PREDAVANJE 1
Bioorganska hemija (BOC), njen značaj u medicini
HOH je nauka koja proučava biološku funkciju organskih supstanci u tijelu.
HOB je nastao u drugoj polovini dvadesetog veka. Objekti njegovog proučavanja su biopolimeri, bioregulatori i pojedinačni metaboliti.
Biopolimeri su visokomolekularna prirodna jedinjenja koja su osnova svih organizama. To su peptidi, proteini, polisaharidi, nukleinske kiseline (NA), lipidi itd.
Bioregulatori su jedinjenja koja hemijski regulišu metabolizam. To su vitamini, hormoni, antibiotici, alkaloidi, lijekovi itd.
Poznavanje strukture i svojstava biopolimera i bioregulatora omogućava razumijevanje suštine bioloških procesa. Tako je uspostavljanje strukture proteina i NA omogućilo razvoj ideja o biosintezi proteina matriksa i ulozi NA u očuvanju i prenošenju genetskih informacija.
HOC igra važnu ulogu u uspostavljanju mehanizma djelovanja enzima, lijekova, procesa vida, disanja, pamćenja, živčane provodljivosti, kontrakcije mišića itd.
Glavni problem HOC-a je razjasniti vezu između strukture i mehanizma djelovanja jedinjenja.
HBO je baziran na materijalu organske hemije.
ORGANSKA KEMIJA
Ovo je nauka koja proučava jedinjenja ugljenika. Trenutno postoji oko 16 miliona organskih supstanci.
Razlozi za raznolikost organskih supstanci.
1. Veze C atoma međusobno i drugih elemenata periodnog sistema D. Mendeljejeva. U ovom slučaju formiraju se lanci i ciklusi:
Ravni lanac Razgranati lanac
Tetraedarska planarna konfiguracija
konfiguracija C atoma C atoma
2. Homologija je postojanje supstanci sličnih svojstava, pri čemu se svaki član homološkog niza razlikuje od prethodnog po grupi
-CH 2 -. Na primjer, homologni niz zasićenih ugljikovodika:
3. Izomerizam je postojanje supstanci koje imaju isti kvalitativni i kvantitativni sastav, ali različitu strukturu.
A.M. Butlerov (1861) stvorio je teoriju strukture organskih jedinjenja, koja do danas služi kao naučna osnova organske hemije.
Glavne odredbe teorije strukture organskih jedinjenja:
1) atomi u molekulima su međusobno povezani hemijskim vezama u skladu sa svojom valencijom;
2) atomi u molekulima organskih jedinjenja su međusobno povezani određenim redosledom, što određuje hemijsku strukturu molekula;
3) svojstva organskih jedinjenja zavise ne samo od broja i prirode atoma u njima, već i od hemijske strukture molekula;
4) u molekulima postoji međusobni uticaj atoma, kako povezanih, tako i međusobno nepovezanih;
5) hemijska struktura supstance može se odrediti kao rezultat proučavanja njenih hemijskih transformacija i, obrnuto, njena svojstva mogu se okarakterisati strukturom supstance.
Razmotrimo neke odredbe teorije strukture organskih jedinjenja.
Strukturni izomerizam
Ona dijeli:
1) Izomerija lanca
2) Izomerizam položaja višestrukih veza i funkcionalnih grupa
3) Izomerizam funkcionalnih grupa (međuklasni izomerizam)
Newmanove formule
Cikloheksan
Oblik "fotelje" je energetski povoljniji od "kupke".
Konfiguracijski izomeri
To su stereoizomeri, čiji molekuli imaju različit raspored atoma u prostoru, bez obzira na konformacije.
Prema vrsti simetrije svi stereoizomeri se dijele na enantiomere i dijastereomere.
Enantiomeri (optički izomeri, zrcalni izomeri, antipodi) su stereoizomeri čiji se molekuli međusobno odnose kao objekt i nekompatibilna zrcalna slika. Ovaj fenomen se naziva enantiomerizam. Sva hemijska i fizička svojstva enantiomera su ista, osim dva: rotacije ravni polarizovane svetlosti (u polarimetarskom uređaju) i biološke aktivnosti. Enantiomerni uslovi: 1) C atom je u stanju sp 3 hibridizacije; 2) odsustvo bilo kakve simetrije; 3) prisustvo asimetričnog (hiralnog) atoma C, tj. atom koji ima četiri različite zamjene.
Mnoge hidroksi i aminokiseline imaju sposobnost da rotiraju ravninu polarizacije svjetlosnog snopa lijevo ili desno. Ovaj fenomen se naziva optička aktivnost, a sami molekuli su optički aktivni. Odstupanje svetlosnog snopa udesno je označeno znakom "+", levo - "-" i označava ugao rotacije u stepenima.
Apsolutna konfiguracija molekula određena je složenim fizičko-hemijskim metodama.
Relativna konfiguracija optički aktivnih jedinjenja određena je poređenjem sa standardom gliceraldehida. Optički aktivne supstance koje imaju konfiguraciju desnorotatornog ili levorotacionog gliceraldehida (M. Rozanov, 1906) nazivaju se stvarima D- i L-serije. Jednaka mješavina desnog i lijevog izomera jednog spoja naziva se racemat i optički je neaktivna.
Istraživanja su pokazala da se znak rotacije svjetlosti ne može povezati s pripadanjem stvari D- i L-seriji, već se utvrđuje samo eksperimentalno u uređajima - polarimetrima. Na primjer, L-mliječna kiselina ima ugao rotacije od +3,8 o, D-mliječna kiselina - -3,8 o.
Enantiomeri su prikazani korišćenjem Fisherovih formula.
L-red D-red
Među enantiomerima mogu postojati simetrični molekuli koji nemaju optičku aktivnost, a nazivaju se mezoizomeri.
 |
| Na primjer: Vinska karta |
| D - (+) - red L - (-) - red | Mezovina da - to |
Racemat - grožđana kiselina
Optički izomeri koji nisu zrcalni izomeri, koji se razlikuju po konfiguraciji nekoliko, ali ne svih, asimetričnih C atoma, koji imaju različita fizička i hemijska svojstva, nazivaju se s- di-A-stereoizomeri.
p-dijastereomeri (geometrijski izomeri) su stereomeri koji imaju p-vezu u molekulu. Nalaze se u alkenima, nezasićenim višim karboksilnim to-t, nezasićenim dikarboksilnim to-t
Biološka aktivnost organskih stvari povezana je sa njihovom strukturom.
Na primjer:
Cis-butendioična kiselina, Trans-butendioična kiselina,
maleinska kiselina - fumarna kiselina - netoksična,
vrlo toksične sadržane u tijelu
Sve prirodne nezasićene više karboksilne kiseline su cis-izomeri.
PREDAVANJE 2
Povezani sistemi
U najjednostavnijem slučaju, konjugirani sistemi su sistemi sa naizmeničnim dvostrukim i jednostrukim vezama. Mogu biti otvorene i zatvorene. Otvoreni sistem postoji u dienskim ugljovodonicima (HC).
primjeri:CH 2 = CH - CH \u003d CH 2
Butadien-1, 3
hlorotenCH 2 \u003d CH - Cl
Ovdje se p-elektroni konjugiraju sa p-elektronima. Ova vrsta konjugacije se naziva p, p-konjugacija.
Zatvoreni sistem postoji u aromatičnim ugljovodonicima.
C 6 H 6
Aromatičnost
Ovo je koncept koji uključuje različita svojstva aromatičnih spojeva. Uslovi aromatičnosti: 1) ravan zatvoreni ciklus, 2) svi C atomi su u sp 2 - hibridizaciji, 3) formira se jedan konjugovani sistem svih atoma ciklusa, 4) ispunjeno je Hückelovo pravilo: „4n + 2 p-elektrona učestvuje u konjugaciji, gde je n = 1, 2, 3...”
Najjednostavniji predstavnik aromatičnih ugljikovodika je benzen. Zadovoljava sva četiri uslova aromatičnosti.
Hückelovo pravilo: 4n+2 = 6, n = 1.
Međusobni utjecaj atoma u molekulu
Godine 1861. ruski naučnik A.M. Butlerov je iznio stav: "Atomi u molekulima međusobno utiču jedni na druge." Trenutno se ovaj uticaj prenosi na dva načina: induktivni i mezomerni efekti.
Induktivni efekat
Ovo je prenos elektronskog uticaja kroz lanac s-veze. Poznato je da je veza između atoma različite elektronegativnosti (EO) polarizirana, tj. prebačen na više EO atom. To dovodi do pojave efektivnih (stvarnih) naelektrisanja (d) na atomima. Takav elektronski pomak naziva se induktivni i označava se slovom I i strelicom ®.
, X \u003d Hal -, BUT -, NS -, NH 2 - i drugi.
Induktivni efekat može biti pozitivan ili negativan. Ako X supstituent privlači elektrone kemijske veze jače od H atoma, tada pokazuje - I. I (H) \u003d O. U našem primjeru, X pokazuje - I.
Ako X supstituent privlači elektrone veze slabije od H atoma, tada pokazuje +I. Svi alkili (R = CH 3 -, C 2 H 5 - itd.), Me n + pokazuju +I.
mezomerni efekat
Mezomerni efekat (efekat konjugacije) je uticaj supstituenta koji se prenosi kroz konjugovani sistem p-veza. Označeno slovom M i zakrivljenom strelicom. Mezomerni efekat može biti "+" ili "-".
Gore je rečeno da postoje dvije vrste konjugacije p, p i p, p.
Supstituent koji privlači elektrone iz konjugovanog sistema pokazuje -M i naziva se akceptor elektrona (EA). To su supstituenti koji imaju duplo
 |
nova veza itd.
Supstituent koji donira elektrone konjugovanom sistemu pokazuje + M i naziva se donor elektrona (ED). To su supstituenti sa jednostrukim vezama koji imaju nepodijeljeni elektronski par (itd.).
Tabela 1 Elektronski efekti supstituenata
| Poslanici | Orijentacije u C 6 H 5 -R | I | M |
| Alk (R-): CH 3 -, C 2 H 5 -... | Orijentanti prve vrste: usmjeravaju ED supstituente na orto- i para-pozicije | + | |
| – N 2 , –NNR, –NR 2 | – | + | |
| – N, – N, – R | – | + | |
| –H L | – | + | |
|
PREDAVANJE 3 Kiselost i bazičnost Za karakterizaciju kiselosti i bazičnosti organskih jedinjenja koristi se Bronstedova teorija. Glavne odredbe ove teorije: 1) Kiselina je čestica koja daje proton (donor H+); baza je čestica koja prihvata proton (akceptor H+). 2) Kiselost se uvek karakteriše prisustvom baza i obrnuto. A - H +: B Û A - + B - H + osnovni komplet CH 3 COOH + HOH Û CH 3 COO - + H 3 O + K-ta osnovni konjugat konjugat osnovni komplet HNO 3 + CH 3 COOH Û CH 3 COOH 2 + + NO 3 - K-ta osnovni konjugat konjugat to-to osnovno Bronstedove kiseline 3) Bronstedove kiseline se dijele u 4 vrste ovisno o kiselinskom centru: SN vama (tioli), OH tebi (alkoholi, fenoli, karboksilni za tebe), NH to-you (amini, amidi), CH to-you (HC). U ovom redu, od vrha do dna, kiselost se smanjuje. 4) Snaga to-you određena je stabilnošću rezultirajućeg anjona. Što je anjon stabilniji, to je kiselina jača. Stabilnost anjona zavisi od delokalizacije (distribucije) "-" naboja kroz česticu (anion). Što je naboj "-" delokalizovaniji, to je anjon stabilniji i kiselina jača. Delokalizacija naboja zavisi od: a) o elektronegativnosti (EO) heteroatoma. Što je više EO heteroatoma, to je jača odgovarajuća kiselina. Na primjer: R - OH i R - NH 2 Alkoholi su jači za vas od amina, tk. EO(O) > EO(N). b) o polarizabilnosti heteroatoma. Što je veća polarizabilnost heteroatoma, to je jači odgovarajući to-ta. Na primjer: R - SN i R - OH Tioli su jači za vas od alkohola, tk. S atom je polarizovaniji od O atoma. c) o prirodi R supstituenta (njegova dužina, prisustvo konjugovanog sistema, delokalizacija elektronske gustine). Na primjer: CH 3 - OH, CH 3 - CH 2 - OH, CH 3 - CH 2 - CH 2 - OH Kiselost<, т.к. увеличивается длина радикала
CH 3 - OH, C 6 H 5 - OH, Vaša snaga raste Fenoli su jače kiseline od alkohola zbog p, p-konjugacije (+ M) grupe –OH.
Osim toga, karboksilatni anion je stabilniji od anjona alkohola zbog p,p konjugacije u karboksilnoj grupi.
Na primjer: p-nitrofenol je jači za to od p-aminofenola, jer. -NO 2 grupa je EA. CH 3 -COOH CCl 3 -COOH pK 4,7 pK 0,65 Trihloroctena kiselina je višestruko jača od CH 3 COOH zbog - I Cl atoma kao EA. Mravlja kiselina H-COOH je jača od CH 3 COOH zbog + I grupe CH 3 - sirćetne kiseline. e) prirodu rastvarača. Ako je rastvarač dobar akceptor H + protona, onda sila Osnivanje Bronsteda 5) Dijele se na: a) p-baze (jedinjenja sa višestrukim vezama); b) n-baze (amonijum, koji sadrži atom, oksonijum koji sadrži atom, sulfonijum koji sadrži atom) Snaga baze je određena stabilnošću rezultirajućeg kationa. Što je kation stabilniji, to je baza jača. Drugim riječima, jačina baze je veća, što je manje jaka veza sa heteroatomom (O, S, N) koji ima slobodni elektronski par koji je napadnut od strane H+. Stabilnost kationa zavisi od istih faktora kao i stabilnost anjona, ali sa suprotnim efektom. Svi faktori koji povećavaju kiselost smanjuju bazičnost. Najjače baze su amini, jer atom dušika ima niži EO u odnosu na O. Istovremeno, sekundarni amini su jače baze od primarnih, tercijarni amini su slabiji od sekundarnih zbog steričkog faktora, što otežava protonu pristup N.
Aromatični amini su slabije baze od alifatskih, što se objašnjava +M grupe –NH 2. Elektronski par dušika, koji učestvuje u konjugaciji, postaje neaktivan. Stabilnost konjugovanog sistema ometa dodavanje H + . U urei NH 2 -CO - NH 2 postoji EA grupa> C = O, koja značajno smanjuje osnovna svojstva i urea formira soli sa samo jednim ekvivalentom to-you. Dakle, što je to-ta jači, to je baza formirana od njega slabija i obrnuto. Alkoholi To su derivati ugljovodonika u kojima je jedan ili više H atoma zamijenjeno -OH grupom. klasifikacija: I. Po broju OH grupa razlikuju se monohidrični, dvohidrični i polihidrični alkoholi: CH 3 -CH 2 -OH Etanol Etilen glikol Glicerin
II. Po prirodi R, postoje: 1) ograničavajući, 2) neograničeni, 2) CH 2 \u003d CH-CH 2 -OH alil alkohol
retinol (vitamin A) i holesterol
nalik vitaminima |
Sa istim kiselinskim centrom, jačina alkohola, fenola i karboksilnih kiselina nije ista. Na primjer,
O–N veza je više polarizovana u fenolima. Fenoli mogu čak stupiti u interakciju sa solima (FeS1 3) - kvalitativna reakcija na fenole. Karbon 
d) od uvođenja supstituenata u radikal. EA supstituenti povećavaju kiselost, ED supstituenti smanjuju kiselost.
3) Nezasićeni ciklični alkoholi uključuju:
InozitolIII. Prema poziciji –OH razlikuje primarne, sekundarne i tercijarne alkohole.
IV. Prema broju C atoma razlikuju se niska i visoka molekulska težina.
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)
Cetil alkohol Miricilni alkohol
Cetil palmitat je osnova spermaceta, miricil palmitat se nalazi u pčelinjem vosku.
nomenklatura:
Trivijalno, racionalno, MN (korijen + završetak "ol" + arapski broj).
izomerizam:
lanci, pozicije gr. -ON, optički.
Struktura molekula alkohola
CH-kiseli Nu centar
Electrophilic Center Acid
jezgro centar centar
R-cija oksidacije
1) Alkoholi su slabe kiseline.
2) Alkoholi su slabe baze. Spojite H+ samo iz jakih kiselina, ali su one jače Nu.
3) -I efekat gr. –OH povećava pokretljivost H na susjednom atomu ugljika. Ugljik dobija d+ (elektrofilni centar, S E) i postaje centar nukleofilnog napada (Nu). C–O veza se raskida lakše nego H–O, stoga je karakteristika alkohola p-cija S N. Oni imaju tendenciju da idu u kiseloj sredini, jer. protoniranje atoma kisika povećava d+ atoma ugljika i olakšava prekid veze. Ovaj tip uključuje formiranje okruga etera, halogenih derivata.
4) Pomeranje elektronske gustine od H u radikalu dovodi do pojave CH-kiselinskog centra. U ovom slučaju postoje oblasti oksidacije i eliminacije (E).
Fizička svojstva
Niži alkoholi (C 1 -C 12) su tečnosti, viši alkoholi su čvrste materije. Mnoga svojstva alkohola se objašnjavaju stvaranjem H-veze:
Hemijska svojstva
I. Acid-base
Alkoholi su slaba amfoterna jedinjenja.
2R–OH + 2Na ® 2R–ONa + H 2
Alkohol
Alkoholati se lako hidroliziraju, što pokazuje da su alkoholi slabije kiseline od vode:
R– OHa + HOH ® R–OH + NaOH
Glavni centar u alkoholima je O heteroatom:
CH 3 -CH 2 -OH + H + ® CH 3 -CH 2 - -H ® CH 3 -CH 2 + + H 2 OAko p-cija ide uz vodonik halogenide, tada će se halogenidni ion pridružiti: 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 -
Anioni u takvim p-cijama djeluju kao nukleofili (Nu) zbog “-” naboja ili usamljenog elektronskog para. Anioni su jače baze i nukleofilni reagensi od samih alkohola. Stoga se u praksi za dobijanje jednostavnih i složenih estera koriste alkoholati, a ne sami alkoholi. Ako je nukleofil druga molekula alkohola, onda se veže za karbokation:
|
Ovo je p-cija alkilacije (uvođenje alkil R u molekulu).
Zamijenite -OH gr. halogen je moguć pod dejstvom PCl 3 , PCl 5 i SOCl 2 .
Prema ovom mehanizmu, tercijarni alkoholi lakše reaguju.
P-cija S E u odnosu na molekulu alkohola je p-cija formiranja estera sa organskim i mineralnim kiselinama:
R - O H + H O - R - O - + H 2 O
Ester
Ovo je oblast acilacije - uvođenje acila u molekulu.
CH 3 -CH 2 -OH + H + CH 3 -CH 2 - -H CH 3 -CH 2 +Sa viškom H 2 SO 4 i višom temperaturom nego u slučaju stvaranja etera, katalizator se regeneriše i nastaje alken:
CH 3 -CH 2 + + HSO 4 -® CH 2 \u003d CH 2 + H 2 SO 4
Lakši je p-tion E za tercijarne alkohole, teži za sekundarne i primarne, tk. u potonjim slučajevima nastaju manje stabilni kationi. U ovim p-cijama ispunjeno je pravilo A. Zaitseva: „Tokom dehidracije alkohola, H atom se odvaja od susjednog C atoma sa manjim sadržajem H atoma.“
CH 3 -CH \u003d CH -CH 3
Butanol-2
U telu od -OH se pretvara u lagani formiranjem estera sa H 3 RO 4:
CH 3 -CH 2 -OH + HO-RO 3 H 2 CH 3 -CH 2 -ORO 3 H 2IV. R-cija oksidacije
1) Primarni i sekundarni alkoholi oksidiraju se CuO, otopinama KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7 kada se zagrijavaju da nastaju odgovarajuća jedinjenja koja sadrže karbonil:
Nitroglicerin je bezbojna uljasta tečnost. U obliku razblaženih alkoholnih rastvora (1%) koristi se kod angine pektoris, jer. ima vazodilatacijski efekat. Nitroglicerin je jak eksploziv koji može eksplodirati pri udaru ili kada se zagrije. U tom slučaju, u maloj zapremini koju zauzima tečna supstanca, trenutno se formira veoma velika zapremina gasova, što izaziva jak udarni talas. Nitroglicerin je dio dinamita, baruta.
Predstavnici pentita i heksita - ksilitol i sorbitol - respektivno, penta- i šest-atomski alkoholi sa otvorenim lancem. Akumulacija –OH grupa dovodi do pojave slatkog ukusa. Ksilitol i sorbitol su zamjene za šećer za dijabetičare.
Glicerofosfati - strukturni fragmenti fosfolipida, koriste se kao opći tonik.
benzil alkohol
Izomeri položaja
, antibiotici, feromoni, signalne supstance, biološki aktivne supstance biljnog porekla, kao i sintetički regulatori bioloških procesa (lekovi, pesticidi i dr.). Kao samostalna nauka nastala je u drugoj polovini 20. veka na razmeđu biohemije i organske hemije i povezana je sa praktičnim problemima medicine, poljoprivrede, hemijske, prehrambene i mikrobiološke industrije.
Metode
Glavni arsenal su metode organske hemije; razne fizičke, fizičko-hemijske, matematičke i biološke metode su uključene u rješavanje strukturnih i funkcionalnih problema.
Objekti proučavanja
- Biopolimeri miješanog tipa
- prirodne signalne supstance
- Biološki aktivne supstance biljnog porekla
- Sintetički regulatori (lijekovi, pesticidi, itd.).
Izvori
- Ovčinnikov Yu. A.. - M.: Obrazovanje, 1987. - 815 str.
- Bender M., Bergeron R., Komiyama M.
- Dugas G., Penny K. Bioorganska hemija. - M.: Mir, 1983.
- Tjukavkina N. A., Baukov Yu. I.
vidi takođe
Napišite recenziju na članak "Bioorganska hemija"
Izvod koji karakteriše bioorgansku hemiju
- Ma chere, il y a un temps pour tout, [Draga, za sve ima vremena] - rekla je grofica, praveći se stroga. "Stalno je razmaziš, Eli", dodala je svom mužu.- Bonjour, ma chere, je vous felicite, [Zdravo, draga moja, čestitam ti] - rekao je gost. - Quelle delicuse enfant! [Kakvo divno dete!] dodala je, okrenuvši se majci.
Tamnooka, krupnih usta, ružna, ali živahna djevojka, djetinjastih otvorenih ramena, koja su se, skupljajući se, od brzog trčanja pomicala u korzusu, sa zabačenim crnim uvojcima, tankim golim rukama i malim nogama u čipkanim pantalonama i otvorene cipele, bio je u onim slatkim godinama kada devojka više nije dete, a dete još nije devojčica. Okrenuvši se od oca, pritrčala je majci i, ne obazirući se na njenu strogu opasku, sakrila je zajapureno lice u čipku majčine mantille i nasmijala se. Nečemu se smijala, naglo pričala o lutki koju je izvadila ispod suknje.
„Vidiš?... Lutka... Mimi... Vidiš.
A Nataša više nije mogla da priča (sve joj se činilo smešnim). Pala je na svoju majku i prasnula u smijeh tako glasno i gromoglasno da su se svi, pa i priličan gost, nasmijali protiv svoje volje.
- Pa, idi, idi sa svojom nakazom! - rekla je majka, ljutito odgurujući ćerku od sebe. "Ovo je moja manja", okrenula se gostu.
Nataša, otrgnuvši na trenutak lice od majčinog čipkanog šala, pogledala ju je odozdo kroz suze od smeha i ponovo sakrila lice.
Gost, primoran da se divi porodičnoj sceni, smatrao je potrebnim da u njoj učestvuje.
„Reci mi, draga moja“, rekla je, okrećući se Nataši, „kako ti je ova Mimi? Kćeri, zar ne?
Nataši se nije dopao ton snishodljivosti prema detinjastom razgovoru kojim se gošća okrenula ka njoj. Nije odgovorila i ozbiljno je pogledala gosta.
U međuvremenu, sva ova mlada generacija: Boris - oficir, sin princeze Ane Mihajlovne, Nikolaj - student, najstariji grofov sin, Sonja - petnaestogodišnja grofova nećakinja, i mala Petruša - najmlađa sine, sav se smjestio u dnevnu sobu i, po svemu sudeći, nastojao da zadrži u granicama pristojnosti animaciju i veselje koje je još uvijek disalo u svakoj osobini. Vidjelo se da su tamo, u stražnjim sobama, odakle su svi tako brzo dotrčali, vodili veselije razgovore nego ovdje o gradskim tračevima, vremenu i kontesi Apraksini. [o grofici Apraksini.] S vremena na vreme su se pogledavali i jedva su se suzdržavali da se ne nasmeju.
Grodno" href="/text/category/grodno/" rel="bookmark">Grodno državni medicinski univerzitet", kandidat hemijskih nauka, vanredni profesor;
Vanredni profesor Katedre za opštu i bioorgansku hemiju obrazovne ustanove „Grodno državni medicinski univerzitet“, kandidat bioloških nauka, vanr.
Recenzenti:
Katedra za opštu i bioorgansku hemiju obrazovne ustanove "Gomel State Medical University";
– glava Katedra za bioorgansku hemiju, obrazovna ustanova "Bjeloruski državni medicinski univerzitet", kandidat medicinskih nauka, vanredni profesor.
Katedra za opštu i bioorgansku hemiju obrazovna ustanova "Grodno državni medicinski univerzitet"
(zapisnik od 01.01.01.)
Centralno naučno-metodološko vijeće obrazovne ustanove "Grodno državni medicinski univerzitet"
(zapisnik od 01.01.01.)
Odjeljak za specijalnost 1Medicinsko i psihološko poslovanje obrazovno-metodološkog udruženja univerziteta Republike Bjelorusije za medicinsko obrazovanje
(zapisnik od 01.01.01.)
Odgovorni za oslobađanje:
Prvi prorektor obrazovne ustanove „Grodno državni medicinski univerzitet“, profesor, doktor medicinskih nauka
Objašnjenje
Relevantnost izučavanja akademske discipline
"Bioorganska hemija"
Bioorganska hemija je fundamentalna prirodna naučna disciplina. Bioorganska hemija je nastala kao samostalna nauka u 2. polovini 20. veka na razmeđu organske hemije i biohemije. Aktuelnost izučavanja bioorganske hemije je zbog praktičnih problema sa kojima se medicina i poljoprivreda susreću (dobivanje vitamina, hormona, antibiotika, stimulansa rasta biljaka, regulatora ponašanja životinja i insekata i drugih lijekova), čije je rješenje nemoguće bez upotrebe. teorijskog i praktičnog potencijala bioorganske hemije.
Bioorganska hemija se stalno obogaćuje novim metodama za izolaciju i prečišćavanje prirodnih jedinjenja, metodama za sintezu prirodnih jedinjenja i njihovih analoga, saznanjima o odnosu strukture i biološke aktivnosti jedinjenja itd.
Najnoviji pristupi medicinskom obrazovanju, koji se odnose na prevazilaženje reproduktivnog stila u nastavi, osiguravanje kognitivne i istraživačke aktivnosti studenata, otvaraju nove perspektive za ostvarivanje potencijala kako pojedinca, tako i tima.
Svrha i ciljevi discipline
Cilj: formiranje nivoa hemijske kompetencije u sistemu medicinskog obrazovanja, čime se obezbeđuje naknadno izučavanje biomedicinskih i kliničkih disciplina.
Zadaci:
Ovladavanje od strane studenata teorijskim osnovama hemijskih transformacija organskih molekula u odnosu na njihovu strukturu i biološku aktivnost;
Formiranje: poznavanje molekularne osnove životnih procesa;
Razvoj vještina za navigaciju u klasifikaciji, strukturi i svojstvima organskih jedinjenja koja djeluju kao lijekovi;
Formiranje logike hemijskog mišljenja;
Razvijanje vještina korištenja metoda kvalitativne analize
organska jedinjenja;
Hemijska znanja i vještine, koje čine osnovu hemijske kompetencije, doprinijeće formiranju profesionalne kompetencije diplomca.
Uslovi za savladavanje nastavne discipline
Uslovi za nivo savladavanja sadržaja discipline "Bioorganska hemija" utvrđeni su obrazovnim standardom visokog obrazovanja prvog stepena u ciklusu opštih stručnih i specijalnih disciplina, koji se izrađuje uzimajući u obzir zahteve kompetencije. -zasnovanog pristupa, koji ukazuje na minimum sadržaja za disciplinu u vidu generalizovanih hemijskih znanja i veština koje čine bioorgansku kompetenciju diplomiranog fakulteta:
a) generalizovano znanje:
- razumjeti suštinu predmeta kao nauke i njen odnos sa drugim disciplinama;
Značaj u razumijevanju metaboličkih procesa;
Koncept jedinstva strukture i reaktivnosti organskih molekula;
Osnovni zakoni hemije neophodni za objašnjenje procesa koji se dešavaju u živim organizmima;
Hemijska svojstva i biološki značaj glavnih klasa organskih jedinjenja.
b) generalizovane veštine:
Predvidjeti mehanizam reakcije na osnovu poznavanja strukture organskih molekula i metoda za razbijanje hemijskih veza;
Objasniti značaj reakcija za funkcionisanje živih sistema;
Stečena znanja koristiti na studijama biohemije, farmakologije i drugih disciplina.
Struktura i sadržaj nastavne discipline
U ovom programu strukturu sadržaja discipline "bioorganska hemija" čine uvod u disciplinu i dva dijela koji pokrivaju opća pitanja reaktivnosti organskih molekula, kao i svojstva hetero- i polifunkcionalnih spojeva uključenih u životni procesi. Svaki dio podijeljen je na teme raspoređene u redoslijedu koji osigurava optimalno proučavanje i asimilaciju programskog materijala. Za svaku temu predstavljena su uopštena znanja i vještine koje čine suštinu bioorganske kompetencije učenika. U skladu sa sadržajem svake teme, definisani su zahtevi za kompetencijama (u obliku sistema generalizovanih znanja i veština), za čije formiranje i dijagnostiku se mogu razvijati testovi.
Nastavne metode
Glavne nastavne metode koje na adekvatan način ispunjavaju ciljeve izučavanja ove discipline su:
Objašnjenje i konsultacije;
Laboratorijska lekcija;
Elementi problemskog učenja (obrazovni i istraživački rad učenika);
Uvod u bioorgansku hemiju
Bioorganska hemija kao nauka koja proučava strukturu organskih supstanci i njihove transformacije u odnosu na biološke funkcije. Objekti proučavanja bioorganske hemije. Uloga bioorganske hemije u formiranju naučne osnove za percepciju biološkog i medicinskog znanja na savremenom molekularnom nivou.
Teorija strukture organskih jedinjenja i njen razvoj u sadašnjoj fazi. Izomerizam organskih jedinjenja kao osnova za raznovrsnost organskih jedinjenja. Vrste izomerizma organskih jedinjenja.
Fizičko-hemijske metode za izolaciju i proučavanje organskih jedinjenja važnih za biomedicinsku analizu.
Osnovna pravila IUPAC sistematske nomenklature za organska jedinjenja: supstituciona i radikalno-funkcionalna nomenklatura.
Prostorna struktura organskih molekula, njen odnos sa vrstom hibridizacije atoma ugljika (sp3-, sp2- i sp-hibridizacija). stereohemijske formule. konfiguraciju i konformaciju. Konformacije otvorenih lanaca (zaštićene, sputane, zakošene). Energetske karakteristike konformacija. Newmanove projekcijske formule. Prostorna konvergencija pojedinih delova lanca kao rezultat konformacione ravnoteže i kao jedan od razloga za pretežno formiranje peto- i šestočlanih prstenova. Konformacije cikličkih spojeva (cikloheksan, tetrahidropiran). Energetske karakteristike konformacija stolice i kade. Aksijalne i ekvatorijalne veze. Odnos prostorne strukture sa biološkom aktivnošću.
Zahtjevi za kompetenciju:
Poznavati predmete proučavanja i glavne zadatke bioorganske hemije,
· Znati klasifikovati organska jedinjenja prema strukturi ugljeničnog skeleta i prirodi funkcionalnih grupa, koristiti pravila sistematske hemijske nomenklature.
· Poznavati glavne vrste izomerizma organskih jedinjenja, biti u stanju da odredi moguće tipove izomera prema strukturnoj formuli jedinjenja.
· Poznavati različite vrste hibridizacije atomskih orbitala ugljenika, prostornu orijentaciju veza atoma, njihov tip i broj u zavisnosti od vrste hibridizacije.
· Poznavati energetske karakteristike konformacija cikličkih (konformacije stolice, kupke) i acikličkih (inhibirane, iskrivljene, pomračene konformacije) molekula, biti u stanju da ih predstavite koristeći formule za Newmanovu projekciju.
· Poznavati vrste naprezanja (torziona, kutna, van der Waalsova) koja nastaju u različitim molekulima, njihov utjecaj na stabilnost konformacije i molekula u cjelini.
Odjeljak 1. Reaktivnost organskih molekula kao rezultat međusobnog utjecaja atoma, mehanizmi organskih reakcija
Tema 1. Konjugovani sistemi, aromatičnost, elektronski efekti supstituenata
Konjugovani sistemi i aromatičnost. Konjugacija (p, p - i p, p-konjugacija). Konjugovani sistemi otvorenog lanca: 1,3-dieni (butadien, izopren), polieni (karotenoidi, vitamin A). Konjugirani sistemi sa zatvorenim krugom. Aromatičnost: kriterijum aromatičnosti, Hückelovo pravilo aromatičnosti. Aromatičnost benzoidnih (benzen, naftalen, fenantren) jedinjenja. Energija konjugacije. Struktura i uzroci termodinamičke stabilnosti karbo- i heterocikličnih aromatskih jedinjenja. Aromatičnost heterocikličnih (pirol, imidazol, piridin, pirimidin, purin) jedinjenja. Pirol i piridinski atomi dušika, p-ekscesni i p-deficitarni aromatični sistemi.
Međusobni utjecaj atoma i načini njegovog prijenosa u organskim molekulima. Delokalizacija elektrona kao jedan od faktora povećanja stabilnosti molekula i jona, njena rasprostranjena pojava u biološki važnim molekulima (porfin, hem, hemoglobin i dr.). Polarizacija veza. Elektronski efekti supstituenata (induktivnih i mezomernih) kao razlog neravnomjerne raspodjele elektronske gustine i pojave reakcionih centara u molekulu. Induktivni i mezomerni efekti (pozitivni i negativni), njihova grafička oznaka u strukturnim formulama organskih jedinjenja. Donori elektrona i supstituenti akceptora elektrona.
Zahtjevi za kompetenciju:
· Poznavati vrste konjugacije i biti u stanju odrediti vrstu konjugacije strukturnom formulom veze.
· Poznavanje kriterijuma aromatičnosti, sposobnost utvrđivanja pripadnosti aromatičnim jedinjenjima karbo- i heterocikličnih molekula po strukturnoj formuli.
· Biti u stanju da proceni elektronski doprinos atoma stvaranju jednog konjugovanog sistema, da poznaje elektronsku strukturu atoma azota piridina i pirola.
· Poznavati elektronske efekte supstituenata, njihove uzroke i biti u stanju da grafički opiše njihovo djelovanje.
· Biti u stanju da klasifikuje supstituente kao supstituente koji doniraju ili povlače elektrone na osnovu njihovih induktivnih i mezomernih efekata.
· Biti u stanju da predvidi efekat supstituenata na reaktivnost molekula.
Tema 2. Reaktivnost ugljovodonika. Reakcije radikalne supstitucije, elektrofilne adicije i supstitucije
Opšti obrasci reaktivnosti organskih jedinjenja kao hemijska osnova njihovog biološkog funkcionisanja. Hemijska reakcija kao proces. Pojmovi: supstrat, reagens, reakcioni centar, prelazno stanje, produkt reakcije, energija aktivacije, brzina reakcije, mehanizam.
Klasifikacija organskih reakcija prema rezultatu (adicija, supstitucija, eliminacija, redoks) i prema mehanizmu - radikalne, jonske (elektrofilne, nukleofilne), konzistentne. Vrste reagensa: radikalni, kiseli, bazični, elektrofilni, nukleofilni. Homolitičko i heterolitičko cijepanje kovalentnih veza u organskim spojevima i nastalim česticama: slobodnim radikalima, karbokatjonima i karbanionima. Elektronska i prostorna struktura ovih čestica i faktori koji određuju njihovu relativnu stabilnost.
Reaktivnost ugljovodonika. Reakcije radikalne supstitucije: homolitičke reakcije koje uključuju CH-veze sp3-hibridiziranog atoma ugljika. Mehanizam supstitucije radikala na primjeru reakcije halogeniranja alkana i cikloalkana. Koncept lančanih procesa. Koncept regioselektivnosti.
Načini nastanka slobodnih radikala: fotoliza, termoliza, redoks reakcije.
Elektrofilne reakcije adicije ( AE) u seriji nezasićenih ugljikovodika: heterolitičke reakcije koje uključuju p-veze između sp2-hibridiziranih atoma ugljika. Mehanizam reakcija hidratacije i hidrohalogenacije. kisela kataliza. Markovnikovo pravilo. Utjecaj statičkih i dinamičkih faktora na regioselektivnost reakcija elektrofilne adicije. Osobine reakcija elektrofilne adicije na dienske ugljovodonike i mali ciklusi (ciklopropan, ciklobutan).
Elektrofilne supstitucijske reakcije ( SE): heterolitičke reakcije koje uključuju oblak p-elektrona aromatičnog sistema. Mehanizam reakcija halogenacije, nitriranja, alkilacije aromatičnih jedinjenja: p - i s- kompleksi. Uloga katalizatora (Lewisova kiselina) u formiranju elektrofilne čestice.
Utjecaj supstituenata u aromatičnom jezgru na reaktivnost spojeva u reakcijama elektrofilne supstitucije. Orijentacioni uticaj supstituenata (orijentanti I i II vrste).
Zahtjevi za kompetenciju:
· Poznavati pojmove supstrata, reagensa, reakcionog centra, produkta reakcije, energije aktivacije, brzine reakcije, mehanizma reakcije.
· Poznavati klasifikaciju reakcija prema različitim kriterijumima (po krajnjem rezultatu, po metodi raskidanja veza, po mehanizmu) i vrstama reagensa (radikalni, elektrofilni, nukleofilni).
· Poznavati elektronsku i prostornu strukturu reagenasa i faktore koji određuju njihovu relativnu stabilnost, biti u stanju da uporede relativnu stabilnost sličnih reagensa.
· Poznavati načine nastanka slobodnih radikala i mehanizam reakcija supstitucije radikala (SR) na primjerima reakcija halogeniranja alkana i cikloalakana.
· Biti u stanju odrediti statističku vjerovatnoću nastanka mogućih produkata u reakcijama radikalne supstitucije i mogućnost regioselektivnog procesa.
· Poznavati mehanizam reakcija elektrofilne adicije (AE) u reakcijama halogenacije, hidrohalogenacije i hidratacije alkena, biti u stanju kvalitativno procijeniti reaktivnost supstrata na osnovu elektronskih efekata supstituenata.
· Poznavati Markovnikovo pravilo i znati odrediti regioselektivnost reakcija hidratacije i hidrohalogenacije na osnovu uticaja statičkih i dinamičkih faktora.
· Poznavati karakteristike reakcija elektrofilne adicije na konjugirane dienske ugljovodonike i male cikluse (ciklopropan, ciklobutan).
· Poznavati mehanizam reakcija elektrofilne supstitucije (SE) u reakcijama halogenacije, nitriranja, alkilacije, acilacije aromatičnih jedinjenja.
· Da se na osnovu elektronskih efekata supstituenata može utvrditi njihov uticaj na reaktivnost aromatičnog jezgra i njihovo orijentaciono delovanje.
Tema 3. Kiselinsko-bazna svojstva organskih jedinjenja
Kiselost i bazičnost organskih jedinjenja: teorije Bronsteda i Luisa. Stabilnost anjona kiseline je kvalitativni pokazatelj kiselinskih svojstava. Opći obrasci u promjeni kiselih ili baznih svojstava u odnosu na prirodu atoma u kiselom ili bazičnom centru, elektronski efekti supstituenata u tim centrima. Kisela svojstva organskih jedinjenja sa funkcionalnim grupama koje sadrže vodonik (alkoholi, fenoli, tioli, karboksilne kiseline, amini, CH-kiselost molekula i cabrications). p-baze i n- baze. Glavna svojstva neutralnih molekula koje sadrže heteroatome sa usamljenim parovima elektrona (alkoholi, tioli, sulfidi, amini) i aniona (hidroksid, alkoksid ioni, anioni organskih kiselina). Kiselinsko-bazna svojstva heterocikla koji sadrže dušik (pirol, imidazol, piridin). Vodikova veza kao specifična manifestacija kiselinsko-baznih svojstava.
Komparativne karakteristike kiselinskih svojstava spojeva koji sadrže hidroksilnu grupu (monohidrični i polihidroksilni alkoholi, fenoli, karboksilne kiseline). Uporedne karakteristike glavnih svojstava alifatskih i aromatskih amina. Utjecaj elektronske prirode supstituenta na kiselinsko-bazna svojstva organskih molekula.
Zahtjevi za kompetenciju:
· Znati definicije kiselina i baza prema Bronstedovoj protolitičkoj teoriji i Lewisovoj elektronskoj teoriji.
· Poznavati Bronstedovu klasifikaciju kiselina i baza u zavisnosti od prirode atoma kiselih ili baznih centara.
· Poznavati faktore koji utiču na jačinu kiselina i stabilnost njihovih konjugiranih baza, biti u stanju da sprovedu uporednu procenu jačine kiselina na osnovu stabilnosti njihovih odgovarajućih anjona.
· Poznavati faktore koji utiču na čvrstoću Bronstedovih baza, biti u stanju da izvrši uporednu procenu čvrstoće baza, uzimajući u obzir ove faktore.
· Poznavati uzroke vodonične veze, biti u stanju protumačiti stvaranje vodonične veze kao specifičnu manifestaciju kiselinsko-baznih svojstava neke supstance.
· Poznavati uzroke keto-enol tautomerije u organskim molekulima, biti u stanju da ih objasni sa stanovišta kiselinsko-baznih svojstava jedinjenja u odnosu na njihovu biološku aktivnost.
· Znati i biti sposoban da izvede kvalitativne reakcije koje omogućavaju razlikovanje polihidričnih alkohola, fenola, tiola.
Tema 4. Reakcije nukleofilne supstitucije na tetragonalnom atomu ugljika i reakcije kompetitivne eliminacije
Reakcije nukleofilne supstitucije na sp3-hibridizovanom atomu ugljika: heterolitičke reakcije zbog polarizacije veze ugljik-heteroatom (halogen derivati, alkoholi). Lako i teško napuštanje grupe: veza između lakoće napuštanja grupe i njene strukture. Utjecaj rastvarača, elektronskih i prostornih faktora na reaktivnost spojeva u reakcijama mono- i bimolekularne nukleofilne supstitucije (SN1 i SN2). Stereohemija reakcija nukleofilne supstitucije.
Reakcije hidrolize halogenih derivata. Reakcije alkilacije alkohola, fenola, tiola, sulfida, amonijaka, amina. Uloga kisele katalize u nukleofilnoj supstituciji hidroksilne grupe. Halogeni derivati, alkoholi, estri sumporne i fosforne kiseline kao alkilirajuća sredstva. Biološka uloga reakcija alkilacije.
Mono - i bimolekularne reakcije eliminacije (E1 i E2): (dehidracija, dehidrohalogenacija). Povećana CH-kiselost kao uzrok reakcija eliminacije koje prate nukleofilnu supstituciju na sp3-hibridiziranom atomu ugljika.
Zahtjevi za kompetenciju:
· Poznavati faktore koji određuju nukleofilnost reagensa, strukturu najvažnijih nukleofilnih čestica.
· Poznavati opšte obrasce reakcija nukleofilne supstitucije na zasićenom atomu ugljenika, uticaj statičkih i dinamičkih faktora na reaktivnost supstance u reakciji nukleofilne supstitucije.
· Poznavati mehanizme mono- i bimolekularne nukleofilne supstitucije, umeti da proceni uticaj steričnih faktora, uticaj rastvarača, uticaj statičkih i dinamičkih faktora na reakciju jednim od mehanizama.
· Poznavati mehanizme mono- i bimolekularne eliminacije, razloge nadmetanja između reakcija nukleofilne supstitucije i eliminacije.
· Poznavati Zajcevovo pravilo i biti u stanju da odredi glavni proizvod u reakcijama dehidracije i dehidrohalogenacije nesimetričnih alkohola i haloalkana.
Tema 5. Reakcije nukleofilne adicije i supstitucije na trigonalnom atomu ugljika
Reakcije nukleofilne adicije: heterolitičke reakcije koje uključuju p-veze ugljik-kisik (aldehidi, ketoni). Mehanizam reakcija interakcije karbonilnih jedinjenja sa nukleofilnim reagensima (voda, alkoholi, tioli, amini). Utjecaj elektronskih i prostornih faktora, uloga kiselinske katalize, reverzibilnost reakcija nukleofilne adicije. Hemiacetali i acetali, njihova priprema i hidroliza. Biološka uloga reakcija acetalizacije. Reakcije adicije aldola. glavna kataliza. Struktura enolatnog jona.
Reakcije nukleofilne supstitucije u nizu karboksilnih kiselina. Elektronska i prostorna struktura karboksilne grupe. Reakcije nukleofilne supstitucije na sp2-hibridizovanom atomu ugljika (karboksilne kiseline i njihovi funkcionalni derivati). Sredstva za aciliranje (kiseli halogenidi, anhidridi, karboksilne kiseline, estri, amidi), uporedne karakteristike njihove reaktivnosti. Reakcije acilacije - stvaranje anhidrida, estera, tioetera, amida - i njihove reverzne reakcije hidrolize. Acetil koenzim A je prirodni makroergijski acilirajući agens. Biološka uloga reakcija acilacije. Koncept nukleofilne supstitucije na atomima fosfora, reakcije fosforilacije.
Reakcije oksidacije i redukcije organskih spojeva. Specifičnost redoks reakcija organskih jedinjenja. Koncept prijenosa jednog elektrona, prijenosa hidridnih jona i djelovanje NAD + ↔ NADH sistema. Reakcije oksidacije alkohola, fenola, sulfida, karbonilnih jedinjenja, amina, tiola. Reakcije oporavka karbonilnih spojeva, disulfida. Uloga redoks reakcija u životnim procesima.
Zahtjevi za kompetenciju:
· Poznavati elektronsku i prostornu strukturu karbonilne grupe, uticaj elektronskih i steričnih faktora na reaktivnost okso grupe u aldehidima i ketonima.
· Poznavati mehanizam reakcija nukleofilnog dodavanja vode, alkohola, amina, tiola na aldehide i ketone, ulogu katalizatora.
· Poznavati mehanizam reakcija aldolne kondenzacije, faktore koji određuju učešće jedinjenja u ovoj reakciji.
· Poznavati mehanizam redukcionih reakcija okso jedinjenja sa metalnim hidridima.
· Poznavati reakcione centre dostupne u molekulima karboksilnih kiselina. Biti u stanju izvršiti uporednu procjenu jačine karboksilnih kiselina u zavisnosti od strukture radikala.
· Poznavati elektronsku i prostornu strukturu karboksilne grupe, biti sposoban da izvrši uporednu procenu sposobnosti atoma ugljenika okso grupe u karboksilnim kiselinama i njihovim funkcionalnim derivatima (kiseli halogenidi, anhidridi, estri, amidi, soli) da podvrgnuti nukleofilnom napadu.
· Poznavati mehanizam reakcija nukleofilne supstitucije na primjerima acilacije, esterifikacije, hidrolize estera, anhidrida, kiselinskih halogenida, amida.
Tema 6. Lipidi, klasifikacija, struktura, svojstva
Lipidi su saponifikabilni i neosomivi. neutralnih lipida. Prirodne masti kao mješavina triacilglicerola. Glavne prirodne više masne kiseline koje čine lipide su: palmitinska, stearinska, oleinska, linolna, linolenska. Arahidonska kiselina. Osobine nezasićenih masnih kiselina, w-nomenklatura.
Peroksidna oksidacija fragmenata nezasićenih masnih kiselina u ćelijskim membranama. Uloga lipidne peroksidacije membrana u djelovanju niskih doza zračenja na organizam. Antioksidativni odbrambeni sistemi.
Fosfolipidi. Fosfatne kiseline. Fosfatidilkolamini i fosfatidilserini (cefalini), fosfatidilkolini (lecitini) su strukturne komponente ćelijskih membrana. lipidni dvosloj. Sfingolipidi, ceramidi, sfingomijelini. Glikolipidi mozga (cerebrozidi, gangliozidi).
Zahtjevi za kompetenciju:
Znati klasifikaciju lipida, njihovu strukturu.
· Poznavati strukturu strukturnih komponenti saponifibilnih lipida - alkohola i viših masnih kiselina.
· Poznavati mehanizam reakcija stvaranja i hidrolize jednostavnih i složenih lipida.
· Znati i biti sposoban izvesti kvalitativne reakcije na nezasićene masne kiseline i ulja.
· Poznavati klasifikaciju nesaponifibilnih lipida, imati ideju o principima klasifikacije terpena i steroida, njihovoj biološkoj ulozi.
· Poznavati biološku ulogu lipida, njihove glavne funkcije, imati ideju o glavnim fazama peroksidacije lipida i posljedicama ovog procesa za ćeliju.
Odjeljak 2. Stereoizomerizam organskih molekula. Poli - i heterofunkcionalni spojevi uključeni u vitalne procese
Tema 7. Stereoizomerizam organskih molekula
Stereoizomerizam u nizu jedinjenja sa dvostrukom vezom (p-dijastereomerizam). Cis - i trans-izomerizam nezasićenih spojeva. E, Z su oznake za p-dijastereomere. Komparativna stabilnost p-dijastereomera.
kiralnih molekula. Asimetrični atom ugljika kao centar kiralnosti. Stereoizomerizam molekula sa jednim centrom kiralnosti (enantiomerizam). optička aktivnost. Formule Fisherove projekcije. Gliceraldehid kao standardna konfiguracija, apsolutna i relativna konfiguracija. D, L-sistem stereohemijske nomenklature. R, S-sistem stereohemijske nomenklature. Racemske smjese i metode za njihovo odvajanje.
Stereoizomerizam molekula sa dva ili više centara kiralnosti. Enantiomeri, dijastereomeri, mezoformi.
Zahtjevi za kompetenciju:
· Poznavati uzroke stereoizomerizma u nizu alkena i dienskih ugljovodonika.
· Da se može utvrditi mogućnost postojanja p-dijastereomera pomoću skraćene strukturne formule nezasićenog jedinjenja, razlikovati cis-trans-izomeri, procijeniti njihovu komparativnu stabilnost.
· Poznavati elemente simetrije molekula, neophodne uslove za pojavu kiralnosti u organskom molekulu.
· Znati i umeti prikazati enantiomere koristeći formule Fisherove projekcije, izračunati broj očekivanih stereoizomera na osnovu broja kiralnih centara u molekulu, principe za određivanje apsolutne i relativne konfiguracije, D - , L-sistem stereohemijske nomenklature.
· Poznavati načine odvajanja racemata, osnovne principe R, S-sistema stereohemijske nomenklature.
Tema 8. Fiziološki aktivna poli- i heterofunkcionalna jedinjenja alifatskog, aromatičnog i heterocikličkog niza
Poli- i heterofunkcionalnost kao jedna od karakterističnih osobina organskih jedinjenja uključenih u vitalne procese i osnivača najvažnijih grupa lekova. Osobine u međusobnom utjecaju funkcionalnih grupa ovisno o njihovoj relativnoj lokaciji.
Polihidrični alkoholi: etilen glikol, glicerin. Esteri polihidričnih alkohola sa neorganskim kiselinama (nitroglicerin, glicerol fosfati). Dihidrični fenoli: hidrokinon. Oksidacija dvoatomskih fenola. Hidrokinon-kinon sistem. Fenoli kao antioksidansi (hvatači slobodnih radikala). Tocopherols.
Dvobazne karboksilne kiseline: oksalna, malonska, jantarna, glutarna, fumarna. Pretvaranje jantarne kiseline u fumarnu kiselinu kao primjer biološki važne reakcije dehidrogenacije. Reakcije dekarboksilacije, njihova biološka uloga.
Amino alkoholi: aminoetanol (kolamin), holin, acetilholin. Uloga acetilholina u kemijskom prijenosu nervnih impulsa u sinapsama. Aminofenoli: dopamin, norepinefrin, epinefrin. Koncept biološke uloge ovih jedinjenja i njihovih derivata. Neurotoksični efekti 6-hidroksidopamina i amfetamina.
Hidroksi i aminokiseline. Reakcije ciklizacije: uticaj različitih faktora na proces formiranja ciklusa (implementacija odgovarajućih konformacija, veličina rezultujućeg ciklusa, faktor entropije). Laktoni. laktami. Hidroliza laktona i laktama. Reakcija eliminacije b-hidroksi i aminokiselina.
Aldegido - i keto kiseline: pirugrožđana, acetosirćetna, oksalosirćetna, a-ketoglutarna. Svojstva kiselina i reaktivnost. Reakcije dekarboksilacije b-keto kiselina i oksidativne dekarboksilacije a-keto kiselina. Ester acetoaceta, keto-enol tautomerizam. Predstavnici "ketonskih tijela" - b-hidroksibutirna, b-ketobutirna kiselina, aceton, njihov biološki i dijagnostički značaj.
Heterofunkcionalni derivati serije benzena kao lijekovi. Salicilna kiselina i njeni derivati (acetilsalicilna kiselina).
Para-aminobenzojeva kiselina i njeni derivati (anestezin, novokain). Biološka uloga p-aminobenzojeve kiseline. Sulfanilna kiselina i njen amid (streptocid).
Heterocikli sa nekoliko heteroatoma. Pirazol, imidazol, pirimidin, purin. Pirazolon-5 je osnova ne-narkotičnih analgetika. Barbiturna kiselina i njeni derivati. Hidroksipurini (hipoksantin, ksantin, mokraćna kiselina), njihova biološka uloga. Heterocikli sa jednim heteroatomom. Pirol, indol, piridin. Biološki važni derivati piridina su nikotinamid, piridoksal, derivati izonikotinske kiseline. Nikotinamid je strukturna komponenta NAD+ koenzima, što određuje njegovo učešće u OVR.
Zahtjevi za kompetenciju:
· Umeti klasifikovati heterofunkcionalna jedinjenja po sastavu i međusobnom rasporedu.
· Poznavati specifične reakcije amino i hidroksi kiselina sa a, b, g - rasporedom funkcionalnih grupa.
· Poznavati reakcije koje dovode do stvaranja biološki aktivnih jedinjenja: holina, acetilkolina, adrenalina.
· Poznavati ulogu keto-enol tautomerije u ispoljavanju biološke aktivnosti keto kiselina (pirogrožđane, oksalosirćetne, acetosirćetne) i heterocikličnih jedinjenja (pirazol, barbiturna kiselina, purin).
· Poznavati metode redoks transformacije organskih jedinjenja, biološku ulogu redoks reakcija u ispoljavanju biološke aktivnosti dvoatomskih fenola, nikotinamida, formiranju ketonskih tela.
Predmet9 . Ugljikohidrati, klasifikacija, struktura, svojstva, biološka uloga
Ugljikohidrati, njihova klasifikacija u odnosu na hidrolizu. Klasifikacija monosaharida. Aldoze, ketoze: trioze, tetroze, pentoze, heksoze. Stereoizomerizam monosaharida. D - i L-serija stereohemijske nomenklature. Otvorene i ciklične forme. Fisherove formule i Haworthove formule. Furanoze i piranoze, a - i b-anomeri. Ciklo-okso-tautomerizam. Konformacije piranoznih oblika monosaharida. Struktura najvažnijih predstavnika pentoza (riboza, ksiloza); heksoza (glukoza, manoza, galaktoza, fruktoza); deoksišećeri (2-deoksiriboza); amino šećeri (glukozamin, manozamin, galaktozamin).
Hemijska svojstva monosaharida. Reakcije nukleofilne supstitucije koje uključuju anomerni centar. O - i N-glikozidi. hidroliza glikozida. Fosfati monosaharida. Oksidacija i redukcija monosaharida. Redukciona svojstva aldoza. Glikonska, glikarna, glikuronska kiselina.
Oligosaharidi. Disaharidi: maltoza, celobioza, laktoza, saharoza. Struktura, ciklo-okso-tautomerizam. Hidroliza.
Polisaharidi. Opće karakteristike i klasifikacija polisaharida. Homo- i heteropolisaharidi. Homopolisaharidi: skrob, glikogen, dekstrani, celuloza. Primarna struktura, hidroliza. Koncept sekundarne strukture (skrob, celuloza).
Zahtjevi za kompetenciju:
Poznavati klasifikaciju monosaharida (prema broju atoma ugljika, sastav funkcionalnih grupa), strukturu otvorenih i cikličkih oblika (furanoza, piranoza) najvažnijih monosaharida, njihov odnos D - i L - serije stereokemijskih nomenklaturu, biti u stanju odrediti broj mogućih dijastereomera, odnositi stereoizomere na dijastereomere, epimere, anomere.
· Poznavati mehanizam reakcija ciklizacije monosaharida, uzroke mutarotacije rastvora monosaharida.
· Poznavati hemijska svojstva monosaharida: redoks reakcije, reakcije formiranja i hidrolize O- i N-glikozida, reakcije esterifikacije, fosforilacije.
· Biti u stanju provesti kvalitativne reakcije na diolnom fragmentu i prisustvo redukcijskih svojstava monosaharida.
· Poznavati klasifikaciju disaharida i njihovu strukturu, konfiguraciju anomernog atoma ugljenika koji formira glikozidnu vezu, tautomerne transformacije disaharida, njihova hemijska svojstva, biološku ulogu.
· Poznavati klasifikaciju polisaharida (u odnosu na hidrolizu, prema sastavu monosaharida), strukturu najvažnijih predstavnika homopolisaharida, konfiguraciju anomernog atoma ugljika koji formira glikozidnu vezu, njihova fizička i hemijska svojstva i biološku ulogu . Imati razumijevanje o biološkoj ulozi heteropolisaharida.
Tema 10.a- Aminokiseline, peptidi, proteini. Struktura, svojstva, biološka uloga
Struktura, nomenklatura, klasifikacija a-aminokiselina koje čine proteine i peptide. Stereoizomerizam a-aminokiselina.
Biosintetski putevi za stvaranje a-aminokiselina iz okso kiselina: reakcije reduktivne aminacije i transaminacije. Esencijalne aminokiseline.
Hemijska svojstva a-aminokiselina kao heterofunkcionalnih spojeva. Kiselinsko-bazna svojstva a-aminokiselina. Izoelektrična tačka, metode odvajanja a-aminokiselina. Formiranje intrakompleksnih soli. Reakcije esterifikacije, acilacije, alkilacije. Interakcija sa dušičnom kiselinom i formaldehidom, značaj ovih reakcija za analizu aminokiselina.
g-aminobutirna kiselina je inhibitorni neurotransmiter CNS-a. Antidepresivno djelovanje L-triptofana, serotonina kao neurotransmitera spavanja. Medijatorska svojstva glicina, histamina, asparaginske i glutaminske kiseline.
Biološki važne reakcije a-aminokiselina. Reakcije deaminacije i hidroksilacije. Dekarboksilacija a-aminokiselina - put do stvaranja biogenih amina i bioregulatora (kolamin, histamin, triptamin, serotonin.) peptida. Elektronska struktura peptidne veze. Kisela i alkalna hidroliza peptida. Uspostavljanje aminokiselinskog sastava savremenim fizičko-hemijskim metodama (Sanger i Edman metode). Koncept neuropeptida.
Primarna struktura proteina. Djelomična i potpuna hidroliza. Koncept sekundarnih, tercijarnih i kvartarnih struktura.
Zahtjevi za kompetenciju:
· Poznavati strukturu, stereohemijsku klasifikaciju a-aminokiselina, koje pripadaju D- i L-stereohemijskom nizu prirodnih aminokiselina, esencijalnih aminokiselina.
· Poznavati načine sinteze a-amino kiselina in vivo i in vitro, poznavati kiselinsko-bazna svojstva i metode prevođenja a-aminokiselina u izoelektrično stanje.
· Poznavati hemijska svojstva a-aminokiselina (reakcije na amino- i karboksilne grupe), biti u stanju da sprovede kvalitativne reakcije (ksantoprotein, sa Su(OH) 2, ninhidrin).
Poznavati elektronsku strukturu peptidne veze, primarnu, sekundarnu, tercijarnu i kvarternu strukturu proteina i peptida, znati odrediti sastav aminokiselina i sekvencu aminokiselina (Sangerova metoda, Edmanova metoda), biti sposoban izvršiti biuret reakcija za peptide i proteine.
· Poznavati princip metode sinteze peptida korišćenjem zaštite i aktivacije funkcionalnih grupa.
Tema 11. Nukleotidi i nukleinske kiseline
Nukleinske baze koje čine nukleinske kiseline. Pirimidinske (uracil, timin, citozin) i purinske (adenin, guanin) baze, njihova aromatičnost, tautomerne transformacije.
Nukleozidi, reakcije njihovog stvaranja. Priroda veze nukleinske baze s ostatkom ugljikohidrata; konfiguracija glikozidnog centra. Hidroliza nukleozida.
Nukleotidi. Struktura mononukleotida koji formiraju nukleinske kiseline. Nomenklatura. Hidroliza nukleotida.
Primarna struktura nukleinskih kiselina. Fosfodiesterska veza. Ribonukleinske i deoksiribonukleinske kiseline. Nukleotidni sastav RNK i DNK. Hidroliza nukleinskih kiselina.
Koncept sekundarne strukture DNK. Uloga vodikovih veza u formiranju sekundarne strukture. Komplementarnost nukleinskih baza.
Lijekovi na bazi modificiranih nukleinskih baza (5-fluorouracil, 6-merkaptopurin). Princip hemijske sličnosti. Promjene u strukturi nukleinskih kiselina pod uticajem hemikalija i zračenja. Mutageno djelovanje dušične kiseline.
Nukleozidni polifosfati (ADP, ATP), karakteristike njihove strukture, omogućujući im da obavljaju funkcije makroergijskih spojeva i intracelularnih bioregulatora. Struktura cAMP - intracelularnog "posrednika" hormona.
Zahtjevi za kompetenciju:
· Poznavati strukturu pirimidinskih i purinskih azotnih baza, njihove tautomerne transformacije.
· Poznavati mehanizam reakcija nastajanja N-glikozida (nukleozida) i njihove hidrolize, nomenklaturu nukleozida.
· Poznavati fundamentalne sličnosti i razlike između prirodnih i sintetičkih nukleozida-antibiotika u poređenju sa nukleozidima koji su dio DNK i RNK.
· Poznavati reakcije nastajanja nukleotida, strukturu mononukleotida koji čine nukleinske kiseline, njihovu nomenklaturu.
· Poznavati strukturu nukleozidnih ciklo- i polifosfata, njihovu biološku ulogu.
· Poznavati nukleotidni sastav DNK i RNK, ulogu fosfodiestarske veze u stvaranju primarne strukture nukleinskih kiselina.
· Poznavati ulogu vodoničnih veza u formiranju sekundarne strukture DNK, komplementarnost azotnih baza, ulogu komplementarnih interakcija u biološkoj funkciji DNK.
Poznavati faktore koji uzrokuju mutacije i princip njihovog djelovanja.
Informativni dio
Bibliografija
Glavni:
1. Romanovsky, Bioorganska hemija: udžbenik u 2 dijela /. - Minsk: BSMU, 20s.
2. Romanovsky, radionici o bioorganskoj hemiji: udžbenik / priredio. - Minsk: BSMU, 1999. - 132 str.
3. Tyukavkina, N.A., Bioorganska hemija: udžbenik /,. - Moskva: Medicina, 1991. - 528 str.
Dodatno:
4. Ovčinnikov, hemija: monografija / .
- Moskva: Prosveta, 1987. - 815 str.
5. Potapov,: udžbenik /. - Moskva:
Chemistry, 1988. - 464 str.
6. Riles, A. Osnove organske hemije: udžbenik / A. Rice, K. Smith,
R. Ward. - Moskva: Mir, 1989. - 352 str.
7. Taylor, G. Osnove organske hemije: udžbenik / G. Taylor. -
Moskva: Mirs.
8. Terney, A. Savremena organska hemija: udžbenik u 2 toma /
A. Terney. - Moskva: Mir, 1981. - 1310 str.
9. Tyukavkina, za laboratorijske studije o bioorganskim
hemija: udžbenik / [i dr.]; uredio N. A.
Tyukavkina. - Moskva: Medicina, 1985. - 256 str.
10. Tyukavkina, N.A., Bioorganska hemija: udžbenik za studente
medicinski instituti / , . - Moskva.
Zdravo! Mnogi studenti medicinskih univerziteta sada studiraju bioorgansku hemiju, poznatu i kao BOC.
Na nekim univerzitetima se ovaj predmet završava testom, na drugim ispitom. Ponekad se dešava da je test na jednom univerzitetu po složenosti uporediv sa ispitom na drugom.
Na mom fakultetu je bioorganska hemija bila samo ispit na letnjoj sesiji na samom kraju prve godine. Moram reći da je BOH jedna od onih tema koje na prvu užasavaju i mogu potaknuti misao - "nemoguće je proći". Ovo posebno važi, naravno, za ljude sa slabom osnovom organske hemije (i, što je čudno, ima dosta takvih ljudi na medicinskim fakultetima).
Programi za proučavanje bioorganske hemije na različitim univerzitetima mogu se jako razlikovati, a metode nastave još više.
Međutim, zahtjevi za studente su svuda približno isti. Najjednostavnije rečeno, da biste položili bioorgansku hemiju na 5, morate znati imena, svojstva, strukturne karakteristike i tipične reakcije brojnih organskih supstanci.
Naš nastavnik, uvaženi profesor, prezentovao je gradivo kao da je svaki učenik najbolji u školi iz organske hemije (a bioorganska hemija je u suštini komplikovan predmet u školskoj organskoj hemiji). Vjerovatno je bio u pravu u svom pristupu, svi bi trebali posegnuti i pokušati biti najbolji. Međutim, to je dovelo do toga da su neki učenici, koji nisu djelimično razumjeli gradivo u prva 2-3 časa, prestali da razumiju sve do sredine semestra.
Odlučio sam da napišem ovaj materijal dobrim dijelom zato što sam bio upravo takav student. U školi sam veoma voleo neorgansku hemiju, ali uvek nisam radio sa organskom hemijom. Još kada sam se spremao za Jedinstveni državni ispit, odabrao sam strategiju jačanja svih znanja iz anorganskih materija, dok sam istovremeno fiksirao samo bazu organske materije. Inače, skoro mi je ispalo poprečno što se tiče uvodnih tačaka, ali to je druga priča.
Nisam uzalud govorio o metodici nastave, jer je i naša bila vrlo neobična. Odmah su nam, skoro na prvom času, pokazali priručnike po kojima smo morali polagati testove, a zatim ispit.
Bioorganska hemija - testovi i ispit
Cijeli kurs je podijeljen u 4 glavne teme, od kojih je svaka završena probnom lekcijom. Već smo imali pitanja za svaki od četiri testa iz prvih parova. Oni su se, naravno, uplašili, ali su istovremeno služili kao svojevrsna mapa po kojoj se moglo kretati.
Prvi test je bio prilično elementaran. Bila je posvećena uglavnom nomenklaturi, trivijalnim (kućnim) i međunarodnim nazivima i, naravno, klasifikaciji supstanci. Takođe, u ovom ili onom obliku, zahvaćeni su znaci aromatičnosti.
Drugi test nakon prvog izgledao je mnogo teži. Tamo je bilo potrebno opisati svojstva i reakcije supstanci kao što su ketoni, aldehidi, alkoholi, karboksilne kiseline. Na primjer, jedna od najtipičnijih reakcija aldehida je reakcija srebrnog ogledala. Prilično lijep prizor. Ako u bilo koji aldehid dodate Tollensov reagens, odnosno OH, tada ćete na zidu epruvete vidjeti talog koji podsjeća na ogledalo, ovako izgleda: 
Treća pozicija u odnosu na drugu nije djelovala tako strašno. Svi su već navikli pisati reakcije i pamtiti svojstva po klasifikacijama. Na trećem plasmanu radilo se o spojevima sa dvije funkcionalne grupe - aminofenoli, aminoalkoholi, oksokiseline i drugi. Svaka karta je također sadržavala najmanje jednu kartu za ugljikohidrate.
Četvrti test iz bioorganske hemije bio je gotovo u potpunosti posvećen proteinima, aminokiselinama i peptidnim vezama. Poseban naglasak bila su pitanja koja su zahtijevala prikupljanje RNK i DNK.
Inače, ovako izgleda jedna aminokiselina - možete vidjeti amino grupu (na ovoj slici je obojena žuto) i grupu karboksilne kiseline (lila je). Upravo sa supstancama ove klase morao sam da se suočim na četvrtoj tabeli. 
Svaki test se predavao na tabli - učenik mora bez nagovaranja zapisati i objasniti sva potrebna svojstva u obliku reakcija. Na primjer, ako prođete drugi test, na svojoj karti imate svojstva alkohola. Učiteljica ti kaže - uzmi propanol. Napišete formulu za propanol i 4-5 tipičnih reakcija da biste ilustrirali njegova svojstva. Može biti egzotično, poput spojeva koji sadrže sumpor. Greška čak i u indeksu jednog produkta reakcije često me je navela da dalje proučavam ovaj materijal do sljedećeg pokušaja (koji je bio za tjedan dana). Strašno? Oštro? Svakako!
Međutim, ovaj pristup ima vrlo ugodnu nuspojavu. Bilo je teško tokom redovnih seminara. Mnogi su prošli testove 5-6 puta. Ali s druge strane, ispit je bio vrlo lak, jer je svaki listić sadržavao 4 pitanja. Naime, po jedan od svakog već naučenog i riješenog testa.
Stoga neću ni opisivati zamršenosti pripreme za ispit iz bioorganske hemije. U našem slučaju, sve pripreme su se svodile na to kako smo se pripremili za same testove. Sa sigurnošću sam položio svaki od četiri testa - prije ispita samo pogledaj svoje nacrte, zapiši najosnovnije reakcije i sve će se odmah vratiti. Činjenica je da je organska hemija vrlo logična nauka. Ne morate zapamtiti ogromne nizove reakcija, već same mehanizme.
Da, napominjem da ovo ne radi sa svim stavkama. Strašna anatomija se ne može proći jednostavnim čitanjem vaših bilješki dan ranije. Brojni drugi predmeti također imaju svoje karakteristike. Čak i ako se bioorganska hemija predaje drugačije na vašem medicinskom fakultetu, možda ćete morati da prilagodite svoju obuku i primenite je malo drugačije nego ja. U svakom slučaju, sretno vam bilo, razumite i volite nauku!
Bioorganska hemija je fundamentalna nauka koja proučava strukturu i biološke funkcije najvažnijih komponenti žive materije, prvenstveno biopolimera i niskomolekularnih bioregulatora, sa fokusom na rasvetljavanju obrazaca odnosa između strukture jedinjenja i njihovog biološkog delovanja.
Bioorganska hemija je nauka na razmeđu hemije i biologije, doprinosi otkrivanju principa funkcionisanja živih sistema. Bioorganska hemija ima izraženu praktičnu orijentaciju, kao teorijska osnova za dobijanje novih vrednih jedinjenja za medicinu, poljoprivredu, hemijsku, prehrambenu i mikrobiološku industriju. Opseg interesovanja bioorganske hemije je neobično širok - ovo je svet supstanci izolovanih iz divljih životinja i koje igraju važnu ulogu u životu, i svet veštački dobijenih organskih jedinjenja sa biološkom aktivnošću. Bioorganska hemija pokriva hemiju svih supstanci žive ćelije, desetine i stotine hiljada jedinjenja.
Predmeti proučavanja, metode istraživanja i glavni zadaci bioorganske hemije
Objekti proučavanja bioorganska hemija su proteini i peptidi, ugljikohidrati, lipidi, biopolimeri mješovitog tipa - glikoproteini, nukleoproteini, lipoproteini, glikolipidi, itd., alkaloidi, terpenoidi, vitamini, antibiotici, hormoni, prostaglandini, feromoni, kao i biks regulatori procesi: lijekovi, pesticidi, itd.
Glavni arsenal istraživačkih metoda metode bioorganske hemije; Za rješavanje strukturalnih problema koriste se fizičke, fizičko-hemijske, matematičke i biološke metode.
Glavni zadaci bioorganska hemija su:
- Izolacija u pojedinačnom stanju i prečišćavanje proučavanih jedinjenja kristalizacijom, destilacijom, raznim vrstama hromatografije, elektroforeze, ultrafiltracije, ultracentrifugiranja itd. njen uticaj na određeni fiziološki proces itd.);
- Uspostavljanje strukture, uključujući i prostornu strukturu, zasnovano na pristupima organske hemije (hidroliza, oksidativno cijepanje, cijepanje na specifičnim fragmentima, na primjer, na ostatke metionina pri uspostavljanju strukture peptida i proteina, cijepanje na 1,2-diolu grupe ugljikohidrata i dr.) i fizičko-hemijsku hemiju pomoću masene spektrometrije, raznih vrsta optičke spektroskopije (IR, UV, laser, itd.), analize difrakcije rendgenskih zraka, nuklearne magnetne rezonance, elektronske paramagnetne rezonance, optičke rotacijske disperzije i kružni dikroizam, brze kinetičke metode itd. u kombinaciji sa kompjuterskim proračunima. Za brzo rješavanje standardnih problema povezanih s uspostavljanjem strukture niza biopolimera, stvoreni su i široko se koriste automatski uređaji čiji se princip rada temelji na standardnim reakcijama i svojstvima prirodnih i biološki aktivnih spojeva. To su analizatori za određivanje kvantitativnog aminokiselinskog sastava peptida, sekvenceri za potvrđivanje ili uspostavljanje sekvence aminokiselinskih ostataka u peptidima i nukleotidne sekvence u nukleinskim kiselinama itd. Upotreba enzima koji specifično cijepaju proučavana jedinjenja prema strogo definisanim veze su važne u proučavanju strukture kompleksnih biopolimera. Takvi enzimi se koriste u proučavanju strukture proteina (tripsin, proteinaze koje cijepaju peptidne veze na glutaminskoj kiselini, prolinu i ostalim ostacima aminokiselina), nukleinskih kiselina i polinukleotida (nukleaze, restrikcijski enzimi), polimera koji sadrže ugljikohidrate (glikozidaze, uključujući specifične - galaktozidaze, glukuronidaze itd.). Da bi se povećala efikasnost istraživanja, analizi se ne podvrgavaju samo prirodna jedinjenja, već i njihovi derivati koji sadrže karakteristične, posebno uvedene grupe i obeležene atome. Takvi derivati se dobijaju, na primjer, uzgojem proizvođača na mediju koji sadrži označene aminokiseline ili druge radioaktivne prekursore, koji uključuju tricij, radioaktivni ugljik ili fosfor. Pouzdanost podataka dobijenih u proučavanju kompleksnih proteina značajno se povećava ako se ovo istraživanje provodi u kombinaciji sa proučavanjem strukture odgovarajućih gena.
- Hemijska sinteza i hemijska modifikacija proučavanih jedinjenja, uključujući totalnu sintezu, sintezu analoga i derivata. Za jedinjenja male molekularne mase važan kriterijum za ispravnost uspostavljene strukture je i dalje kontrasinteza. Razvoj metoda za sintezu prirodnih i biološki aktivnih jedinjenja neophodan je da bi se rešio sledeći važan problem bioorganske hemije - da bi se rasvetlio odnos njihove strukture i biološke funkcije.
- Razjašnjenje odnosa između strukture i bioloških funkcija biopolimera i bioregulatora niske molekularne težine; proučavanje hemijskih mehanizama njihovog biološkog delovanja. Ovaj aspekt bioorganske hemije dobija sve veći praktični značaj. Poboljšanje arsenala metoda za hemijsku i hemijsko-enzimsku sintezu složenih biopolimera (biološki aktivni peptidi, proteini, polinukleotidi, nukleinske kiseline, uključujući aktivno funkcionalne gene), u sprezi sa sve boljom tehnikom za sintezu relativno jednostavnijih bioregulatora , kao i metode selektivnog cijepanja biopolimera, omogućavaju sve dublje razumijevanje ovisnosti biološkog djelovanja o strukturi spojeva. Upotreba visoko efikasne kompjuterske tehnologije omogućava objektivno upoređivanje brojnih podataka različitih istraživača i pronalaženje zajedničkih obrazaca. Pronađeni posebni i opći obrasci, zauzvrat, stimuliraju i olakšavaju sintezu novih spojeva, što u nekim slučajevima (na primjer, u proučavanju peptida koji utiču na moždanu aktivnost) omogućava pronalaženje praktično važnih sintetičkih spojeva koji su superiorniji u biološke aktivnosti u odnosu na njihove prirodne parnjake. Proučavanje hemijskih mehanizama biološkog delovanja otvara mogućnost stvaranja biološki aktivnih jedinjenja sa unapred određenim osobinama.
- Dobijanje praktično vrijednih lijekova.
- Biološko ispitivanje dobijenih jedinjenja.
Formiranje bioorganske hemije. Istorijska referenca
Formiranje bioorganske hemije u svijetu dogodilo se krajem 50-ih - početkom 60-ih godina, kada su glavni objekti istraživanja u ovoj oblasti bile četiri klase organskih jedinjenja koja igraju ključnu ulogu u životu ćelije i organizma - proteini, polisaharidi. i lipida. Izuzetna dostignuća tradicionalne hemije prirodnih jedinjenja, kao što je otkriće L. Paulinga α-heliksa kao jednog od glavnih elemenata prostorne strukture polipeptidnog lanca u proteinima, uspostavljanje hemijske strukture od strane A. Todda nukleotidi i prva sinteza dinukleotida, razvoj F. Senger metode za određivanje sekvence aminokiselina u proteinima i dešifriranje strukture inzulina uz pomoć nje, sinteza R. Woodwarda tako složenih prirodnih jedinjenja kao što su rezerpin, hlorofil i vitamin B 12, sinteza prvog peptidnog hormona oksitocina, označila je, u suštini, transformaciju hemije prirodnih jedinjenja u modernu bioorgansku hemiju.
Međutim, kod nas se interes za proteine i nukleinske kiseline pojavio mnogo ranije. Prve studije o hemiji proteina i nukleinskih kiselina započete su sredinom 1920-ih. unutar zidina Moskovskog univerziteta, i tu su se formirale prve naučne škole koje do danas uspešno rade u ovim važnim oblastima prirodnih nauka. Dakle, 20-ih godina. na inicijativu N.D. Zelinsky je započeo sistematska istraživanja o hemiji proteina, čiji je glavni zadatak bio da razjasni opšte principe strukture proteinskih molekula. N.D. Zelinsky je stvorio prvu laboratoriju za hemiju proteina u našoj zemlji, u kojoj su obavljeni važni radovi na sintezi i strukturnoj analizi aminokiselina i peptida. Izvanredna uloga u razvoju ovih radova pripada M.M. Botvinik i njeni učenici, koji su postigli impresivne rezultate u proučavanju strukture i mehanizma djelovanja neorganskih pirofosfataza, ključnih enzima metabolizma fosfora u ćeliji. Do kraja 1940-ih, kada se počela pojavljivati vodeća uloga nukleinskih kiselina u genetskim procesima, M.A. Prokofjev i Z.A. Šabarova je započela rad na sintezi komponenti nukleinskih kiselina i njihovih derivata, čime je postavljena osnova za hemiju nukleinskih kiselina u našoj zemlji. Izvršene su prve sinteze nukleozida, nukleotida i oligonukleotida, a veliki doprinos je dat i stvaranju domaćih automatskih sintisajzera nukleinskih kiselina.
U 60-im godinama. ovaj trend kod nas se razvijao dosledno i brzo, često ispred sličnih koraka i trendova u inostranstvu. Osnovna otkrića A.N. Belozerskog, koji je dokazao postojanje DNK u višim biljkama i sistematski proučavao hemijski sastav nukleinskih kiselina, klasične studije V.A. Engelhardt i V.A. Belitsera o oksidativnom mehanizmu fosforilacije, svjetski poznatim studijama A.E. Arbuzova o hemiji fiziološki aktivnih organofosfornih jedinjenja, kao i temeljnom radu I.N. Nazarova i N.A. Preobraženskog o sintezi raznih prirodnih supstanci i njihovih analoga i druga djela. Najveća dostignuća u stvaranju i razvoju bioorganske hemije u SSSR-u pripadaju akademiku M.M. Shemyakin. On je posebno započeo rad na proučavanju atipičnih peptida - depsipeptida, koji su kasnije dobili široki razvoj u vezi sa svojom funkcijom jonofora. Talenat, pronicljivost i energična aktivnost ovog i drugih naučnika doprineli su brzom rastu međunarodnog prestiža sovjetske bioorganske hemije, njenom učvršćivanju u najrelevantnijim oblastima i organizacionom jačanju u našoj zemlji.
Kasnih 60-ih - ranih 70-ih. u sintezi biološki aktivnih spojeva složene strukture, enzimi su se počeli koristiti kao katalizatori (tzv. kombinirana kemijsko-enzimska sinteza). Ovaj pristup je koristio G. Korana za prvu sintezu gena. Upotreba enzima omogućila je da se izvrši striktno selektivna transformacija niza prirodnih spojeva i dobiju novi biološki aktivni derivati peptida, oligosaharida i nukleinskih kiselina u velikom prinosu. 70-ih godina. Najintenzivnije su se razvijale grane bioorganske hemije kao što su sinteza oligonukleotida i gena, proučavanje ćelijskih membrana i polisaharida i analiza primarnih i prostornih struktura proteina. Proučavane su strukture važnih enzima (transaminaza, β-galaktozidaza, DNK zavisna RNA polimeraza), zaštitnih proteina (γ-globulini, interferoni) i membranskih proteina (adenozin trifosfataze, bakteriorhodopsin). Radovi na proučavanju strukture i mehanizma delovanja peptida – regulatora nervnog delovanja (tzv. neuropeptida) su dobili veliki značaj.
Moderna domaća bioorganska hemija
Trenutno domaća bioorganska hemija zauzima vodeću poziciju u svijetu u nizu ključnih područja. Veliki napredak postignut je u proučavanju strukture i funkcije biološki aktivnih peptida i kompleksnih proteina, uključujući hormone, antibiotike i neurotoksine. Važni rezultati su dobijeni u hemiji membranski aktivnih peptida. Istraženi su razlozi jedinstvene selektivnosti i efikasnosti delovanja dispepsidnih jonofora i razjašnjen mehanizam funkcionisanja u živim sistemima. Dobijeni su sintetički analozi jonofora sa željenim svojstvima, koji su višestruko efikasniji od prirodnih uzoraka (V.T. Ivanov, Yu.A. Ovchinnikov). Jedinstvena svojstva jonofora koriste se za stvaranje ionsko-selektivnih senzora na temelju njih, koji se široko koriste u tehnologiji. Uspjesi postignuti u proučavanju druge grupe regulatora - neurotoksina, koji su inhibitori prijenosa nervnih impulsa, doveli su do njihove široke upotrebe kao alata za proučavanje membranskih receptora i drugih specifičnih struktura ćelijskih membrana (EV Grishin). Razvoj rada na sintezi i proučavanju peptidnih hormona doveo je do stvaranja visoko efikasnih analoga hormona oksitocina, angiotenzina II i bradikinina, koji su odgovorni za kontrakciju glatkih mišića i regulaciju krvnog pritiska. Veliki uspjeh bila je potpuna kemijska sinteza inzulinskih preparata, uključujući humani inzulin (N.A. Yudaev, Yu.P. Shvachkin i drugi). Određeni broj proteinskih antibiotika je otkriven i proučavan, uključujući gramicidin S, polimiksin M, aktinoksantin (G.F. Gause, A.S. Khokhlov i drugi). Aktivno se razvijaju radovi na proučavanju strukture i funkcije membranskih proteina koji obavljaju receptorske i transportne funkcije. Dobijeni su fotoreceptorski proteini rodopsin i bakteriorhodopsin i proučavane su fizičko-hemijske osnove njihovog funkcionisanja kao jonskih pumpi zavisnih od svetlosti (V.P. Skulačev, Yu.A. Ovčinnikov, M.A. Ostrovsky). Struktura i mehanizam funkcionisanja ribozoma, glavnih sistema biosinteze proteina u ćeliji, su široko proučavani (A.S. Spirin, A.A. Bogdanov). Veliki ciklusi istraživanja povezani su sa proučavanjem enzima, utvrđivanjem njihove primarne strukture i prostorne strukture, proučavanjem katalitičkih funkcija (aspartat aminotransferaze, pepsin, himotripsin, ribonukleaze, enzimi metabolizma fosfora, glikozidaze, holinesteraze itd.). Razvijene su metode za sintezu i hemijsku modifikaciju nukleinskih kiselina i njihovih komponenti (D.G. Knorre, M.N. Kolosov, Z.A. Shabarova), razvijaju se pristupi za stvaranje novih generacija lijekova na njihovoj osnovi za liječenje virusnih, onkoloških i autoimunih bolesti. Koristeći jedinstvena svojstva nukleinskih kiselina i na osnovu njih, dijagnostičkih preparata i biosenzora, kreiraju se analizatori niza biološki aktivnih jedinjenja (V.A. Vlasov, Yu.M. Evdokimov, itd.)
Značajan napredak postignut je u sintetičkoj hemiji ugljenih hidrata (sinteza bakterijskih antigena i stvaranje veštačkih vakcina, sinteza specifičnih inhibitora sorpcije virusa na površini ćelije, sinteza specifičnih inhibitora bakterijskih toksina (N.K. Kochetkov, A. .Ya. Khorlin)). Značajan napredak je postignut u proučavanju lipida, lipoaminokiselina, lipopeptida i lipoproteina (LD Bergelson, NM Sisakyan). Razvijene su metode za sintezu mnogih biološki aktivnih masnih kiselina, lipida i fosfolipida. Proučavana je transmembranska distribucija lipida u različitim tipovima liposoma, u bakterijskim membranama i u mikrosomima jetre.
Važna oblast bioorganske hemije je proučavanje različitih prirodnih i sintetičkih supstanci koje su sposobne da regulišu različite procese koji se dešavaju u živim ćelijama. To su repelenti, antibiotici, feromoni, signalne supstance, enzimi, hormoni, vitamini i drugo (tzv. regulatori niske molekularne težine). Razvijene su metode za sintezu i proizvodnju gotovo svih poznatih vitamina, značajnog dijela steroidnih hormona i antibiotika. Razvijene su industrijske metode za dobijanje niza koenzima koji se koriste kao terapijski lijekovi (koenzim Q, piridoksal fosfat, tiamin pirofosfat itd.). Predloženi su novi jaki anabolici koji su superiorniji u djelovanju od poznatih stranih lijekova (I.V. Torgov, S.N. Ananchenko). Proučavana je biogeneza i mehanizmi djelovanja prirodnih i transformiranih steroida. Značajan napredak postignut je u proučavanju alkaloida, steroidnih i triterpenskih glikozida i kumarina. Provedena su originalna istraživanja u oblasti hemije pesticida, koja su dovela do oslobađanja niza vrijednih lijekova (IN Kabachnik, N.N. Melnikov, itd.). Aktivno se traga za novim lijekovima potrebnim za liječenje raznih bolesti. Dobijeni su preparati koji su dokazali svoju efikasnost u liječenju niza onkoloških oboljenja (dopan, sarkolizin, ftorafur i dr.).
Prioritetni pravci i perspektive razvoja bioorganske hemije
Prioritetne oblasti naučnih istraživanja u oblasti bioorganske hemije su:
- proučavanje strukturne i funkcionalne zavisnosti biološki aktivnih jedinjenja;
- dizajn i sinteza novih biološki aktivnih lijekova, uključujući stvaranje lijekova i sredstava za zaštitu bilja;
- istraživanje visoko efikasnih biotehnoloških procesa;
- proučavanje molekularnih mehanizama procesa koji se odvijaju u živom organizmu.
Orijentirana bazična istraživanja u oblasti bioorganske hemije usmjerena su na proučavanje strukture i funkcije najvažnijih biopolimera i niskomolekularnih bioregulatora, uključujući proteine, nukleinske kiseline, ugljikohidrate, lipide, alkaloide, prostaglandine i druge spojeve. Bioorganska hemija je usko povezana s praktičnim problemima medicine i poljoprivrede (dobivanje vitamina, hormona, antibiotika i drugih lijekova, stimulansa rasta biljaka i regulatora ponašanja životinja i insekata), hemijske, prehrambene i mikrobiološke industrije. Rezultati naučnih istraživanja su osnova za stvaranje naučno-tehničke baze za tehnologije za proizvodnju savremene medicinske imunodijagnostike, reagenasa za medicinska genetička istraživanja i reagensa za biohemijske analize, tehnologije za sintezu lekovitih supstanci za upotrebu u onkologiji, virusologiji, endokrinologija, gastroenterologija, kao i hemijska zaštita bilja i tehnologije za njihovu primenu u poljoprivredi.
Rješenje glavnih problema bioorganske hemije važno je za dalji napredak biologije, hemije i niza tehničkih nauka. Bez rasvjetljavanja strukture i svojstava najvažnijih biopolimera i bioregulatora, nemoguće je spoznati suštinu životnih procesa, a još više pronaći načine za kontrolu tako složenih pojava kao što su reprodukcija i prijenos nasljednih osobina, normalan i maligni rast stanica. , imunitet, pamćenje, prijenos nervnih impulsa i još mnogo toga. Istovremeno, proučavanje visokospecijaliziranih biološki aktivnih tvari i procesa koji se odvijaju uz njihovo sudjelovanje može otvoriti fundamentalno nove mogućnosti za razvoj hemije, hemijske tehnologije i tehnologije. Problemi čije se rješavanje vezuju za istraživanja u oblasti bioorganske hemije uključuju stvaranje strogo specifičnih visokoaktivnih katalizatora (na osnovu proučavanja strukture i mehanizma djelovanja enzima), direktnu konverziju kemijske energije u mehanička energija (zasnovana na proučavanju mišićne kontrakcije), primjena principa kemijskog skladištenja u tehnologiji i prijenos informacija koji se obavlja u biološkim sistemima, principi samoregulacije višekomponentnih ćelijskih sistema, prvenstveno selektivna permeabilnost bioloških membrana, te mnogo više bodova za razvoj biohemijskih istraživanja, već vezanih za oblast molekularne biologije. Širina i značaj problema koji se rešavaju, raznovrsnost metoda i bliska povezanost sa drugim naučnim disciplinama obezbeđuju brzi razvoj bioorganske hemije Bilten Moskovskog univerziteta, serija 2, Hemija. 1999. V. 40. br. 5. S. 327-329.
Bender M, Bergeron R, Komiyama M. Bioorganic Chemistry of Enzymatic Catalysis. Per. sa engleskog. M.: Mir, 1987. 352 S.
Yakovishin L.A. Odabrana poglavlja iz bioorganske hemije. Sevastopolj: Strizhak-press, 2006. 196 str.
Nikolaev A.Ya. Biološka hemija. M.: Agencija za medicinske informacije, 2001. 496 str.
