. Применение хлорида кальция и сульфата магния в каче-
1
2
3
Поверхностные явления в функционировании живых систем.
4
Физико-химические
свойства дисперсных
систем в функционировании живых организмов.
3
стве антидотов.
Реакции замещения лигандов. Константа нестойкости комплексного иона. Конкуренция за лиганд или за комплексообразователь: изолированное и совмещенное равновесия замещения лигандов. Общая константа совмещенного равновесия
замещения лигандов. Инертные и лабильные комплексы.
Представления о строении металлоферментов и других биокомплексных соединений (гемоглобин, цитохромы, кобаламины). Физико-химические принципы транспорта кислорода
гемоглобином. Металло-лигандный гомеостаз и причины его
нарушения. Механизм токсического действия тяжелых металлов и мышьяка на основе теории жестких и мягких кислот
и оснований (ЖМКО). Термодинамические принципы хелатотерапии. Механизм цитотоксического действия соединений платины.
Адсорбционные равновесия и процессы на подвижных
границах раздела фаз. Поверхностная энергия Гиббса и поверхностное натяжение. Адсорбция. Уравнение Гиббса. Поверхностно-активные и поверхностно-неактивные вещества.
Изменение поверхностной активности в гомологических рядах (правило Траубе). Изотерма адсорбции. Ориентация молекул в поверхностном слое и структура биомембран.
Адсорбционные равновесия на неподвижных границах
раздела фаз. Физическая адсорбция и хемосорбция. Адсорбция газов на твердых телах. Адсорбция из растворов. Уравнение Ленгмюра. Зависимость величины адсорбции от различных факторов. Правило выравнивания полярностей. Избирательная адсорбция. Значение адсорбционных процессов
для жизнедеятельности. Физико-химические основы адсорбционной терапии, гемосорбции, применения в медицине
ионитов.
Классификация дисперсных систем. Классификация дисперсных систем по степени дисперсности; по агрегатному
состоянию фаз; по силе межмолекулярного взаимодействия
между дисперсной фазой и дисперсионной средой. Природа
коллоидного состояния.
Получение и свойства дисперсных систем. Получение суспензий, эмульсий, коллоидных растворов. Диализ, электродиализ, ультрафильтрация. Физико-химические принципы функционирования
искусственной
почки.
Молекулярнокинетические свойства коллоидно-дисперсных систем: броуновское движение, диффузия, осмотическое давление, седиментационное равновесие. 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.
Устойчивость дисперсных систем. Седиментационная, агрегативная и конденсационная устойчивость лиозолей. Факторы, влияющие на устойчивость лиозолей. Коагуляция. По-
1
2
3
рог коагуляции и его определение, правило Шульце-Гарди,
явление привыкания. Взаимная коагуляция. Понятие о современных теориях коагуляции. Коллоидная защита и пептизация.
Коллоидные ПАВ; биологически важные коллоидные
ПАВ (мыла, детергенты, желчные кислоты). Мицеллообразование в растворах ПАВ. Определение критической концентрации мицеллообразования. Липосомы.
Микрогетерогенные (грубодисперсные) системы, их природа
и разновидности. Получение, физико-химические свойства и
значение в медицине аэрозолей, порошков, суспензий,
эмульсий и пен.
5
Биологически активные низкомолекулярные и высокомолекулярные вещества
(строение, свойства,
участие в функционирование живых систем).
Биологически важные гетероциклические соединения.
Тетрапиррольные соединения (порфин, гем и др.). Производные пиридина, изоникотиновой кислоты, пиразола, имидазола, пиримидина, пурина, тиазола. Кето-енольная и лактимлактамная таутомерия в гидроксиазотосодержащих гетероциклических соединениях. Барбитуровая кислота и её производные. Гидроксипурины (гипоксантин, ксантин, мочевая
кислота). Фолиевая кислота, биотин, тиамин. Понятие о
строении и биологической роли. Представление об алкалоидах и антибиотиках.
Углеводы.
Гомополисахариды: (амилоза, амилопектин, гликоген,
декстран, целлюлоза). Пектины. Монокарбоксилцеллюлоза,
полиакрилцеллюлоза – основа гемостатических перевязочных материалов.
Гетерополисахариды: гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты. Гепарин. Понятие о смешанных биополимерах
(гликопротеины, гликолипиды и др.).
Нуклеиновые кислоты
Нуклеозидмоно- и полифосфаты. АМФ, АДФ, АТФ. Нуклеозидциклофос-фаты (ЦАМФ). Их роль как макроэргических
соединений и внутриклеточных биорегуляторов.
Липиды.
Омыляемые липиды. Естественные жиры как смесь триацилглицеринов. Понятие о строении восков. Основные природные высшие жирные кислоты, входящие в состав липидов: пальмитиновая, стеариновая, олеиновая, линолевая, линоленовая, арахидоновая.
Полимеры. Понятие о полимерах медицинского назначения.
Свойства растворов ВМС. Особенности растворения ВМС
как следствие их структуры. Форма макромолекул. Механизм набухания и растворения ВМС. Зависимости величины
набухания от различных факторов. Аномальная вязкость растворов ВМС. Уравнение Штаудингера. Вязкость крови и других биологических жидкостей. Осмотическое давление растворов биополимеров. Уравнение Галлера. Полиэлектролиты. Изоэлектрическая точка и методы ее определения. Мембранное
1
2
3
равновесие Доннана. Онкотическое давление плазмы и сыворотки крови.
Устойчивость растворов биополимеров. Высаливание
биополимеров из раствора. Коацервация и ее роль в биологических системах. Застудневание растворов ВМС. Свойства
студней: синерезис и тиксотропия.
4.4. Разделы дисциплины и виды занятий
№
п/п
1
2
3
4
5
6
Наименование раздела дисциплины
Элементы химической термодинамики, термодинамики растворов и химической кинетики
Основные типы химических равновесий и процессов в
функционировании живых систем.
Поверхностные явления в функционировании живых
систем.
Физико-химические свойства дисперсных систем в
функционировании живых организмов.
Биологически активные низкомолекулярные и высокомолекулярные вещества (строение, свойства, участие
в функционировании живых систем).
Выходное тестирование. Зачет
Итого
Л
ЛЗ
Всего
аудиторных часов
4
3
7
4
12
16
2
3
5
6
18
24
4
12
16
4
72
4.5.Лекционный курс
№
1
2
Тема лекций и их содержание
Колво
часов
Элементы химической термодинамики и биоэнергетики.Термохимия.
2
Основные понятия термодинамики. 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.
Первое начало термодинамики. Энтальпия. Стандартная энтальпия образования вещества, стандартная энтальпия сгорания вещества. Стандартная энтальпия реакции. Закон Гесса. Второе начало термодинамики. Обратимые и
необратимые в термодинамическом смысле процессы. Энтропия. Энергия
Гиббса. Прогнозирование направления самопроизвольно протекающих процессов в изолированной и закрытой системах; роль энтальпийного и энтропийного факторов. Термодинамические условия равновесия. Стандартная
энергия Гиббса образования вещества, стандартная энергия Гиббса биологического окисления вещества. Стандартная энергия Гиббса реакции. Примеры экзергонических и эндергонических процессов, протекающих в организме.
Принцип энергетического сопряжения.
Химическая кинетика и катализ. Химическая кинетика как основа для
2
изучения скоростей и механизмов биохимических процессов. Скорость реакции, средняя скорость реакции в интервале, истинная скорость. Класси-
3
4
5
6
фикации реакций, применяющиеся в кинетике: реакции, гомогенные, гетерогенные и микрогетерогенные; реакции простые и сложные (параллельные, последовательные, сопряженные, цепные). Молекулярность элементарного акта реакции.
Кинетические уравнения. Порядок реакции. Период полупревращения.
Зависимость скорости реакции от концентрации. Кинетические уравнения реакций первого, второго и кулевого 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 соударении. Энергетический профиль реакции;
энергия активации; уравнение Аррениуса. Роль стерического фактора. Понятие о теории переходного состояния.
Катализ. Гомогенный и гетерогенный катализ. Энергетический профиль
каталитической реакции. Особенности каталитической активности ферментов. Уравнение Михаэлиса - Ментен и его анализ.
Химическое равновесие. Обратимые и необратимые по направлению реакции. Константа химического равновесия. Уравнения изотермы и изобары
химической реакции. Прогнозирование смещения химического равновесия.
Роль воды и растворов в жизнедеятельности. Физико-химические свойства
воды, обусловливающие ее уникальную роль как единственного биорастворителя. Автопротолиз воды. Константа автопротолиза воды. Зависимость
растворимости веществ в воде от соотношения гидрофильных и гидрофобных свойств; влияние внешних условий, на растворимость. Термодинамика
растворения. Понятие об идеальном растворе. Протолитические реакции.
Ионизация слабых кислот и оснований. Константа кислотности и основности. Связь между константой кислотности и константой основности в сопряженной протолитической паре. Конкуренция за протон: изолированное и
совмещенное протолитические равновесия. Общая константа совмещенного
протолитического равновесия. Гидролиз солей. Степень и константа гидролиза.
Гетерогенные реакции в растворах электролитов. Константа растворимости. Условия образования и растворения осадков. Реакции, лежащие в
основе образования неорганического вещества костной ткани гидроксидфосфата кальция. Реакции, лежащие в основе образования конкрементов: уратов, оксалатов, карбонатов.
Реакции замещения лигандов. Константа нестойкости комплексного иона.
Конкуренция за лиганд или за комплексообразователь: изолированное и
совмещенное равновесия замещения лигандов. Общая константа совмещенного равновесия замещения лигандов. Инертные и лабильные комплексы.
Представления о строении металлоферментов и других биокомплексных
соединений (гемоглобин, цитохромы, кобаламины).
Адсорбция на поверхности твердого тела, силы ее обеспечивающие,
разновидности адсорбции. Количественные закономерности адсорбции на
твердой поверхности - уравнения и изотермы адсорбции Лэнгмюра,
Фрейндлиха, изотерма БЭТ. Адсорбция ионов (избирательная и ионообменная).
Адсорбция на поверхности жидкости. Изотерма поверхностного натяжения, поверхностная активность, уравнение Гиббса. Природа поверхностно-активных и поверхностно-неактивных веществ. Правило Дюкло-Траубе.
Структура адсорбционного слоя на поверхности жидкости
Развитие представлений о коллоидном состоянии вещества. Классифи-
2
2
2
2
7
8
9
10
кация дисперсных и коллоидных систем.
Методы получения коллоидных систем - условия их проведения, значение для медицины. Методы очищения коллоидных растворов - диализ,
ультрафильтрация, их применение в биотехнологии, использование искусственной почки.
Молекулярно-кинетические явления в коллоидных системах: броуновское движение частиц, диффузия, осмотическое давление, вязкость, седиментационное равновесие.
Оптические свойства коллоидных систем. Рассеяние света в коллоидных
системах, его механизм, уравнение Рэлея. Оптические методы исследования коллоидных систем (ультрамикроскопия, нефелометрия). Использование нефелометрии и турбидиметрии в медико-биологических исследованиях.
Строение лиофобных коллоидных частиц. Структура двойного электрического слоя частиц. Электротермодинамический и электрокинетический потенциалы. Электрокинетические явления - электрофорез и электроосмос. Использование электрофореза в биотехнологии и в медицинской
практике
Агрегативная и кинетическая устойчивость коллоидных систем. Коагуляция частиц, ее молекулярно-кинетический механизм. Закономерности и
механизм коагуляции частиц под действием электролитов. Значение коагуляции коллоидных частиц в медицине.
Микрогетерогенные (грубодисперсные) системы, их природа и разновидности. Получение, физико-химические свойства и значение в медицине
аэрозолей, порошков, суспензий, эмульсий и пен.
Высокомолекулярные соединения, их химическая природа и значение
в жизнедеятельности opганизма. Классификация ВМС и способы образования. Структура макромолекул, фазовые и агрегатные состояние полимеров.
Растворы полимеров. Механизм растворения и набухания ВМС. Аномальная вязкость растворов ВМС. Уравнение Штаудингера. Осмотическое давление растворов ВМС, значение онкотического давления плазмы крови.
Устойчивость растворов ВМС, ее факторы. Заряд и изоэлектрическое состояние полиамфолитов. Высаливание полимеров, использование в биотехнологии. Коацервация и ее биологическое значение. Коллоидная защита.
Омыляемые липиды. Жиры и фосфолипиды. Естественные жиры. Природные жирные кислоты и фосфатидные кислоты. Образование, гидролиз жиров и фосфолипидов, гидрирование жиров, консистенция, омыление жиров.
Дисахариды и полисахариды. Гетеро полисахариды. Понятие о смешанных
биополимерах. Таутомерия дисахаридов, их химические свойства. Образование и гидролиз. Восстанавливающие свойства.
Биологически активные гетероциклические соединения. Нуклеиновые основания и принцип их комплементарности. Нуклеиновые кислоты (ДНК и
РНК). Первичная и вторичная структура нуклеиновых кислот. Нуклеозиды
и нуклеотиды. АТФ, AДФ, АМФ.
Итого
2
2
2
2
20
4.6. Лабораторные занятия
№
1
Тема и содержание занятия
К-во
Форма
часов
контроля
Правила работы в химической лаборатории. Техника без3
Устный
опасности. Способы выражения концентрации растворов.
опрос
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Растворы сильных и слабых электролитов.
Лабораторная работа « Свойства растворов электролитов»
Решение ситуационных задач.
Автопротолиз воды. Ионное произведение воды. Водородный и гидроксильный показатели. Гидролиз солей.
Лабораторная работа «Гидролиз солей ».
Буферные растворы. Гетерогенное равновесие.
Лабораторная работа «Гетерогенное равновесие».
Коллигативные свойства разбавленных растворов неэлектролитов и электролитов.
Решение ситуационных задач.
Элементы химической термодинамики и биоэнергетики. Химическая кинетика и химическое равновесие.
Лабораторная работа «Химическая кинетика, катализ, химическое равновесие ».
Адсорбция на твердой поверхности и на поверхности жидкости. Коллоидные ПАВ.
Лабораторная работа "Адсорбция на поверхности твердого
тела».
Коллоидные системы, их природа, разновидности, получение
и очищение, молекулярно-кинетические и оптические свойства.
Лабораторная работа "Получение коллоидных растворов
различными методами и их очищение диализом".
Строение лиофобных коллоидных частиц. Электрокинетические явления в коллоидных системах.
Лабораторная работа «Определение знака заряда коллоидных
частиц краски конго и гидроксида железа методом капиллярного поднятия»
Агрегативно-кинетическая устойчивость коллоидных систем.
Коагуляция коллоидных растворов.
Лабораторная работа "Определение порогов коагуляции различных электролитов и доказательство правила ШульцеГарди".
Модуль № 1 по темам 1-9
Микрогетерогенные системы. Свойства аэрозолей, порошков, суспензий, эмульсий и пен.
Лабораторная работа ''Получение эмульсий, определение их
типа, обращение фаз эмульсий. Получение и разрушение пен
пеногасителями".
Высокомолекулярные соединения, их химическая природа и
значение. Свойства растворов ВМС.
Лабораторная работа "Высаливание казеина различными
электролитами и установление лиотропного ряда ионов.
Определение изоэлектрической точки казеина и защитного
числа желатины"
Жиры и фосфолипиды. Природные жирные кислоты и фосфатидные кислоты. Образование, гидролиз жиров и фосфолипидов, гидрирование жиров, консистенция, омыление жиров
Лабораторная работа «Химические свойства жиров и фосфо-
3
Письменный
контроль
3
Письменный
контроль
Письменный
контроль
3
3
Письменный
контроль
3
Письменный
контроль
3
Устный
опрос
3
Устный
опрос
3
Устный
опрос
3
Письменный
контроль
Устный
опрос
3
3
Устный
опрос
3
Письменный
контроль
16
липидов»
Дисахариды, олигосахариды и полисахариды. Гетерополисахариды. Понятие о смешанных биополимерах. Таутомерия
дисахаридов, их химические свойства. Образование и гидролиз. Восстанавливающие свойства.
Лабораторная работа «Химические свойства дисахаридов и
полисахаридов»
Гетероциклические соединения. Нуклеиновые основания,
таутомерные формы, комплементарные пары. Нуклеиновые
кислоты. Образование и гидролиз нуклеотидов и нуклеозидов.
Лабораторная работа «Химические свойства гетероциклов».
Модуль № 2 по темам 11-15.
17
Выходное тестирование. Зачет
4
Итого
52
14
15
3
Устный опрос
3
Устный опрос
3
Письменный
контроль
Письменный
контроль
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
№
п/п
1
2
3
4
5
Тема лекции и лабораторного занятия
Элементы химической термодинамики и биоэнергетики.
Химическая кинетика и катализ
Химическое равновесие
Гетерогенные реакции в растворах электролитов.
Способы выражения концентрации растворов.
Растворы сильных и слабых электролитов
Вид
аудиторного занятия
Лекция
Кол.
час
Образовательные
технологии
2
Презентация
Лекция
Лекция
Лекция
Лабораторное
занятие
2
2
2
3
Презентация
Презентация
Презентация
Элементы
УИРС, ситуационные
задачи
Элементы
УИРС, ситуационные
задачи
Элементы
УИРС, ситуационные
задачи
Элементы
УИРС, ситуационные
задачи
Элементы
УИРС, ситуационные
задачи
Презентация
6
Автопротолиз воды. Гидролиз солей.
Лабораторное
занятие
3
7
Буферные растворы. Гетерогенное равновесие.
Лабораторное
занятие
3
8
Коллигативные свойства разбавленных растворов Лаборанеэлектролитов и электролитов.
торное
занятие
3
9
Элементы химической термодинамики и биоэнер- Лаборагетики. Химическая кинетика и химическое рав- торное
новесие.
занятие
3
10
Дисахариды и полисахариды. Гетеро полисахари- Лекция
ды.
Биологически активные гетероциклические со-
2
единения. Нуклеиновые основания и принцип их
комплементарности. Нуклеиновые кислоты (ДНК
и РНК). АТФ, AДФ, АМФ.
Итого
Удельный вес занятий, проводимых в интерактивных формах, составляет 34,7 % аудиторных занятий.
6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ
Примеры заданий текущего контроля
1. Определить титр и молярную концентрацию эквивалента раствора HCl ( =1,14 г/мл; 
= 27,66%) .
а) 1,56 моль/л б) 8,64 моль/л в) 0,3153г/ мл г) 0,03153 г/мл
2. Как изменится рН, если раствор вдвое разбавить водой?
а) 0,2 М раствор HCl ( = 1);
б) 0,2 М р-р СН3СООН (Ка = 1,8210-5)
а) увеличится на 1 б) увеличится на 0,2 в) не изменится
г) увеличится на 0,3
д) увеличится на 0,15
3. Чему равен рН раствора СН3СООNH4? Привести доказательства.
a) рН7
б) рН>7
в) рН<7
4. Как можно понизить степень диссоциации слабого электролита?
а) нагреванием
б) разбавлением
в) введением сильного электролита, содержащего одноименный ион.
5. В каком количестве воды следует растворить 0,5 кг глицерина С3H8О3 для получения
раствора с температурой кристаллизации –30С? Ккр = 1,860С.
а) 3,37 л
б) 1,48 л
в) 33,7 л
6. Укажите кинетическое уравнение тримолекулярной реакции
2NO(г) + Сl2(г)  2 NOСl(г) ?
2
а) = К  NO Сl2, б) = К  NOCl2 в) =К  NO2 Сl2  NOCl2
К  N2O4 NO22
г) = 
 NO2Сl2
7. Как изменится скорость вышеприведенной реакции при увеличении давления в 3 раза?
а) увеличится в 9 раз
б) увеличится в 27 раз
в) увеличится в 3 раза
г) уменьшится в 9 раз
8. Скорость химической реакции- это…
а) время, за которое заканчивается реакция
б) изменение концентрации реагирующих веществ в единицу времени
в) количество вещества продуктов реакции к моменту окончания реакции
9. В каких единицах выражается скорость химической реакции?
а) моль/л  с
б) моль 2  с
в) моль  мин / л
г) безразмерная величина
10. Температурный коэффициент () определяется соотношением….
T + 10
Кt + 10
а) =  =2- 4;
б) =  = 2 – 4;
t
Kt
( t + 10)2
(Kt +10)2
в) =  = 2- 4;
г) =  =2-4
t2
Kt
11. Выход реакции велик в том случае, если…
а) константа равновесия К <<1
б) константа равновесия К >>1
в) используется катализатор
г) используется ингибитор
12-14. В каком направлении сместится химическое равновесие реакции:
Сa CO3 (т)  СaO (т) + СО2(г)
Н >0
12) при повышении температуры
13) при повышении давления
14) при добавлении СаО
а) вправо
б) влево
в) не сместится
15. Напишите реакцию образования дисахарида из -D-глюкуроновой кислоты и глюкопиранозы. Укажите гликозидную связь.
16. Образуйте дисахарид с -1,4-гликозидной связью из двух молекул глюкозы. Поясните,
обладает ли продукт восстанавливающими свойствами.
17. Образуйте фосфолипид, используя холин и другие необходимые вещества. Назовите
соединения, которые образуются при полном гидролизе этого фосфолипида.
18. Напишите реакцию гирогенизации линолеоолеинопальмитина. Назовите продукт реакции и укажите его консистенцию.
Примеры заданий выходного тестирования
1. Укажите знак изменения энтропии в гомогенной реакции:
2 H 2 S + O2 = 2SO2 + 2H2 O, ∆ H < 0
1) ∆ S < 0 2) не меняется 3)∆ S> 0
4)∆ S = 0
5) ∆ S = 1
2. Если ∆ G < 0 процесс протекает:
1) самопроизвольно
2) в присутствии катализатора
3) при высокой температуре
4) с поглощением теплоты
5) с выделением теплоты
3.Кинетическим уравнением гомогенной реакции:
2Н 2O + 2 Cl 2 = 4 HCl + O2 является
1) υ = k
2) υ = k Р 2(H 2O ) Р2 ( Cl 2 )
3) υ = k C (O2 )
4) υ = С ( H 2O ) С ( O2 ) 5) υ = k Р 2(H 2O )
4. Данное химическое равновесие:
H PО4 2- + Н2О ↔
Н 2 PО 4- + ОН - относится к реакции
1) ОВР
2) гидролиза по аниону 3) комплексообразования 4) декарбоксилирования
5) гидролиза по катиону
5. Концентрацию ионов водорода в растворе кислоты CH3COOH определяют по формуле:
1) С α 2 2) Сα 2 / 1- α
3) С / α
4) С α 5) К / 1 - α
6. Количество растворенного вещества (в моль ) в 250 мл 30%-ного раствора NaОН
плотностью 1,4 г/мл равно:
1) 2,625 2) 2,065
3) 2,090 4) 2,455 5) 2,025
7. Укажите характер водной среды и рН раствора NaCN:
1) щелочная
2) кислая
3) щелочная
4) нейтральная 5) нейтральная
рН > 7
рН < 7
рН < 7
рН = 7
рН > 7
8.Формула расчета осмотического давления в водном растворе метанола:
1) ω R T
2) C R T
3) C R t
4) CT / R 5) RT / С
9. Укажите состав аммиачного буферного раствора:
1)СО3 2- / HCO3 2) NH4 +/ NH3
3) Na2CO3 / NaHCO3
4) NH3 / NH4 + 5) НСОО - / НСООН
10. Какое гетероциклическое соединение составляет основу аденина и гуанина:
А. Пурин
Б. Пиридин
В. Пиримидин
Г. Пиразол
Д. Имидазол
11.
Из каких фрагментов состоит любой мононуклеозид:
А. Моносахарид и фосфорная кислота Б. Фосфорная кислота и нуклеиновое основание
В. Нуклеиновое основание и спирт
Г. Нуклеиновое основание и моносахарид
Д. Моносахарид и карбоновая кислота
12.
Какое нуклеиновое основание не входит в состав ДНК:
А. Гуанин
Б. Аденин
В. Тимин
Г. Цитозин
Д. Урацил
Примеры заданий зачетного тестирования
1. В растворе Al(NO3)3
1) [H+]>[OH-]
2) [H+]=[OH-]
+
3) [OH ]>[H ]
4) [Al3+]>[NO3-]
2. В растворе хлорида натрия среда
1) кислая
2) нейтральная
3) щелочная
4) водная
3. Для усиления гидролиза по катиону надо
1) охладить раствор
2) добавить щелочь
3) добавить кислоту
4) концентрировать раствор
4. Децимолярный раствор содержит
1) 0,01 моль вещества в 1 л раствора
2) 0,1 моль вещества в 1 л раствора
3) 0,01 моль вещества в 1 л растворителя
4) 0,1 моль вещества в 1 л растворителя
5. 5%-ный раствор массой 100 г содержит
1) 5 г вещества и 100 г воды
2) 5 г вещества и 95 г растворителя
3) 50 г вещества и 50 г воды
4) 50 г вещества и 50 г раствора
6. Растворение аммиака в воде
1) увеличивает концентрацию ионов Н+
2) не меняет соотношение концентраций ионов воды
3) сопровождается помутнением раствора
4) увеличивает концентрацию ионов ОН7. Какое из перечисленных соединений не может входить в состав жиров:
А. Линолевая кислота Б. Бутанон-2 В. Олеиновая кислота Г. Глицерин
Д. Пальмитиновая кислота
8.
Какое из перечисленных соединений входит в состав жиров:
А. Глицерин
Б. Толуол
В. Этанол
Г. Бутаналь
Д. Бензол
9.
Какое из указанных соединений входит в состав фосфолипида кефалина:
А. Толуол Б. Пропаналь В. Коламин (2-аминоэтанол-1) Г. Бензол Д. Аммиак
10.
Укажите соединение, обладающее ароматическими свойствами:
А. Циклогексан
Б. Метилциклопентан
В. Пиррол Г. Циклогексен
Д.
Бутадиен
11.
Какое из соединений обладает свойствами оснований:
А. Глицерин
Б. Этиленгликоль
В. Пиридин
Г. Фуран
Д. Фенол
12.
Для какого соединения характерна лактам-лактимная таутомерия:
А. Пиридин
Б. Пиримидин
В. Циклогексанол
Г. Фуран
Д. Пиррол
13.
Какое соединение обладает кислыми свойствами:
А. Пиридин
Б. Пиррол
В. Циклогексанол
Г. Фуран
Д. Тимин
7. УЧЕБНО - МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ.
7.1.Основная литература
I. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учебник для медицинских вузов/ Ю.А.Ершов, В.А.Попков, А.С.Берлянд и др; Под ред. Ю.А.Ершова. М.:
ВШ, 1993. 560 с.
2. Ленский А.С., Введение в бионеорганическую и биофизическую химию. М. Высшая
школа, 1989.
3.Глинка Н. Л .Задачи и упражнения по общей и неорганической химии - Л.: Химия, 1980
4. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия. М.: Дрофа, 2004. - 542 с.
7.2 Дополнительная литература
1. Оленин С.С., Фадеев Г.И. Неорганическая химия М., 1979
2. Бабков А.В. и др. Практикум по общей химии с элементами количественного анализа.
М.1973
3. Руководство к лабораторным работам по общей и неорганической химии. Под ред.
Кульбе Ф.Я., II Химии, 1976
4. Мушкамбаров Н.Н. Физическая и коллоидная химия: Учебник для студентов
медицинских вузов. М.: Геотар-Мед, 2ОО1.-З84с.
5. Захарченко В.Н. Коллоидная химия. М.: ВШ, 1989.-238с.
6. Племенков В.В. Введение в химию природных соединений. Казань, 2001. 376 с.
7. «Руководство к лабораторным занятиям по биоорганической химии». Под ред. Тюкавкиной Н.А., М.: Дрофа, 2006. - 318 с.
7.3. Учебно-методическая литература
Методические пособия, разработанные на кафедре общей и органической химии:
1. Руководство к лабораторно-практическим занятиям по общей химии. Ч.1* Под ред.
Никитиной Л.Е., Казань 2005
2. Руководство к лабораторно-практическим занятиям по общей химии. Ч.2* Под ред.
Никитиной Л.Е., Казань 2006
3. Общие закономерности протекания химических реакций. Микрюкова Е.Ю., Федюнина
И.В., под ред. Никитиной Л.Е. Электронное учебно-методическое пособие. Казань:
КГМУ. 2010.
4. Тимербаев В.Н. Основы биофизической химии. Избранные лекции: Учебное пособие
для
медицинских ВУЗов - Казань: Издат. КГМУ.-2005.-114 с.
5. Киселев С.В. Тимербаев В.Н. Руководство к лабораторным занятиям по
биофизической
химии:
Учебное
пособие
для
студентов
медицинских
университетов. Казань: KГMУ. 2001.-51с.
6. Малый практикум по органической химии. Артемова Н.П., Федюнина И.В., под ред.
Никитиной Л.Е. - Казань: КГМУ, 2010 – 46 с.
7. Введение в биоорганическую химию. Л.Е.Никитина и др. - Казань: КГМУ, 2007. – 86 с.
Сайт в Интернете - http:/www. Kazmedchem.ru
7.4. Перечень наглядных пособий, используемых в процессе обучения
1.Имеется набор плакатов:
1) Усиление восстановительной способности атомов
2) Стандартные электродные потенциалы некоторых ОВ систем
3) Стандартные ОВ потенциалы некоторых биологических систем
4) Осмос
5) Баланс электролитов в организме
6) Водно- электролитный обмен
7) Кислоты и основания
8) Расчет рН растворов
9) Кислотно- основное равновесие в крови
10) Токсиканты гидросферы
11) Токсиканты атмосферы
12) Химия атмосферных смогов
13) Химия дыхания
14) Номенклатура органических соединений
15) Электронные эффекты заместителей
16) Оптическая и геометрическая изомерии
17) Нуклеиновые основания
2.Таблицы, схемы.
3.На лекциях демонстрируются слайды.
8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Аудитории, оснащённые химическими лабораторными столами; компьютер и мультимедийные установки; наборы химической посуды; реактивы; аналитические весы; водяная
баня; таблицы.
Термометры лабораторные, мерная посуда, штативы с держателями, штативы для
пробирок, генераторы электрических импульсов Г15, проволочные реохорды, кондуктометрические ячейки, низкоомные телефоны, магазины сопротивлений выключатели, переключатели, выпрямители переменного тока, нормальные элементы Вестона, гальванометры, электроды стеклянные и хлорсеребряные, рН-метры рН-340, криоскопы с термометрами Бекмана, изотермические калориметры, сталагмометры, вискозиметры Оствальда,
рефрактометры, микроскопы, торсионные весы, электроплитки, увеличительные лупы.
Секундомеры, микрокалькуляторы "Электроника" БЗ-36, таблицы
логарифмов,справочники физико-химических величин.