Какво е биоорганична химия. Предмет на биоорганична химия

ЛЕКЦИЯ 1

Биоорганична химия (БХХ), нейното значение в медицината

HOH е наука, която изучава биологичната функция на органичните вещества в тялото.

HOB възниква през втората половина на ХХ век. Обект на изследване са биополимери, биорегулатори и отделни метаболити.

Биополимерите са високомолекулни природни съединения, които са в основата на всички организми. Това са пептиди, протеини, полизахариди, нуклеинови киселини (НК), липиди и др.

Биорегулаторите са съединения, които химически регулират метаболизма. Това са витамини, хормони, антибиотици, алкалоиди, лекарства и др.

Познаването на структурата и свойствата на биополимерите и биорегулаторите позволява да се разбере същността на биологичните процеси. По този начин установяването на структурата на протеините и NA направи възможно развитието на идеи за биосинтезата на матричния протеин и ролята на NA в запазването и предаването на генетична информация.

HOC играе важна роля в установяването на механизма на действие на ензими, лекарства, процеси на зрение, дишане, памет, нервна проводимост, мускулна контракция и др.

Основният проблем на HOC е да се изясни връзката между структурата и механизма на действие на съединенията.

HBO се основава на материали по органична химия.

ОРГАНИЧНА ХИМИЯ

Това е науката, която изучава съединенията на въглерода. В момента има ~ 16 милиона органични вещества.

Причини за многообразието на органичните вещества.

1. Връзки на С атоми един с друг и други елементи от периодичната система на Д. Менделеев. В този случай се формират вериги и цикли:

Права верига Разклонена верига

Тетраедрична равнинна конфигурация

конфигурацията на С атома на С атома

2. Хомологията е наличието на вещества с подобни свойства, при което всеки член на хомоложната серия се различава от предишния с група
-СН 2 -. Например, хомоложната серия от наситени въглеводороди:

3. Изомерията е наличието на вещества, които имат еднакъв качествен и количествен състав, но различен строеж.

А.М. Бутлеров (1861) създава теория за структурата на органичните съединения, която и до днес служи като научна основа на органичната химия.

Основните положения на теорията за структурата на органичните съединения:

1) атомите в молекулите са свързани помежду си чрез химични връзки в съответствие с тяхната валентност;

2) атомите в молекулите на органичните съединения са свързани помежду си в определена последователност, която определя химическата структура на молекулата;

3) свойствата на органичните съединения зависят не само от броя и природата на съставните им атоми, но и от химичната структура на молекулите;

4) в молекулите има взаимно влияние на атомите, както свързани, така и несвързани пряко помежду си;

5) химическата структура на веществото може да се определи в резултат на изучаване на неговите химични трансформации и, обратно, неговите свойства могат да се характеризират със структурата на веществото.

Нека разгледаме някои разпоредби на теорията за структурата на органичните съединения.

Структурна изомерия

Тя споделя:

1) Верижна изомерия

2) Изомерия на позицията на множество връзки и функционални групи

3) Изомерия на функционални групи (междукласова изомерия)

Формули на Нюман

Циклохексан

Формата на "фотьойла" е енергийно по-изгодна от "ваната".

Конфигурационни изомери

Това са стереоизомери, чиито молекули имат различно разположение на атомите в пространството, независимо от конформациите.

Според вида на симетрията всички стереоизомери се делят на енантиомери и диастереомери.

Енантиомерите (оптични изомери, огледални изомери, антиподи) са стереоизомери, чиито молекули се отнасят една към друга като обект и несъвместим огледален образ. Това явление се нарича енантиомеризъм. Всички химични и физични свойства на енантиомерите са еднакви, с изключение на две: въртенето на равнината на поляризирана светлина (в поляриметъра) и биологичната активност. Енантиомерни условия: 1) С атомът е в състояние на sp3 хибридизация; 2) липсата на каквато и да е симетрия; 3) наличието на асиметричен (хирален) атом С, т.е. атом, който има четири различни заместители.

Много хидрокси и аминокиселини имат способността да въртят равнината на поляризация на светлинния лъч наляво или надясно. Това явление се нарича оптична активност, а самите молекули са оптично активни. Отклонението на светлинния лъч надясно се отбелязва със знак "+", наляво - "-" и посочва ъгъла на въртене в градуси.

Абсолютната конфигурация на молекулите се определя чрез сложни физикохимични методи.

Относителната конфигурация на оптично активните съединения се определя чрез сравнение с глицералдехиден стандарт. Оптически активни вещества, имащи конфигурация на дясновъртящ или лявовъртящ глицералдехид (М. Розанов, 1906), се наричат ​​предмети от D- и L-серията. Еднаква смес от десни и леви изомери на едно съединение се нарича рацемат и е оптически неактивен.

Проучванията показват, че знакът на въртене на светлината не може да бъде свързан с принадлежността на нещо към D- и L-серията, той се определя само експериментално в устройства - поляриметри. Например L-млечната киселина има ъгъл на въртене +3,8 o, D-млечната киселина - -3,8 o.

Енантиомерите са изобразени с помощта на формулите на Fisher.

L-ред D-ред

Сред енантиомерите може да има симетрични молекули, които нямат оптична активност и се наричат ​​мезоизомери.

Например: Винена листа

D - (+) - ред L - (-) - ред

Mezovinnaya да - това

Рацемат - гроздова киселина

Оптичните изомери, които не са огледални изомери, които се различават по конфигурацията на няколко, но не всички, асиметрични С атоми, които имат различни физични и химични свойства, се наричат ​​s- ди-А-стереоизомери.

р-Диастереомерите (геометрични изомери) са стереомери, които имат р-връзка в молекулата. Те се намират в алкени, ненаситени висши карбоксилни к-т, ненаситени дикарбоксилни к-т

Биологичната активност на органичните неща е свързана с тяхната структура.

Например:

Цис-бутендиова киселина, транс-бутендиова киселина,

малеинова киселина - фумарова киселина - нетоксичен,

много токсични, съдържащи се в тялото

Всички природни ненаситени висши карбоксилни киселини са цис-изомери.

ЛЕКЦИЯ 2

Свързани системи

В най-простия случай спрегнатите системи са системи с редуващи се двойни и единични връзки. Те могат да бъдат отворени и затворени. В диеновите въглеводороди (HC) съществува отворена система.

Примери:

CH 2 \u003d CH - CH \u003d CH 2

Бутадиен-1, 3

Хлоротен

CH 2 \u003d CH - Cl

Тук p-електроните се конюгират с p-електрони. Този тип конюгация се нарича p, p-конюгация.

В ароматните въглеводороди съществува затворена система.

C 6 H 6

Бензол

Ароматност

Това е концепция, която включва различни свойства на ароматните съединения. Условия за ароматност: 1) плосък затворен цикъл, 2) всички C атоми са в sp 2 - хибридизация, 3) образува се единична спрегната система от всички атоми на цикъла, 4) правилото на Хюкел е изпълнено: „4n + 2 p-електрона участват в конюгиране, където n = 1, 2, 3...”

Най-простият представител на ароматните въглеводороди е бензенът. Удовлетворява и четирите условия за ароматност.

Правилото на Хюкел: 4n+2 = 6, n = 1.

Взаимно влияние на атомите в една молекула

През 1861 г. руският учен А.М. Бутлеров заяви позицията: "Атомите в молекулите взаимно си влияят." В момента това влияние се предава по два начина: индуктивен и мезомерен ефект.

Индуктивен ефект

Това е прехвърлянето на електронно влияние през веригата на s-връзката. Известно е, че връзката между атомите с различна електроотрицателност (ЕО) е поляризирана, т.е. изместен към повече EO атом. Това води до появата на ефективни (реални) заряди (d) върху атомите. Такова електронно изместване се нарича индуктивно и се обозначава с буквата I и стрелката ®.

, X \u003d Hal -, А -, HS -, NH 2 - и други.

Индуктивният ефект може да бъде положителен или отрицателен. Ако заместителят X привлича електроните на химическата връзка по-силно от атома Н, тогава той проявява - I. I (H) \u003d O. В нашия пример X проявява - I.

Ако X заместителят привлича електрони на връзката, по-слаби от Н атома, тогава той проявява +I. Всички алкили (R = CH 3 -, C 2 H 5 - и т.н.), Me n + показват +I.

мезомерен ефект

Мезомерният ефект (ефект на конюгация) е влиянието на заместител, предаван през конюгирана система от р-връзки. Обозначава се с буквата М и извита стрелка. Мезомерният ефект може да бъде "+" или "-".

По-горе беше казано, че има два вида спрежение p, p и p, p.

Заместител, който привлича електрони от конюгирана система, показва -M и се нарича акцептор на електрони (EA). Това са заместители с двойно

нова връзка и др.

Заместител, който отдава електрони на конюгирана система, показва + М и се нарича донор на електрони (ED). Това са заместители с единични връзки, които имат неподелена електронна двойка (и т.н.).

маса 1 Електронни ефекти на заместителите

Депутати	Ориентанти в C 6 H 5 -R	аз	М
Alk (R-): CH 3 -, C 2 H 5 -...	Ориентанти от първи вид: насочват ED заместителите към орто- и пара-позиции	+
– Н 2 , –NНR, –NR 2	–	+
– N, – N, – R	–	+
– H L	–	+
ЛЕКЦИЯ 3 Киселинност и основност За характеризиране на киселинността и основността на органичните съединения се използва теорията на Брьонстед. Основните положения на тази теория: 1) Киселината е частица, която отдава протон (донор H +); базата е частица, която приема протон (акцептор H +). 2) Киселинността винаги се характеризира в присъствието на основи и обратно. A - H +: B Û A - + B - H + основен комплект CH 3 COOH + HOH Û CH 3 COO - + H 3 O + K-ta Основен конюгат Конюгат основен комплект HNO 3 + CH 3 COOH Û CH 3 COOH 2 + + NO 3 - K-ta Основен конюгат Конюгат до-това основно Киселини на Бронстед 3) Киселините на Бренстед се разделят на 4 вида в зависимост от киселинния център: SN към вас (тиоли), OH към вас (алкохоли, феноли, карбоксилни към вас), NH към вас (амини, амиди), CH към вас (HC). В този ред, отгоре надолу, киселинността намалява. 4) Силата на то-ти се определя от стабилността на получения анион. Колкото по-стабилен е анионът, толкова по-силна е киселината. Стабилността на аниона зависи от делокализацията (разпределението) на "-" заряда в цялата частица (анион). Колкото по-декализиран е "-" зарядът, толкова по-стабилен е анионът и толкова по-силна е киселината. Делокализацията на заряда зависи от: а) върху електроотрицателността (ЕО) на хетероатома. Колкото повече EO на един хетероатом, толкова по-силна е съответната киселина. Например: R - OH и R - NH 2 Алкохолите са ти по-силни от амините, т.к. EO(O) > EO(N). б) върху поляризуемостта на хетероатома. Колкото по-голяма е поляризуемостта на един хетероатом, толкова по-силна е съответната то-та. Например: R - SN и R - OH Тиолите са по-силни на-ти от алкохолите, т.к. S атомът е по-поляризиран от O атома. в) от естеството на R заместителя (неговата дължина, наличието на конюгирана система, делокализация на електронната плътност). Например: CH 3 - OH, CH 3 - CH 2 - OH, CH 3 - CH 2 - CH 2 - OH Киселинност<, т.к. увеличивается длина радикала При еднакъв киселинен център силата на алкохолите, фенолите и карбоксилните киселини не е еднаква. Например, CH 3 - OH, C 6 H 5 - OH, Силата ви нараства Фенолите са по-силни киселини от алкохолите поради p, p-конюгацията (+ M) на –OH групата. Връзката О–Н е по-поляризирана във фенолите. Фенолите могат дори да взаимодействат със соли (FeС1 3) - качествена реакция към феноли. въглерод до-ти, в сравнение с алкохоли, съдържащи същия R, са по-силни до-тами, т.к. O–H връзката е значително поляризирана поради –M ефекта на > C = O групата: В допълнение, карбоксилатният анион е по-стабилен от алкохолния анион поради p,p конюгация в карбоксилната група. г) от въвеждането на заместители в радикала. EA заместителите повишават киселинността, ED заместителите намаляват киселинността. Например: р-нитрофенолът е по-силен от р-аминофенола, тъй като. -NO2 групата е ЕА. CH3-COOH CCl3-COOH pK 4,7 pK 0,65 Трихлороцетната киселина е многократно по-силна от CH 3 COOH поради - I Cl атоми като ЕА. Мравчената киселина H-COOH е по-силна от CH 3 COOH поради + I групата на CH 3 - оцетната киселина. д) естеството на разтворителя. Ако разтворителят е добър H + протонен акцептор, тогава силата к-ти се увеличава и обратно. Основаване на Bronsted 5) Разделят се на: а) p-бази (съединения с множествени връзки); б) n-бази (амоний, съдържащ атом, оксоний, съдържащ атом, сулфоний, съдържащ атом) Силата на основата се определя от стабилността на получения катион. Колкото по-стабилен е катионът, толкова по-силна е основата. С други думи, силата на основата е толкова по-голяма, колкото по-слаба е връзката с хетероатома (O, S, N), който има свободна електронна двойка, атакувана от H +. Стабилността на катиона зависи от същите фактори като стабилността на аниона, но с обратен ефект. Всички фактори, които повишават киселинността, намаляват основността. Най-силните основи са амините, т.к азотният атом има по-нисък EO в сравнение с O. В същото време вторичните амини са по-силни основи от първичните, третичните амини са по-слаби от вторичните поради пространствения фактор, което затруднява достъпа на протон до N. Ароматните амини са по-слаби основи от алифатните, което се обяснява с +M на –NH2 групата. Електронната двойка азот, участваща в конюгацията, става неактивна. Стабилността на конюгираната система възпрепятства добавянето на Н+. В карбамид NH 2 -CO - NH 2 има група EA> C \u003d O, което значително намалява основните свойства и карбамидът образува соли само с един еквивалент на вас. Така, колкото по-силна е то-та, толкова по-слаба е основата, образувана от нея и обратно. алкохоли Това са въглеводородни производни, в които един или повече Н атоми са заменени с –ОН група. Класификация: I. По броя на ОН групите се разграничават едновалентни, двувалентни и многовалентни алкохоли: СН3-СН2-ОН Етанол Етилен гликол Глицерин II. По естеството на R има: 1) ограничаващи, 2) неограничени, 3) цикличен, 4) ароматен. 2) CH 2 \u003d CH-CH 2 -OH алилов алкохол 3) Ненаситените циклични алкохоли включват: ретинол (витамин А) и холестерол Инозитол витаминоподобни

III. Според позицията на –OH разграничават първични, вторични и третични алкохоли.

IV. Според броя на С атомите се разграничават нискомолекулни и високомолекулни.

CH 3 - (CH 2) 14 -CH 2 -OH (C 16 H 33 OH) CH 3 - (CH 2) 29 -CH 2 OH (C 31 H 63 OH)

Цетилов алкохол Мирицилов алкохол

Цетил палмитат е в основата на спермацет, мирицил палмитат се намира в пчелния восък.

Номенклатура:

Тривиално, рационално, MN (корен + окончание "ol" + арабска цифра).

Изомерия:

вериги, позиции гр. -ON, оптичен.

Структурата на молекулата на алкохола

CH-киселинен Nu център

Електрофилна централна киселина

core center център

Р-ция на окисление

1) Алкохолите са слаби киселини.

2) Алкохолите са слаби основи. Прикрепете H + само от силни киселини, но те са по-силни Nu.

3) -I ефект гр. –OH увеличава мобилността на Н при съседния въглероден атом. Въглеродът придобива d+ (електрофилен център, S E) и се превръща в център на нуклеофилна атака (Nu). Връзката C–O се разрушава по-лесно от H–O, следователно, характеристика на алкохолите е p-цията S N. Те са склонни да отидат в кисела среда, т.к. протонирането на кислородния атом увеличава d+ на въглеродния атом и улеснява разкъсването на връзката. Този тип включва районно образуване на етери, халогенни производни.

4) Изместването на електронната плътност от Н в радикала води до появата на СН-киселинен център. В този случай има области на окисление и елиминиране (E).

Физични свойства

Нисшите алкохоли (C 1 -C 12) са течности, висшите алкохоли са твърди вещества. Много свойства на алкохолите се обясняват с образуването на Н-връзка:

Химични свойства

I. Киселинно-основен

Алкохолите са слаби амфотерни съединения.

2R–OH + 2Na ® 2R–ONa + H 2

Алкохол

Алкохолатите лесно се хидролизират, което показва, че алкохолите са по-слаби киселини от водата:

R– OHa + HOH ® R–OH + NaOH

Основният център в алкохолите е хетероатомът О:

CH 3 -CH 2 -OH + H + ® CH 3 -CH 2 - -H ® CH 3 -CH 2 + + H 2 O

Ако p-tion върви с водородни халиди, тогава халогенидният йон ще се присъедини към: CH 3 -CH 2 + + Cl - ® CH 3 -CH 2 Cl

HC1 RON R-COOH NH 3 C 6 H 5 ONa

C1 - R-O - R-COO - NH 2 - C 6 H 5 O -

Анионите в такива p-ции действат като нуклеофили (Nu) поради заряда „-“ или несподелена електронна двойка. Анионите са по-силни основи и нуклеофилни реагенти от самите алкохоли. Следователно на практика за получаване на прости и сложни естери се използват алкохолати, а не самите алкохоли. Ако нуклеофилът е друга алкохолна молекула, тогава той се свързва с карбокатиона:

Етер

CH 3 -CH 2 + + ® CH 3 -CH 2 + - - H CH 3 -CH 2 -O-R

Това е р-цията на алкилирането (въвеждането на алкил R в молекулата).

Заменете -OH gr. халоген е възможен под действието на PCl3, PCl5 и SOCl2.

Според този механизъм третичните алкохоли реагират по-лесно.

P-tion S E по отношение на алкохолната молекула е p-tion на образуването на естери с органични и минерални киселини:

R - O H + H O - R - O - + H 2 O

Естер

Това е областта на ацилирането - въвеждането на ацил в молекулата.

CH 3 -CH 2 -OH + H + CH 3 -CH 2 - -H CH 3 -CH 2 +

При излишък от H 2 SO 4 и по-висока температура, отколкото в случай на образуване на етери, катализаторът се регенерира и се образува алкен:

CH 3 -CH 2 + + HSO 4 -® CH 2 \u003d CH 2 + H 2 SO 4

По-лесно е p-tion E за третични алкохоли, по-трудно за вторични и първични, т.к. в последните случаи се образуват по-малко стабилни катиони. В тези р-ции се изпълнява правилото на А. Зайцев: „По време на дехидратацията на алкохолите Н атомът се отделя от съседния С атом с по-ниско съдържание на Н атоми.“

CH 3 -CH \u003d CH -CH 3

Бутанол-2

В тялото на -OH се превръща в лесен чрез образуване на естери с H 3 RO 4:

CH 3 -CH 2 -OH + HO-RO 3 H 2 CH 3 -CH 2 -ORO 3 H 2

IV. Р-ция на окисление

1) Първичните и вторичните алкохоли се окисляват от CuO, разтвори на KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7 при нагряване до образуване на съответните карбонил-съдържащи съединения:

3)

Нитроглицеринът е безцветна маслена течност. Под формата на разредени алкохолни разтвори (1%) се използва при ангина пекторис, т.к. има съдоразширяващ ефект. Нитроглицеринът е силен експлозив, който може да експлодира при удар или при нагряване. В този случай в малък обем, зает от течно вещество, моментално се образува много голям обем газове, което предизвиква силна взривна вълна. Нитроглицеринът е част от динамита, барута.

Представители на пентитите и хекситите - ксилитол и сорбитол - съответно пента- и шестатомни алкохоли с отворена верига. Натрупването на –OH групи води до появата на сладък вкус. Ксилитолът и сорбитолът са заместители на захарта за диабетици.

Глицерофосфатите - структурни фрагменти от фосфолипиди, се използват като общоукрепващо средство.

бензилов алкохол

Позиционни изомери

, антибиотици, феромони, сигнални вещества, биологично активни вещества от растителен произход, както и синтетични регулатори на биологични процеси (лекарства, пестициди и др.). Като самостоятелна наука тя се формира през втората половина на 20 век в пресечната точка на биохимията и органичната химия и е свързана с практическите проблеми на медицината, селското стопанство, химическата, хранително-вкусовата и микробиологичната промишленост.

Методи

Основният арсенал са методите на органичната химия; разнообразие от физични, физикохимични, математически и биологични методи са включени в решаването на структурни и функционални проблеми.

Обекти на изследване

• Биополимери от смесен тип
• естествени сигнални вещества
• Биологично активни вещества от растителен произход
• Синтетични регулатори (лекарства, пестициди и др.).

Източници

• Овчинников Ю. А.. - М .: Образование, 1987. - 815 с.
• Бендер М., Бержерон Р., Комияма М.
• Дугас Г., Пени К.Биоорганична химия. - М.: Мир, 1983.
• Тюкавкина Н. А., Бауков Ю. И.

Вижте също

Напишете рецензия за статията "Биоорганична химия"

Откъс, характеризиращ биоорганичната химия

- Ma chere, il y a un temps pour tout, [Скъпи, има време за всичко,] - каза графинята, преструвайки се на строга. „Глезиш я през цялото време, Ели“, добави тя към съпруга си.
- Bonjour, ma chere, je vous felicite, [Здравей, скъпа моя, поздравявам те,] - каза гостът. - Quelle delicuse enfant! [Какво прекрасно дете!] добави тя, обръщайки се към майка си.
Тъмнооко, с голяма уста, грозно, но жизнено момиче, с детски отворени рамене, които, свивайки се, се движеха в корсажа си от бързо бягане, с черните си къдрици, отметнати назад, тънки голи ръце и малки крака в дантелени панталони и отворени обувки, беше в онази сладка възраст, когато момичето вече не е дете, а детето още не е момиче. Като се обърна към баща си, тя се затича към майка си и без да обръща внимание на строгата й забележка, скри зачервеното си лице в дантелата на мантилата на майка си и се засмя. Тя се смееше на нещо, говорейки рязко за куклата, която беше извадила изпод полата си.
„Виждаш ли?… Кукла… Мими… Виждаш ли.
И Наташа вече не можеше да говори (всичко й се струваше смешно). Тя се нахвърли върху майка си и избухна в такъв силен и звънък смях, че всички, дори и примитивният гост, се разсмяха против волята си.
- Е, върви, върви с твоя изрод! - каза майката, отблъсквайки подигравателно ядосано дъщеря си. „Това е моят по-малък“, обърна се тя към госта.
Наташа, откъснала за момент лицето си от дантеления шал на майка си, я погледна отдолу през сълзи от смях и отново скри лицето си.
Гостът, принуден да се възхищава на семейната сцена, сметна за необходимо да вземе участие в нея.
„Кажи ми, скъпа моя“, каза тя, обръщайки се към Наташа, „откъде имаш тази Мими? Дъщеря, нали?
Наташа не хареса тона на снизхождение към детския разговор, с който гостът се обърна към нея. Тя не отговори и погледна сериозно госта.
Междувременно цялото това младо поколение: Борис - офицер, син на княгиня Анна Михайловна, Николай - студент, най-големият син на графа, Соня - петнадесетгодишната племенница на графа и малката Петруша - най-малката син, всички се настаниха в хола и, очевидно, се опитаха да запазят границите на приличието, анимацията и веселието, които все още дишаха във всяка черта. Явно беше, че там, в задните стаи, откъдето всички бяха дотичали така бързо, те водеха по-весели разговори, отколкото тук, за градските клюки, времето и графиня Апраксин. [за графиня Апраксина.] От време на време те се споглеждаха и едва се сдържаха да не се засмеят.

Гродно" href="/text/category/grodno/" rel="bookmark">Гродненски държавен медицински университет", кандидат на химическите науки, доцент;

Доцент в катедрата по обща и биоорганична химия на образователната институция "Гродненски държавен медицински университет", кандидат на биологичните науки, доцент

Рецензенти:

Катедра по обща и биоорганична химия на образователната институция "Гомелски държавен медицински университет";

– глава Катедра по биоорганична химия, Учебно заведение "Беларуски държавен медицински университет", кандидат на медицинските науки, доцент.

Катедра по обща и биоорганична химия Образователна институция "Гродненски държавен медицински университет"

(протокол от 01.01.01г.)

Централен научен и методически съвет на образователната институция "Гродненски държавен медицински университет"

(протокол от 01.01.01г.)

Раздел по специалността 1 Медицински и психологически бизнес на учебно-методическата асоциация на университетите на Република Беларус за медицинско образование

(протокол от 01.01.01г.)

Отговорник за изданието:

Първи заместник-ректор на образователната институция "Гродненски държавен медицински университет", професор, доктор на медицинските науки

Обяснителна бележка

Уместността на изучаването на учебната дисциплина

"Биоорганична химия"

Биоорганичната химия е основна природонаучна дисциплина. Биоорганичната химия се формира като самостоятелна наука през втората половина на 20 век на пресечната точка на органичната химия и биохимията. Уместността на изучаването на биоорганичната химия се дължи на практическите проблеми, пред които са изправени медицината и селското стопанство (получаване на витамини, хормони, антибиотици, стимуланти на растежа на растенията, регулатори на поведението на животни и насекоми и други лекарства), чието решение е невъзможно без използването на на теоретичния и практически потенциал на биоорганичната химия.

Биоорганичната химия непрекъснато се обогатява с нови методи за изолиране и пречистване на природни съединения, методи за синтез на природни съединения и техни аналози, знания за връзката между структурата и биологичната активност на съединенията и др.

Най-новите подходи в медицинското обучение, свързани с преодоляване на репродуктивния стил в обучението, осигуряване на познавателната и изследователската активност на студентите, откриват нови перспективи за реализация на потенциала както на личността, така и на екипа.

Целта и задачите на дисциплината

Мишена:формиране на ниво на химическа компетентност в системата на медицинското образование, което осигурява последващо изучаване на биомедицински и клинични дисциплини.

Задачи:

Усвояване от студентите на теоретичните основи на химичните превръщания на органичните молекули във връзка с тяхната структура и биологична активност;

Формиране: знания за молекулярните основи на жизнените процеси;

Развитие на умения за ориентиране в класификацията, структурата и свойствата на органични съединения, действащи като лекарства;

Формиране на логиката на химическото мислене;

Развитие на умения за използване на методите на качествения анализ
органични съединения;

Химическите знания и умения, които са в основата на химическата компетентност, ще допринесат за формирането на професионалната компетентност на завършилия.

Изисквания за усвояване на учебната дисциплина

Изискванията за степента на усвояване на съдържанието на дисциплината "Биоорганична химия" се определят от образователния стандарт на висшето образование на първия етап от цикъла на общопрофесионалните и специалните дисциплини, който е разработен, като се вземат предвид изискванията на компетентността -базиран подход, който посочва минималното съдържание за дисциплината под формата на обобщени химически знания и умения, които съставляват биоорганична компетентност на висшето образование:

а) обобщени знания:

- разбират същността на предмета като наука и връзката му с други дисциплини;

Значение в разбирането на метаболитните процеси;

Концепцията за единството на структурата и реактивността на органичните молекули;

Основни закони на химията, необходими за обяснение на процесите, протичащи в живите организми;

Химични свойства и биологично значение на основните класове органични съединения.

б) обобщени умения:

Предсказва механизма на реакцията въз основа на познания за структурата на органичните молекули и методите за разкъсване на химичните връзки;

Обяснява значението на реакциите за функционирането на живите системи;

Използвайте придобитите знания при изучаването на биохимия, фармакология и други дисциплини.

Структура и съдържание на учебната дисциплина

В тази програма структурата на съдържанието на дисциплината "биоорганична химия" се състои от въведение в дисциплината и два раздела, които обхващат общите въпроси на реактивността на органичните молекули, както и свойствата на хетеро- и полифункционалните съединения, участващи в жизнени процеси. Всеки раздел е разделен на теми, подредени в последователност, която осигурява оптимално изучаване и усвояване на програмния материал. Към всяка тема са представени обобщени знания и умения, които съставляват същността на биоорганичната компетентност на студентите. В съответствие със съдържанието на всяка тема са определени изискванията към компетентностите (под формата на система от обобщени знания и умения), за чието формиране и диагностика могат да се разработят тестове.

Методи на обучение

Основните методи на обучение, които адекватно отговарят на целите на изучаването на тази дисциплина, са:

Разяснение и консултация;

Лабораторен урок;

Елементи на проблемното обучение (образователна и изследователска работа на учениците);

Въведение в биоорганичната химия

Биоорганичната химия като наука, която изучава структурата на органичните вещества и техните трансформации във връзка с биологичните функции. Обекти на изследване на биоорганичната химия. Ролята на биоорганичната химия във формирането на научна основа за възприемане на биологичните и медицински знания на съвременното молекулярно ниво.

Теорията за структурата на органичните съединения и нейното развитие на съвременния етап. Изомерията на органичните съединения като основа за многообразието на органичните съединения. Видове изомерия на органичните съединения.

Физико-химични методи за изолиране и изследване на органични съединения, важни за биомедицинския анализ.

Основни правила на систематичната номенклатура на IUPAC за органични съединения: заместваща и радикално-функционална номенклатура.

Пространствената структура на органичните молекули, нейната връзка с типа хибридизация на въглеродния атом (sp3-, sp2- и sp-хибридизация). стереохимични формули. конфигурация и конформация. Конформации на отворени вериги (екранирани, възпрепятствани, скосени). Енергийни характеристики на конформациите. Проекционни формули на Нюман. Пространствена конвергенция на определени участъци от веригата в резултат на конформационно равновесие и като една от причините за преобладаващото образуване на пет- и шестчленни пръстени. Конформации на циклични съединения (циклохексан, тетрахидропиран). Енергийни характеристики на конформациите на стола и ваната. Аксиални и екваториални връзки. Връзка на пространствената структура с биологичната активност.

Изисквания за компетентност:

Познават обектите на изследване и основните задачи на биоорганичната химия,

· Да може да класифицира органичните съединения според структурата на въглеродния скелет и естеството на функционалните групи, да използва правилата на систематичната химическа номенклатура.

· Да познава основните видове изомерия на органичните съединения, да може да определя възможните видове изомери по структурната формула на съединението.

· Да познава различните видове хибридизация на въглеродните атомни орбитали, пространствената ориентация на връзките на атома, техния вид и брой в зависимост от вида на хибридизацията.

· Да познава енергийните характеристики на конформациите на цикличните (конформации на стол, баня) и ацикличните (конформации с инхибиране, изкривяване, затъмнение) молекули, да може да ги представи с помощта на проекционните формули на Нюман.

· Познава видовете напрежения (торсионни, ъглови, ван дер ваалсови), възникващи в различни молекули, тяхното влияние върху стабилността на конформацията и молекулата като цяло.

Раздел 1. Реактивност на органични молекули в резултат на взаимно влияние на атомите, механизми на органични реакции

Тема 1. Конюгирани системи, ароматичност, електронни ефекти на заместителите

Конюгирани системи и ароматност. Конюгация (p, p - и p, p-конюгация). Конюгирани системи с отворена верига: 1,3-диени (бутадиен, изопрен), полиени (каротеноиди, витамин А). Конюгирани системи със затворена верига. Ароматност: критерии за ароматност, правило за ароматност на Хюкел. Ароматност на бензоидни (бензен, нафталин, фенантрен) съединения. Енергия на конюгиране. Структура и причини за термодинамична стабилност на карбо- и хетероциклични ароматни съединения. Ароматност на хетероциклични (пирол, имидазол, пиридин, пиримидин, пурин) съединения. Пиролови и пиридинови азотни атоми, p-излишни и p-дефицитни ароматни системи.

Взаимното влияние на атомите и начините за предаването му в органичните молекули. Електронната делокализация като един от факторите за повишаване на стабилността на молекулите и йоните, широкото й разпространение в биологично важни молекули (порфин, хем, хемоглобин и др.). Поляризация на връзките. Електронни ефекти на заместителите (индуктивни и мезомерни) като причина за неравномерното разпределение на електронната плътност и появата на реакционни центрове в молекулата. Индуктивни и мезомерни ефекти (положителни и отрицателни), тяхното графично обозначение в структурните формули на органичните съединения. Електронодонорни и електроноакцепторни заместители.

Изисквания за компетентност:

· Познава видовете спрежение и може да определи вида на спрежението по структурната формула на връзката.

· Да познава критериите за ароматност, да може да определя принадлежността към ароматни съединения на карбо- и хетероцикличните молекули по структурната формула.

· Да могат да оценят електронния принос на атомите за създаването на единична спрегната система, да познават електронната структура на пиридиновите и пироловите азотни атоми.

· Познава електронните ефекти на заместителите, техните причини и може да изобразява графично тяхното действие.

· Да може да класифицира заместителите като електрон-донорни или електрон-оттеглящи заместители въз основа на техните индуктивни и мезомерни ефекти.

· Да може да предвиди ефекта на заместителите върху реактивността на молекулите.

Тема 2. Реактивност на въглеводородите. Реакции на радикално заместване, електрофилно присъединяване и заместване

Общи закономерности на реакционната способност на органичните съединения като химична основа за тяхното биологично функциониране. Химическата реакция като процес. Понятия: субстрат, реагент, реакционен център, преходно състояние, продукт на реакцията, енергия на активиране, скорост на реакцията, механизъм.

Класификация на органичните реакции според резултата (присъединяване, заместване, елиминиране, редокс) и според механизма - радикални, йонни (електрофилни, нуклеофилни), последователни. Видове реагенти: радикални, киселинни, основни, електрофилни, нуклеофилни. Хомолитично и хетеролитично разцепване на ковалентни връзки в органични съединения и получени частици: свободни радикали, карбокатиони и карбаниони. Електронната и пространствена структура на тези частици и факторите, които определят относителната им стабилност.

Реактивност на въглеводородите. Реакции на радикално заместване: хомолитични реакции, включващи СН-връзки на sp3-хибридизирания въглероден атом. Механизмът на радикално заместване на примера на реакцията на халогениране на алкани и циклоалкани. Концепцията за верижни процеси. Концепцията за региоселективност.

Начини на образуване на свободни радикали: фотолиза, термолиза, окислително-възстановителни реакции.

Електрофилни присъединителни реакции ( AE) в серията от ненаситени въглеводороди: хетеролитични реакции, включващи p-връзки между sp2-хибридизирани въглеродни атоми. Механизъм на реакциите на хидратация и хидрохалогениране. киселинна катализа. Правилото на Марковников. Влияние на статичните и динамичните фактори върху региоселективността на реакциите на електрофилно присъединяване. Характеристики на реакциите на електрофилно присъединяване към диенови въглеводороди и малки цикли (циклопропан, циклобутан).

Реакции на електрофилно заместване ( SE): хетеролитични реакции, включващи р-електронния облак на ароматната система. Механизмът на реакциите на халогениране, нитриране, алкилиране на ароматни съединения: p - и с- комплекси. Ролята на катализатора (киселина на Луис) при образуването на електрофилна частица.

Влияние на заместителите в ароматното ядро ​​върху реактивоспособността на съединенията при реакции на електрофилно заместване. Ориентиращо влияние на заместителите (ориентанти от I и II род).

Изисквания за компетентност:

· Да познава понятията субстрат, реагент, реакционен център, реакционен продукт, енергия на активиране, скорост на реакцията, механизъм на реакцията.

· Познаване на класификацията на реакциите според различни критерии (по крайния резултат, по метода на разрушаване на връзките, по механизъм) и видовете реагенти (радикални, електрофилни, нуклеофилни).

· Познаване на електронната и пространствена структура на реагентите и факторите, които определят тяхната относителна стабилност, да може да сравнява относителната стабилност на подобни реагенти.

· Да познава начините за образуване на свободни радикали и механизма на реакциите на радикално заместване (SR) на примери за реакции на халогениране на алкани и циклоалакани.

· Да може да определи статистическата вероятност за образуване на възможни продукти в реакциите на радикално заместване и възможността за региоселективен процес.

· Да познава механизма на реакциите на електрофилно присъединяване (AE) в реакциите на халогениране, хидрохалогениране и хидратация на алкени, да може да оценява качествено реактивността на субстратите въз основа на електронните ефекти на заместителите.

· Да познава правилото на Марковников и да може да определя региоселективността на реакциите на хидратация и хидрохалогениране въз основа на влиянието на статични и динамични фактори.

· Да познава характеристиките на реакциите на електрофилно присъединяване към спрегнати диенови въглеводороди и малки цикли (циклопропан, циклобутан).

· Познаване на механизма на реакциите на електрофилно заместване (SE) в реакциите на халогениране, нитриране, алкилиране, ацилиране на ароматни съединения.

· Да може въз основа на електронните ефекти на заместителите да определя влиянието им върху реактивността на ароматното ядро ​​и тяхното ориентиращо действие.

Тема 3. Киселинно-алкални свойства на органичните съединения

Киселинност и основност на органични съединения: теории на Брьонстед и Люис. Стабилността на киселинния анион е качествен показател за киселинните свойства. Общи закономерности в промяната на киселинните или основни свойства във връзка с природата на атомите в киселинния или основен център, електронните ефекти на заместителите в тези центрове. Киселинни свойства на органични съединения с водород-съдържащи функционални групи (алкохоли, феноли, тиоли, карбоксилни киселини, амини, СН-киселинност на молекули и кабрикации). p-бази и н- бази. Основните свойства на неутралните молекули, съдържащи хетероатоми с несподелени двойки електрони (алкохоли, тиоли, сулфиди, амини) и аниони (хидроксидни, алкоксидни йони, аниони на органични киселини). Киселинно-алкални свойства на азотсъдържащи хетероцикли (пирол, имидазол, пиридин). Водородната връзка като специфична проява на киселинно-алкални свойства.

Сравнителни характеристики на киселинните свойства на съединения, съдържащи хидроксилна група (едновалентни и многовалентни алкохоли, феноли, карбоксилни киселини). Сравнителна характеристика на основните свойства на алифатни и ароматни амини. Влияние на електронния характер на заместителя върху киселинно-алкалните свойства на органичните молекули.

Изисквания за компетентност:

· Познава дефинициите на киселини и основи според протолитичната теория на Брьонстед и електронната теория на Люис.

· Познаване на класификацията на Bronsted за киселини и основи, в зависимост от природата на атомите на киселинните или основните центрове.

· Да познава факторите, които влияят върху силата на киселините и стабилността на техните спрегнати основи, да може да извършва сравнителна оценка на силата на киселините въз основа на стабилността на съответните им аниони.

· Да познава факторите, влияещи върху здравината на основите на Брьонстед, да може да извърши сравнителна оценка на здравината на основите, като вземе предвид тези фактори.

· Познават причините за възникване на водородната връзка, могат да интерпретират образуването на водородна връзка като специфична проява на киселинно-алкалните свойства на веществото.

· Да знае причините за кето-енолната тавтомерия в органичните молекули, да може да ги обясни от гледна точка на киселинно-алкалните свойства на съединенията във връзка с тяхната биологична активност.

· Знаят и могат да извършват качествени реакции, които позволяват да се разграничат поливалентните алкохоли, феноли, тиоли.

Тема 4. Реакции на нуклеофилно заместване при тетрагоналния въглероден атом и реакции на конкурентно елиминиране

Реакции на нуклеофилно заместване при sp3-хибридизирания въглероден атом: хетеролитични реакции, дължащи се на поляризацията на връзката въглерод-хетероатом (халогенни производни, алкохоли). Лесно и трудно напускане на групи: връзката между лекотата на напускане на група и нейната структура. Влияние на разтворителя, електронните и пространствените фактори върху реактивоспособността на съединенията в реакциите на моно- и бимолекулно нуклеофилно заместване (SN1 и SN2). Стереохимия на реакциите на нуклеофилно заместване.

Реакции на хидролиза на халогенни производни. Реакции на алкилиране на алкохоли, феноли, тиоли, сулфиди, амоняк, амини. Ролята на киселинната катализа в нуклеофилното заместване на хидроксилната група. Халогенни производни, алкохоли, естери на сярна и фосфорна киселини като алкилиращи агенти. Биологичната роля на реакциите на алкилиране.

Реакции на моно- и бимолекулно елиминиране (Е1 и Е2): (дехидратация, дехидрохалогениране). Повишена СН-киселинност като причина за реакции на елиминиране, придружаващи нуклеофилно заместване при sp3-хибридизирания въглероден атом.

Изисквания за компетентност:

· Познаване на факторите, които определят нуклеофилността на реагентите, структурата на най-важните нуклеофилни частици.

· Познаване на общите модели на реакциите на нуклеофилно заместване при наситен въглероден атом, влиянието на статичните и динамичните фактори върху реактивността на веществото в реакция на нуклеофилно заместване.

· Да познава механизмите на моно- и бимолекулно нуклеофилно заместване, да може да оцени влиянието на пространствените фактори, влиянието на разтворителите, влиянието на статичните и динамичните фактори върху реакцията по един от механизмите.

· Познаване на механизмите на моно- и бимолекулно елиминиране, причините за конкуренцията между реакциите на нуклеофилно заместване и елиминиране.

· Да познава правилото на Зайцев и да може да определя основния продукт в реакциите на дехидратация и дехидрохалогениране на несиметрични алкохоли и халоалкани.

Тема 5. Реакции на нуклеофилно присъединяване и заместване при тригоналния въглероден атом

Реакции на нуклеофилно присъединяване: хетеролитични реакции, включващи р-връзки въглерод-кислород (алдехиди, кетони). Механизмът на реакциите на взаимодействие на карбонилни съединения с нуклеофилни реагенти (вода, алкохоли, тиоли, амини). Влиянието на електронните и пространствените фактори, ролята на киселинната катализа, обратимостта на реакциите на нуклеофилно присъединяване. Полуацетали и ацетали, тяхното получаване и хидролиза. Биологичната роля на реакциите на ацетализация. Реакции на присъединяване на алдол. основна катализа. Структурата на енолатния йон.

Реакции на нуклеофилно заместване в серията карбоксилни киселини. Електронна и пространствена структура на карбоксилната група. Реакции на нуклеофилно заместване при sp2-хибридизирания въглероден атом (карбоксилни киселини и техните функционални производни). Ацилиращи агенти (киселинни халогениди, анхидриди, карбоксилни киселини, естери, амиди), сравнителна характеристика на тяхната реактивност. Реакции на ацилиране - образуване на анхидриди, естери, тиоетери, амиди - и техните реакции на обратна хидролиза. Ацетил коензим А е естествен макроергичен ацилиращ агент. Биологичната роля на реакциите на ацилиране. Концепцията за нуклеофилно заместване при фосфорни атоми, реакции на фосфорилиране.

Реакции на окисление и редукция на органични съединения. Специфика на редокс реакциите на органичните съединения. Концепцията за едноелектронен трансфер, трансфер на хидридни йони и действието на системата NAD + ↔ NADH. Реакции на окисление на алкохоли, феноли, сулфиди, карбонилни съединения, амини, тиоли. Реакции на възстановяване на карбонилни съединения, дисулфиди. Ролята на редокс реакциите в жизнените процеси.

Изисквания за компетентност:

· Познава електронната и пространствената структура на карбонилната група, влиянието на електронните и пространствените фактори върху реактивността на оксо групата в алдехиди и кетони.

· Да познава механизма на реакциите на нуклеофилно присъединяване на вода, алкохоли, амини, тиоли към алдехиди и кетони, ролята на катализатора.

· Познаване на механизма на реакциите на алдолна кондензация, факторите, които определят участието на съединението в тази реакция.

· Познава механизма на редукционните реакции на оксо съединения с метални хидриди.

· Познаване на реакционните центрове, налични в молекулите на карбоксилните киселини. Да може да извърши сравнителна оценка на силата на карбоксилните киселини в зависимост от структурата на радикала.

· Познават електронната и пространствената структура на карбоксилната група, могат да извършват сравнителна оценка на способността на въглеродния атом на оксо групата в карбоксилните киселини и техните функционални производни (киселинни халогениди, анхидриди, естери, амиди, соли) да подложени на нуклеофилна атака.

· Да познава механизма на реакциите на нуклеофилно заместване, като използва примери за ацилиране, естерификация, хидролиза на естери, анхидриди, киселинни халиди, амиди.

Тема 6. Липиди, класификация, структура, свойства

Липидите са осапуняеми и неосапуняеми. неутрални липиди. Естествени мазнини като смес от триацилглицероли. Основните природни висши мастни киселини, които изграждат липидите са: палмитинова, стеаринова, олеинова, линолова, линоленова. Арахидонова киселина. Характеристики на ненаситените мастни киселини, w-номенклатура.

Пероксидно окисление на фрагменти от ненаситени мастни киселини в клетъчните мембрани. Ролята на липидната пероксидация на мембраните в действието на ниски дози радиация върху тялото. Антиоксидантни защитни системи.

Фосфолипиди. Фосфатни киселини. Фосфатидилколамини и фосфатидилсерини (цефалини), фосфатидилхолини (лецитини) са структурни компоненти на клетъчните мембрани. липиден двуслой. Сфинголипиди, керамиди, сфингомиелини. Мозъчни гликолипиди (цереброзиди, ганглиозиди).

Изисквания за компетентност:

Познайте класификацията на липидите, тяхната структура.

· Познава структурата на структурните компоненти на осапуняемите липиди - алкохоли и висши мастни киселини.

· Да познава механизма на реакциите на образуване и хидролиза на прости и сложни липиди.

· Да знае и да може да извършва качествени реакции към ненаситени мастни киселини и масла.

· Да познават класификацията на неосапуняемите липиди, да имат представа за принципите на класификация на терпените и стероидите, тяхната биологична роля.

· Познават биологичната роля на липидите, техните основни функции, имат представа за основните етапи на липидната пероксидация и последствията от този процес за клетката.

Раздел 2. Стереоизомерия на органични молекули. Поли- и хетерофункционални съединения, участващи в жизненоважни процеси

Тема 7. Стереоизомерия на органични молекули

Стереоизомерия в редица съединения с двойна връзка (р-диастереомерия). Цис- и транс-изомерия на ненаситени съединения. E, Z са обозначенията за р-диастереомери. Сравнителна стабилност на р-диастереомери.

хирални молекули. Асиметричен въглероден атом като център на хиралност. Стереоизомерия на молекули с един център на хиралност (енантиомерия). оптична дейност. Проекционни формули на Фишер. Глицералдехид като конфигурационен стандарт, абсолютна и относителна конфигурация. D, L-система на стереохимичната номенклатура. R, S-система на стереохимичната номенклатура. Рацемични смеси и методи за тяхното разделяне.

Стереоизомерия на молекули с два или повече центъра на хиралност. Енантиомери, диастереомери, мезоформи.

Изисквания за компетентност:

· Познаване на причините за стереоизомерията в серията алкени и диенови въглеводороди.

· Да могат да определят възможността за съществуване на р-диастереомери по съкратената структурна формула на ненаситено съединение, да разграничават цис-транс-изомерите, да оценяват тяхната сравнителна стабилност.

· Да познава елементите на симетрия на молекулите, необходимите условия за възникване на хиралност в органична молекула.

· Да знае и да може да изобразява енантиомери с помощта на проекционните формули на Фишер, да изчислява броя на очакваните стереоизомери въз основа на броя на хиралните центрове в молекулата, принципите за определяне на абсолютната и относителната конфигурация, D - , L-система на стереохимичната номенклатура.

· Да познава начините за разделяне на рацемати, основните принципи на R, S-системата на стереохимичната номенклатура.

Тема 8. Физиологично активни поли- и хетерофункционални съединения от алифатни, ароматни и хетероциклични серии

Поли- и хетерофункционалността като една от характерните черти на органичните съединения, участващи в жизнените процеси и които са основателите на най-важните групи лекарства. Особености във взаимното влияние на функционалните групи в зависимост от взаимното им разположение.

Многовалентни алкохоли: етилен гликол, глицерин. Естери на многовалентни алкохоли с неорганични киселини (нитроглицерин, глицеролфосфати). Двувалентни феноли: хидрохинон. Окисление на двуатомни феноли. Хидрохинон-хинонова система. Фенолите като антиоксиданти (уловители на свободните радикали). Токофероли.

Двуосновни карбоксилни киселини: оксалова, малонова, янтарна, глутарова, фумарова. Превръщането на янтарна киселина във фумарова киселина като пример за биологично важна реакция на дехидрогениране. Реакции на декарбоксилиране, тяхната биологична роля.

Аминоалкохоли: аминоетанол (коламин), холин, ацетилхолин. Ролята на ацетилхолина в химическото предаване на нервните импулси в синапсите. Аминофеноли: допамин, норепинефрин, епинефрин. Концепцията за биологичната роля на тези съединения и техните производни. Невротоксични ефекти на 6-хидроксидопамин и амфетамини.

Хидрокси и аминокиселини. Реакции на циклизация: влиянието на различни фактори върху процеса на образуване на цикъл (въвеждане на съответните конформации, размер на получения цикъл, фактор на ентропия). лактони. лактами. Хидролиза на лактони и лактами. Реакция на елиминиране на b-хидрокси и аминокиселини.

Алдегидо- и кето киселини: пирогроздена, ацетооцетна, оксалооцетна, а-кетоглутарова. Киселинни свойства и реактивност. Реакции на декарбоксилиране на b-кето киселини и окислително декарбоксилиране на a-кето киселини. Ацетооцетен естер, кето-енол тавтомеризъм. Представители на "кетонни тела" - b-хидроксимаслена, b-кетомаслена киселини, ацетон, тяхното биологично и диагностично значение.

Хетерофункционални производни от бензеновата серия като лекарства. Салицилова киселина и нейните производни (ацетилсалицилова киселина).

Пара-аминобензоена киселина и нейните производни (анестезин, новокаин). Биологичната роля на р-аминобензоената киселина. Сулфанилова киселина и нейният амид (стрептоцид).

Хетероцикли с няколко хетероатома. Пиразол, имидазол, пиримидин, пурин. Пиразолон-5 е в основата на ненаркотичните аналгетици. Барбитуровата киселина и нейните производни. Хидроксипурини (хипоксантин, ксантин, пикочна киселина), тяхната биологична роля. Хетероцикли с един хетероатом. Пирол, индол, пиридин. Биологично важни пиридинови производни са никотинамид, пиридоксал, производни на изоникотинова киселина. Никотинамидът е структурен компонент на NAD+ коензима, който определя участието му в OVR.

Изисквания за компетентност:

· Да умее да класифицира хетерофункционалните съединения по състав и по взаимно разположение.

· Познава специфичните реакции на амино и хидрокси киселини с a, b, g - подреждане на функционалните групи.

· Да познава реакциите, водещи до образуването на биологично активни съединения: холин, ацетилхолин, адреналин.

· Познаване на ролята на кето-енолната тавтомерия в проявата на биологичната активност на кето киселини (пирогроздена, оксалооцетна, ацетооцетна) и хетероциклични съединения (пиразол, барбитурова киселина, пурин).

· Познаване на методите на редокс трансформации на органични съединения, биологичната роля на редокс реакциите в проявата на биологичната активност на двуатомни феноли, никотинамид, образуването на кетонни тела.

Предмет9 . Въглехидрати, класификация, структура, свойства, биологична роля

Въглехидрати, тяхната класификация по отношение на хидролизата. Класификация на монозахаридите. Алдози, кетози: триози, тетрози, пентози, хексози. Стереоизомерия на монозахаридите. D - и L-серия на стереохимичната номенклатура. Отворени и циклични форми. Формули на Фишер и формули на Хауърт. Фуранози и пиранози, a- и b-аномери. Цикло-оксо-тавтомерия. Конформации на пиранозните форми на монозахаридите. Структурата на най-важните представители на пентозите (рибоза, ксилоза); хексоза (глюкоза, маноза, галактоза, фруктоза); дезоксизахари (2-дезоксирибоза); аминозахари (глюкозамин, манозамин, галактозамин).

Химични свойства на монозахаридите. Реакции на нуклеофилно заместване с участието на аномерен център. O- и N-гликозиди. хидролиза на гликозиди. Фосфати на монозахариди. Окисляване и редукция на монозахаридите. Редуциращи свойства на алдозите. Гликонова, гликарова, гликуронова киселини.

Олигозахариди. Дизахариди: малтоза, целобиоза, лактоза, захароза. Структура, цикло-оксо-тавтомерия. Хидролиза.

полизахариди. Обща характеристика и класификация на полизахаридите. Хомо- и хетерополизахариди. Хомополизахариди: нишесте, гликоген, декстрани, целулоза. Първична структура, хидролиза. Концепцията за вторичната структура (нишесте, целулоза).

Изисквания за компетентност:

Познайте класификацията на монозахаридите (според броя на въглеродните атоми, състава на функционалните групи), структурата на отворените и циклични форми (фураноза, пираноза) на най-важните монозахариди, тяхното съотношение на D - и L - серии на стереохимични номенклатура, да може да определи броя на възможните диастереомери, да отнесе стереоизомерите към диастереомери, епимери, аномери.

· Познаване на механизма на реакциите на циклизация на монозахаридите, причините за мутаротацията на монозахаридните разтвори.

· Познаване на химичните свойства на монозахаридите: окислително-редукционни реакции, реакции на образуване и хидролиза на О- и N-гликозиди, реакции на естерификация, фосфорилиране.

· Да може да извършва качествени реакции върху диолния фрагмент и наличието на редуциращи свойства на монозахаридите.

· Познаване на класификацията на дизахаридите и тяхната структура, конфигурацията на аномерния въглероден атом, образуващ гликозидна връзка, тавтомерните трансформации на дизахаридите, техните химични свойства, биологична роля.

· Познава класификацията на полизахаридите (по отношение на хидролизата, според монозахаридния състав), структурата на най-важните представители на хомополизахаридите, конфигурацията на аномерния въглероден атом, който образува гликозидна връзка, техните физични и химични свойства и биологична роля . Имайте представа за биологичната роля на хетерополизахаридите.

Тема 10.а- Аминокиселини, пептиди, протеини. Строеж, свойства, биологична роля

Структура, номенклатура, класификация на а-аминокиселините, които изграждат протеини и пептиди. Стереоизомерия на а-аминокиселините.

Биосинтетични пътища за образуване на а-аминокиселини от оксокиселини: реакции на редуктивно аминиране и трансаминиране. Есенциални аминокиселини.

Химични свойства на а-аминокиселините като хетерофункционални съединения. Киселинно-алкални свойства на а-аминокиселините. Изоелектрична точка, методи за разделяне на а-аминокиселини. Образуване на вътрешнокомплексни соли. Реакции на естерификация, ацилиране, алкилиране. Взаимодействие с азотиста киселина и формалдехид, значението на тези реакции за анализа на аминокиселините.

g-аминомаслената киселина е инхибиторен невротрансмитер на ЦНС. Антидепресантно действие на L-триптофан, серотонин като невротрансмитер на съня. Медиаторни свойства на глицин, хистамин, аспарагинова и глутаминова киселини.

Биологично важни реакции на а-аминокиселини. Реакции на дезаминиране и хидроксилиране. Декарбоксилиране на а-аминокиселини - път за образуване на биогенни амини и биорегулатори (коламин, хистамин, триптамин, серотонин.) Пептиди. Електронна структура на пептидната връзка. Киселинна и алкална хидролиза на пептиди. Установяване на аминокиселинния състав чрез съвременни физико-химични методи (методи на Сангер и Едман). Концепцията за невропептиди.

Първичната структура на протеините. Частична и пълна хидролиза. Концепцията за вторични, третични и кватернерни структури.

Изисквания за компетентност:

· Познаване на структурата, стереохимичната класификация на а-аминокиселините, принадлежащи към D- и L-стереохимичните серии на естествени аминокиселини, незаменими аминокиселини.

· Познаване на начините за синтез на a-аминокиселини in vivo и in vitro, познаване на киселинно-базовите свойства и методите за прехвърляне на a-аминокиселини в изоелектрично състояние.

· Да познават химичните свойства на а-аминокиселините (реакции на амино- и карбоксилни групи), да могат да извършват качествени реакции (ксантопротеин, с Сu (OH) 2, нинхидрин).

Познавайте електронната структура на пептидната връзка, първичната, вторичната, третичната и кватернерната структура на протеините и пептидите, знаете как да определите аминокиселинния състав и аминокиселинната последователност (метод на Sanger, метод на Edman), можете да извършвате биурет реакция за пептиди и протеини.

· Познаване на принципа на метода за синтез на пептиди с помощта на защита и активиране на функционални групи.

Тема 11. Нуклеотиди и нуклеинови киселини

Нуклеинови бази, които изграждат нуклеиновите киселини. Пиримидинови (урацил, тимин, цитозин) и пуринови (аденин, гуанин) бази, тяхната ароматичност, тавтомерни трансформации.

Нуклеозиди, реакции на тяхното образуване. Естеството на връзката на нуклеиновата основа с въглехидратния остатък; конфигурация на гликозиден център. Хидролиза на нуклеозиди.

Нуклеотиди. Структурата на мононуклеотидите, които образуват нуклеинови киселини. Номенклатура. Хидролиза на нуклеотиди.

Първичната структура на нуклеиновите киселини. Фосфодиестерна връзка. Рибонуклеинови и дезоксирибонуклеинови киселини. Нуклеотиден състав на РНК и ДНК. Хидролиза на нуклеинови киселини.

Концепцията за вторичната структура на ДНК. Ролята на водородните връзки в образуването на вторичната структура. Комплементарност на нуклеиновите бази.

Лекарства на базата на модифицирани нуклеинови бази (5-флуороурацил, 6-меркаптопурин). Принципът на химичното сходство. Промени в структурата на нуклеиновите киселини под въздействието на химикали и радиация. Мутагенно действие на азотиста киселина.

Нуклеозидни полифосфати (ADP, ATP), особености на тяхната структура, позволяващи им да изпълняват функциите на макроергични съединения и вътреклетъчни биорегулатори. Структурата на cAMP - вътреклетъчен "посредник" на хормоните.

Изисквания за компетентност:

· Познава структурата на пиримидиновите и пуриновите азотни основи, техните тавтомерни трансформации.

· Да познава механизма на реакциите на образуване на N-гликозиди (нуклеозиди) и тяхната хидролиза, номенклатурата на нуклеозидите.

· Да познава основните прилики и разлики между естествените и синтетичните нуклеозиди-антибиотици в сравнение с нуклеозидите, които са част от ДНК и РНК.

· Познаване на реакциите на образуване на нуклеотиди, структурата на мононуклеотидите, които изграждат нуклеиновите киселини, тяхната номенклатура.

· Познава структурата на нуклеозидните цикло- и полифосфати, тяхната биологична роля.

· Познаване на нуклеотидния състав на ДНК и РНК, ролята на фосфодиестерната връзка в създаването на първичната структура на нуклеиновите киселини.

· Познава ролята на водородните връзки при образуването на вторичната структура на ДНК, комплементарността на азотните бази, ролята на комплементарните взаимодействия в биологичната функция на ДНК.

Познайте факторите, които причиняват мутации, и принципа на тяхното действие.

Информационна част

Библиография

Основен:

1. Романовски, биоорганична химия: учебник в 2 части /. - Минск: BSMU, 20-те години.

2. Романовски, към семинара по биоорганична химия: учебник / редактиран. - Минск: BSMU, 1999. - 132 с.

3. Тюкавкина, Н. А., Биоорганична химия: учебник /,. - Москва: Медицина, 1991. - 528 с.

Допълнителен:

4. Овчинников, химия: монография / .

- Москва: Образование, 1987. - 815 с.

5. Потапов,: учебник /. - Москва:

Химия, 1988. - 464 с.

6. Riles, A. Основи на органичната химия: учебник / A. Rice, K. Smith,

Р. Уорд. - Москва: Мир, 1989. - 352 с.

7. Тейлър, Г. Основи на органичната химия: учебник / Г. Тейлър. -

Москва: Мирс.

8. Терни, А. Съвременна органична химия: учебник в 2 тома /

А. Терни. - Москва: Мир, 1981. - 1310 с.

9. Тюкавкина, за лабораторни изследвания на биоорган

химия: учебник / [и др.]; редактиран от N.A.

Тюкавкина. - Москва: Медицина, 1985. - 256 с.

10. Тюкавкина, Н. А., Биоорганична химия: Учебник за студенти

медицински институти / , . - Москва.

Здравейте! Много студенти от медицинските университети сега изучават биоорганична химия, известна още като BOC.

В някои университети този предмет завършва с тест, в други - с изпит. Понякога се случва изпитът в един университет да е сравним по сложност с изпита в друг.

В моя университет биоорганичната химия беше само изпит по време на лятната сесия в самия край на първата година. Трябва да кажа, че BOH е една от онези теми, които в началото ужасяват и могат да вдъхновят мисълта - "невъзможно е да се премине." Това е особено вярно, разбира се, за хора със слаба основа на органичната химия (и колкото и да е странно, има доста такива хора в медицинските университети).

Програмите за изучаване на биоорганична химия в различните университети могат да варират значително, а методите на преподаване още повече.

Изискванията към студентите обаче са приблизително еднакви навсякъде. Най-просто казано, за да издържите биоорганична химия на 5, трябва да знаете имената, свойствата, структурните особености и типичните реакции на редица органични вещества.

Нашият учител, уважаван професор, представи материала така, сякаш всеки ученик е най-добрият в училище по органична химия (а биоорганичната химия по същество е сложен курс в училищната органична химия). Вероятно беше прав в подхода си, всеки трябва да протегне ръка и да се опита да бъде най-добрият. Това обаче доведе до факта, че някои студенти, които не разбираха частично материала в първите 2-3 часа, спряха да разбират всичко към средата на семестъра.

Реших да напиша този материал до голяма степен, защото бях просто такъв ученик. В училище много обичах неорганичната химия, но винаги не съм работил с органична химия. Дори когато се подготвях за Единния държавен изпит, избрах стратегията да затвърдя всичките си знания по неорганични, като в същото време фиксирах само основата на органичните. Между другото, за малко да се получи накриво за мен по отношение на уводните точки, но това е друга история.

Не напразно казах за методиката на преподаване, защото и нашата беше много необичайна. Веднага, почти в първи час, ни показаха помагалата, по които трябваше да се явяваме на тестове и след това на изпита.

Биоорганична химия - тестове и изпит

Целият курс беше разделен на 4 основни теми, всяка от които завършваше с тестов урок. Вече имахме въпроси към всеки от четирите теста от първите двойки. Те, разбира се, плашеха, но в същото време служеха като вид карта, по която да се движат.

Първият тест беше доста елементарен. Той беше посветен главно на номенклатурата, тривиалните (битови) и международни наименования и, разбира се, класификацията на веществата. Също така под една или друга форма са засегнати признаците на ароматност.

Вторият тест след първия изглеждаше много по-труден. Там беше необходимо да се опишат свойствата и реакциите на вещества като кетони, алдехиди, алкохоли, карбоксилни киселини. Например, една от най-типичните реакции на алдехиди е реакцията на сребърно огледало. Доста красива гледка. Ако добавите реагент на Толенс, тоест OH, към произволен алдехид, тогава на стената на епруветката ще видите утайка, наподобяваща огледало, ето как изглежда:

Третото класиране на фона на второто не изглеждаше толкова страхотно. Всички вече са свикнали да пишат реакции и да запомнят свойства по класификации. В третото класиране става дума за съединения с две функционални групи - аминофеноли, аминоалкохоли, оксокиселини и др. Всеки билет също съдържа поне един билет за въглехидрати.

Четвъртият тест по биоорганична химия беше почти изцяло посветен на протеини, аминокиселини и пептидни връзки. Специален акцент бяха въпросите, които изискваха събирането на РНК и ДНК.

Между другото, ето как изглежда една аминокиселина - можете да видите аминогрупата (тя е оцветена в жълто на тази снимка) и групата на карбоксилната киселина (тя е люляк). Именно с вещества от този клас трябваше да се справя в четвъртото класиране.

Всеки тест беше предаден на черната дъска - ученикът трябва без подкана да напише и обясни всички необходими свойства под формата на реакции. Например, ако преминете втория тест, вие имате свойствата на алкохолите във вашия билет. Учителят ви казва - вземете пропанол. Пишете формулата за пропанол и 4-5 типични реакции, за да илюстрирате неговите свойства. Може да е екзотично, като съединения, съдържащи сяра. Грешка дори в индекса на един реакционен продукт често ме караше да проуча този материал допълнително до следващия опит (който беше след седмица). Страшен? Сурова? Със сигурност!

Този подход обаче има много приятен страничен ефект. Беше трудно по време на редовните семинари. Много преминаха тестове по 5-6 пъти. Но от друга страна изпитът беше много лесен, защото всеки билет съдържаше 4 въпроса. А именно по един от всеки вече научен и решен тест.

Затова дори няма да описвам тънкостите на подготовката за изпита по биоорганична химия. В нашия случай цялата подготовка се свеждаше до това как се подготвихме за самите тестове. Уверено преминах всеки от четирите теста - преди изпита просто погледнете собствените си чернови, запишете най-основните реакции и всичко ще бъде възстановено веднага. Факт е, че органичната химия е много логична наука. Трябва да запомните не огромни поредици от реакции, а самите механизми.

Да, отбелязвам, че това не работи с всички елементи. Ужасната анатомия не може да бъде преодоляна просто като четете бележките си предния ден. Редица други елементи също имат свои собствени характеристики. Дори ако биоорганичната химия се преподава по различен начин във вашия медицински университет, може да се наложи да коригирате обучението си и да го прилагате малко по-различно от мен. Във всеки случай, успех на вас, разбирайте и обичайте науката!

Биоорганична химияе фундаментална наука, която изучава структурата и биологичните функции на най-важните компоненти на живата материя, предимно биополимери и биорегулатори с ниско молекулно тегло, като се фокусира върху изясняването на моделите на връзката между структурата на съединенията и тяхното биологично действие.

Биоорганичната химия е наука в пресечната точка на химията и биологията, тя допринася за разкриването на принципите на функциониране на живите системи. Биоорганичната химия има подчертана практическа ориентация, като теоретична основа за получаване на нови ценни съединения за медицината, селското стопанство, химическата, хранително-вкусовата и микробиологичната промишленост. Обхватът на интересите на биоорганичната химия е необичайно широк - това е светът на веществата, изолирани от дивата природа и играещи важна роля в живота, и светът на изкуствено получените органични съединения с биологична активност. Биоорганичната химия обхваща химията на всички вещества на живата клетка, десетки и стотици хиляди съединения.

Обекти на изследване, методи на изследване и основни задачи на биоорганичната химия

Обекти на изследванебиоорганична химия са протеини и пептиди, въглехидрати, липиди, биополимери от смесен тип - гликопротеини, нуклеопротеини, липопротеини, гликолипиди и др., алкалоиди, терпеноиди, витамини, антибиотици, хормони, простагландини, феромони, токсини, както и синтетични регулатори на биологичните процеси: лекарства, пестициди и др.

Основният арсенал от изследователски методиметоди за съставяне на биоорганична химия; физични, физикохимични, математически и биологични методи се използват за решаване на структурни проблеми.

Основни задачибиоорганична химия са:

• Изолиране в индивидуално състояние и пречистване на изследваните съединения чрез кристализация, дестилация, различни видове хроматография, електрофореза, ултрафилтрация, ултрацентрофугиране и др. влиянието им върху определен физиологичен процес и др.);
• Установяване на структурата, включително пространствената структура, въз основа на подходите на органичната химия (хидролиза, окислително разцепване, разцепване на специфични фрагменти, например при метионинови остатъци при установяване на структурата на пептиди и протеини, разцепване на 1,2-диол групи въглехидрати и др.) и физико-химична химия с помощта на масспектрометрия, различни видове оптична спектроскопия (IR, UV, лазер и др.), рентгенов дифракционен анализ, ядрено-магнитен резонанс, електронен парамагнитен резонанс, оптична ротационна дисперсия и кръгов дихроизъм, бързи кинетични методи и др. в комбинация с компютърни изчисления. За бързо решаване на стандартни проблеми, свързани с установяване на структурата на редица биополимери, са създадени и широко използвани автоматични устройства, чийто принцип на действие се основава на стандартни реакции и свойства на природни и биологично активни съединения. Това са анализатори за определяне на количествения аминокиселинен състав на пептиди, секвенатори за потвърждаване или установяване на последователността на аминокиселинните остатъци в пептидите и нуклеотидната последователност в нуклеиновите киселини и др. Използването на ензими, които специфично разцепват изследваните съединения според строго определени връзки е важен при изучаването на структурата на сложни биополимери. Такива ензими се използват при изследване на структурата на протеини (трипсин, протеинази, които разцепват пептидни връзки при глутаминова киселина, пролин и други аминокиселинни остатъци), нуклеинови киселини и полинуклеотиди (нуклеази, рестрикционни ензими), съдържащи въглехидрати полимери (гликозидази, включително специфични - галактозидази, глюкуронидаза и др.). За да се повиши ефективността на изследванията, на анализ се подлагат не само природни съединения, но и техните производни, съдържащи характерни, специално въведени групи и белязани атоми. Такива производни се получават, например, чрез отглеждане на продуцента върху среда, съдържаща белязани аминокиселини или други радиоактивни прекурсори, които включват тритий, радиоактивен въглерод или фосфор. Надеждността на данните, получени при изследването на сложни протеини, се увеличава значително, ако това изследване се извършва в комбинация с изследването на структурата на съответните гени.
• Химичен синтез и химична модификация на изследваните съединения, включително пълен синтез, синтез на аналози и производни. За съединения с ниско молекулно тегло важен критерий за коректността на установената структура все още е контрасинтезата. Разработването на методи за синтез на природни и биологично активни съединения е необходимо за решаването на следващия важен проблем на биоорганичната химия - за изясняване на връзката между тяхната структура и биологична функция.
• Изясняване на връзката между структурата и биологичните функции на биополимерите и нискомолекулните биорегулатори; изследване на химичните механизми на тяхното биологично действие. Този аспект на биоорганичната химия придобива все по-голямо практическо значение. Подобряване на арсенала от методи за химичен и химико-ензимен синтез на сложни биополимери (биологично активни пептиди, протеини, полинуклеотиди, нуклеинови киселини, включително активно функциониращи гени), във връзка с непрекъснато подобряващата се техника за синтез на относително по-прости биорегулатори , както и методите за селективно разцепване на биополимери, позволяват все по-задълбочено разбиране на зависимостта на биологичното действие от структурата на съединенията. Използването на високоефективни компютърни технологии дава възможност за обективно сравняване на множество данни от различни изследователи и намиране на общи модели. Намерените частни и общи закономерности от своя страна стимулират и улесняват синтеза на нови съединения, което в някои случаи (например при изследване на пептиди, които влияят на мозъчната активност) позволява да се намерят практически важни синтетични съединения, които превъзхождат биологична активност спрямо техните естествени двойници. Изследването на химичните механизми на биологичното действие отваря възможността за създаване на биологично активни съединения с предварително определени свойства.
• Получаване на практически ценни лекарства.
• Биологично изследване на получените съединения.

Формиране на биоорганична химия. Историческа справка

Формирането на биоорганичната химия в света се извършва в края на 50-те - началото на 60-те години, когато основните обекти на изследване в тази област са четири класа органични съединения, които играят ключова роля в живота на клетката и организма - протеини, полизахариди и липиди. Изключителни постижения на традиционната химия на природните съединения, като откритието от L. Pauling на α-спиралата като един от основните елементи на пространствената структура на полипептидната верига в протеините, установяването от A. Todd на химическата структура на нуклеотиди и първият синтез на динуклеотид, разработването от F. Senger на метод за определяне на аминокиселинната последователност в протеините и дешифрирането на структурата на инсулина с негова помощ, синтезът от R. Woodward на такива сложни природни съединения като резерпин, хлорофил и витамин B 12, синтезът на първия пептиден хормон окситоцин, бележи по същество трансформацията на химията на природните съединения в съвременната биоорганична химия.

У нас обаче интересът към протеините и нуклеиновите киселини се появи много по-рано. Първите изследвания върху химията на протеините и нуклеиновите киселини са започнати в средата на 20-те години на миналия век. в стените на Московския университет и именно тук се формират първите научни школи, които успешно работят в тези важни области на естествената наука и до днес. И така, през 20-те години. по инициатива на Н.Д. Зелински започва систематични изследвания в областта на химията на протеините, чиято основна задача е да изясни общите принципи на структурата на протеиновите молекули. Н.Д. Зелински създава първата у нас лаборатория по химия на протеините, в която е извършена важна работа по синтеза и структурния анализ на аминокиселини и пептиди. Изключителна роля в развитието на тези произведения принадлежи на M.M. Ботвиник и нейните ученици, които постигнаха впечатляващи резултати в изучаването на структурата и механизма на действие на неорганичните пирофосфатази, ключовите ензими на метаболизма на фосфора в клетката. До края на 40-те години на миналия век, когато водещата роля на нуклеиновите киселини в генетичните процеси започва да се проявява, M.A. Прокофиев и З.А. Шабарова започва работа по синтеза на компонентите на нуклеиновите киселини и техните производни, като по този начин поставя началото на химията на нуклеиновите киселини у нас. Извършени са първите синтези на нуклеозиди, нуклеотиди и олигонуклеотиди и е направен голям принос за създаването на домашни автоматични синтезатори на нуклеинови киселини.

През 60-те години. тази тенденция у нас се развива последователно и бързо, често изпреварвайки подобни стъпки и тенденции в чужбина. Основните открития на A.N. Белозерски, който доказа съществуването на ДНК във висшите растения и систематично изучава химичния състав на нуклеиновите киселини, класическите изследвания на V.A. Engelhardt и V.A. Белицер за окислителния механизъм на фосфорилиране, световноизвестните изследвания на A.E. Арбузов по химията на физиологично активните органофосфорни съединения, както и фундаменталната работа на I.N. Назарова и Н.А. Преображенски за синтеза на различни природни вещества и техните аналози и други произведения. Най-големите постижения в създаването и развитието на биоорганичната химия в СССР принадлежат на академик М.М. Шемякин. Той, по-специално, започва работа по изследването на атипични пептиди - депсипептиди, които впоследствие получават широко развитие във връзка с тяхната функция като йонофори. Талантът, проницателността и енергичната дейност на този и други учени допринесоха за бързото нарастване на международния авторитет на съветската биоорганична химия, нейното утвърждаване в най-важните области и организационното укрепване в нашата страна.

В края на 60-те - началото на 70-те години. при синтеза на биологично активни съединения със сложна структура ензимите започват да се използват като катализатори (т.нар. комбиниран химико-ензимен синтез). Този подход е използван от G. Korana за първия генен синтез. Използването на ензими позволи да се извърши строго селективна трансформация на редица природни съединения и да се получат нови биологично активни производни на пептиди, олигозахариди и нуклеинови киселини с висок добив. През 70-те години. най-интензивно се развиват такива клонове на биоорганичната химия като синтеза на олигонуклеотиди и гени, изследване на клетъчни мембрани и полизахариди, анализ на първичната и пространствената структура на протеините. Изследвани са структурите на важни ензими (трансаминаза, β-галактозидаза, ДНК-зависима РНК полимераза), защитни протеини (γ-глобулини, интерферони) и мембранни протеини (аденозинтрифосфатази, бактериородопсин). Работите по изучаването на структурата и механизма на действие на пептидите - регулатори на нервната дейност (така наречените невропептиди) придобиха голямо значение.

Съвременна вътрешна биоорганична химия

В момента местната биоорганична химия заема водеща позиция в света в редица ключови области. Голям напредък е постигнат в изследването на структурата и функцията на биологично активни пептиди и сложни протеини, включително хормони, антибиотици и невротоксини. Важни резултати са получени в химията на мембранно-активните пептиди. Изследвани са причините за уникалната селективност и ефективност на действието на диспепсидните йонофори и е изяснен механизмът на функциониране в живите системи. Получени са синтетични аналози на йонофорите с желани свойства, които са многократно по-ефективни от естествените образци (В. Т. Иванов, Ю. А. Овчинников). Уникалните свойства на йонофорите се използват за създаване на йоноселективни сензори на тяхна основа, които намират широко приложение в технологиите. Успехите, постигнати в изследването на друга група регулатори - невротоксините, които са инхибитори на предаването на нервните импулси, доведоха до широкото им използване като инструменти за изследване на мембранните рецептори и други специфични структури на клетъчните мембрани (EV Grishin). Развитието на работата по синтеза и изследването на пептидни хормони доведе до създаването на високоефективни аналози на хормоните окситоцин, ангиотензин II и брадикинин, които са отговорни за свиването на гладката мускулатура и регулирането на кръвното налягане. Голям успех беше пълният химичен синтез на инсулинови препарати, включително човешки инсулин (Н. А. Юдаев, Ю. П. Швачкин и др.). Бяха открити и изследвани редица протеинови антибиотици, включително грамицидин S, полимиксин М, актиноксантин (G.F. Gause, A.S. Khokhlov и др.). Работите се развиват активно за изследване на структурата и функцията на мембранните протеини, които изпълняват рецепторни и транспортни функции. Получени са фоторецепторните протеини родопсин и бактериородопсин и са изследвани физикохимичните основи на функционирането им като светлозависими йонни помпи (В.П. Скулачев, Ю.А. Овчинников, М.А. Островски). Структурата и механизмът на функциониране на рибозомите, основните системи за биосинтеза на протеини в клетката, са широко проучени (А. С. Спирин, А. А. Богданов). Големите цикли на изследване са свързани с изучаването на ензимите, определянето на тяхната първична структура и пространствена структура, изучаването на каталитичните функции (аспартат аминотрансферази, пепсин, химотрипсин, рибонуклеази, ензими на метаболизма на фосфора, гликозидази, холинестерази и др.). Разработени са методи за синтез и химическа модификация на нуклеинови киселини и техните компоненти (D.G. Knorre, M.N. Kolosov, Z.A. Shabarova), разработват се подходи за създаване на лекарства от ново поколение на тяхна основа за лечение на вирусни, онкологични и автоимунни заболявания. Използвайки уникалните свойства на нуклеиновите киселини и въз основа на тях, се създават диагностични препарати и биосензори, анализатори на редица биологично активни съединения (В. А. Власов, Ю. М. Евдокимов и др.)

Значителен напредък е постигнат в синтетичната химия на въглехидратите (синтез на бактериални антигени и създаване на изкуствени ваксини, синтез на специфични инхибитори на вирусната сорбция на клетъчната повърхност, синтез на специфични инхибитори на бактериални токсини (Н. К. Кочетков, А. .Я. Хорлин)). Значителен напредък е постигнат в изследването на липидите, липоаминокиселините, липопептидите и липопротеините (LD Bergelson, NM Sisakyan). Разработени са методи за синтез на много биологично активни мастни киселини, липиди и фосфолипиди. Изследвано е трансмембранното разпределение на липидите в различни видове липозоми, в бактериални мембрани и в чернодробни микрозоми.

Важна област на биоорганичната химия е изучаването на различни естествени и синтетични вещества, способни да регулират различни процеси, протичащи в живите клетки. Това са репеленти, антибиотици, феромони, сигнални вещества, ензими, хормони, витамини и други (т.нар. нискомолекулни регулатори). Разработени са методи за синтез и производство на почти всички известни витамини, значителна част от стероидните хормони и антибиотиците. Разработени са промишлени методи за получаване на редица коензими, използвани като терапевтични лекарства (коензим Q, пиридоксал фосфат, тиамин пирофосфат и др.). Предложени са нови силни анаболи, които превъзхождат по действие известни чуждестранни лекарства (И. В. Торгов, С. Н. Ананченко). Изследвани са биогенезата и механизмите на действие на естествените и трансформираните стероиди. Значителен напредък е постигнат в изследването на алкалоиди, стероидни и тритерпенови гликозиди и кумарини. Бяха проведени оригинални изследвания в областта на химията на пестицидите, които доведоха до освобождаването на редица ценни лекарства (IN Kabachnik, N.N. Melnikov и др.). Активно се търсят нови лекарства, необходими за лечението на различни заболявания. Получени са препарати, доказали своята ефективност при лечението на редица онкологични заболявания (допан, сарколизин, фторафур и др.).

Приоритетни насоки и перспективи за развитие на биоорганичната химия

Приоритетните области на научните изследвания в областта на биоорганичната химия са:

• изследване на структурната и функционалната зависимост на биологично активните съединения;
• проектиране и синтез на нови биологично активни лекарства, включително създаване на лекарства и продукти за растителна защита;
• изследване на високоефективни биотехнологични процеси;
• изследване на молекулярните механизми на процесите, протичащи в живия организъм.

Ориентираните фундаментални изследвания в областта на биоорганичната химия са насочени към изучаване на структурата и функцията на най-важните биополимери и биорегулатори с ниско молекулно тегло, включително протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати, липиди, алкалоиди, простагландини и други съединения. Биоорганичната химия е тясно свързана с практическите проблеми на медицината и селското стопанство (получаване на витамини, хормони, антибиотици и други лекарства, стимуланти на растежа на растенията и регулатори на поведението на животните и насекомите), химическата, хранително-вкусовата и микробиологичната промишленост. Резултатите от научните изследвания са в основата на създаването на научно-техническа база за технологии за производство на съвременна медицинска имунодиагностика, реактиви за медико-генетични изследвания и реактиви за биохимичен анализ, технологии за синтез на лекарствени вещества за използване в онкологията, вирусологията, ендокринология, гастроентерология, както и химикали за растителна защита и технологии за приложението им в селското стопанство.

Решаването на основните проблеми на биоорганичната химия е важно за по-нататъшното развитие на биологията, химията и редица технически науки. Без изясняване на структурата и свойствата на най-важните биополимери и биорегулатори е невъзможно да се познае същността на жизнените процеси и още повече да се намерят начини за контролиране на такива сложни явления като възпроизвеждане и предаване на наследствени белези, растеж на нормални и злокачествени клетки. , имунитет, памет, предаване на нервни импулси и много други. В същото време изучаването на високоспециализирани биологично активни вещества и процесите, протичащи с тяхно участие, може да разкрие принципно нови възможности за развитието на химията, химическата технология и технологията. Проблемите, чието решаване е свързано с изследванията в областта на биоорганичната химия, включват създаването на строго специфични високоактивни катализатори (въз основа на изследване на структурата и механизма на действие на ензимите), директното преобразуване на химическата енергия в механична енергия (въз основа на изследването на мускулната контракция), използването на принципите на химическо съхранение в технологиите и предаването на информация, извършвано в биологични системи, принципите на саморегулиране на многокомпонентни клетъчни системи, преди всичко селективната пропускливост на биологичните мембрани и много повече точки за развитието на биохимичните изследвания, вече свързани с областта на молекулярната биология. Широтата и важността на проблемите, които трябва да бъдат решени, разнообразието от методи и тясната връзка с други научни дисциплини осигуряват бързото развитие на биоорганичната химия.Бюлетин на Московския университет, серия 2, Химия. 1999. Т. 40. № 5. С. 327-329.

Bender M, Bergeron R, Komiyama M. Биоорганична химия на ензимната катализа. пер. от английски. М.: Мир, 1987. 352 с.

Яковишин Л.А. Избрани глави по биоорганична химия. Севастопол: Стрижак-прес, 2006. 196 с.

Николаев А.Я. Биологична химия. М .: Агенция за медицинска информация, 2001. 496 с.