Co to jest chemia bioorganiczna. Przedmiot chemii bioorganicznej

WYKŁAD 1

Chemia bioorganiczna (BOC), jej znaczenie w medycynie

HOC to nauka zajmująca się badaniem funkcji biologicznych substancji organicznych w organizmie.

HOB powstał w drugiej połowie XX wieku. Obiektem jego badań są biopolimery, bioregulatory i poszczególne metabolity.

Biopolimery to wielkocząsteczkowe związki naturalne, będące podstawą wszystkich organizmów. Są to peptydy, białka, polisacharydy, kwasy nukleinowe (NA), lipidy itp.

Bioregulatory to związki chemiczne regulujące metabolizm. Są to witaminy, hormony, antybiotyki, alkaloidy, leki itp.

Znajomość budowy i właściwości biopolimerów oraz bioregulatorów pozwala zrozumieć istotę procesów biologicznych. Zatem ustalenie struktury białek i NA umożliwiło opracowanie pomysłów na temat biosyntezy białek macierzy i roli NA w zachowaniu i przekazywaniu informacji genetycznej.

BOX odgrywa ważną rolę w ustaleniu mechanizmu działania enzymów, leków, procesów widzenia, oddychania, pamięci, przewodnictwa nerwowego, skurczu mięśni itp.

Głównym problemem HOC jest wyjaśnienie związku pomiędzy strukturą i mechanizmem działania związków.

HBO opiera się na materiale chemii organicznej.

CHEMIA ORGANICZNA

Jest to nauka zajmująca się badaniem związków węgla. Obecnie istnieje ~16 milionów substancji organicznych.

Przyczyny różnorodności substancji organicznych.

1. Związki atomów C ze sobą i innymi elementami układu okresowego D. Mendelejewa. W tym przypadku powstają łańcuchy i cykle:

Łańcuch prosty Łańcuch rozgałęziony

Konfiguracja planarna czworościenna

Konfiguracja atomu C atomu C

2. Homologia to istnienie substancji o podobnych właściwościach, gdzie każdy członek szeregu homologicznego różni się od poprzedniego grupą
–CH2 –. Na przykład seria homologiczna węglowodorów nasyconych:

3. Izomeria to istnienie substancji, które mają ten sam skład jakościowy i ilościowy, ale inną strukturę.

JESTEM. Butlerov (1861) stworzył teorię budowy związków organicznych, która do dziś stanowi naukową podstawę chemii organicznej.

Podstawowe zasady teorii budowy związków organicznych:

1) atomy w cząsteczkach są połączone ze sobą wiązaniami chemicznymi zgodnie z ich wartościowością;

2) atomy w cząsteczkach związków organicznych są połączone ze sobą w określonej kolejności, która określa strukturę chemiczną cząsteczki;

3) właściwości związków organicznych zależą nie tylko od liczby i charakteru tworzących je atomów, ale także od budowy chemicznej cząsteczek;

4) w cząsteczkach następuje wzajemne oddziaływanie atomów, zarówno połączonych, jak i niepołączonych bezpośrednio ze sobą;

5) strukturę chemiczną substancji można określić badając jej przemiany chemiczne i odwrotnie, jej właściwości można scharakteryzować na podstawie struktury substancji.

Rozważmy niektóre zapisy teorii budowy związków organicznych.

Izomeria strukturalna

Ona udostępnia:

1) Izomeria łańcucha

2) Izomeria położenia wiązań wielokrotnych i grup funkcyjnych

3) Izomeria grup funkcyjnych (izomeria międzyklasowa)

Wzory Newmana

Cykloheksan

Kształt „krzesła” jest bardziej korzystny energetycznie niż „wanna”.

Izomery konfiguracyjne

Są to stereoizomery, których cząsteczki mają różne ułożenia atomów w przestrzeni bez uwzględnienia konformacji.

W zależności od rodzaju symetrii wszystkie stereoizomery dzielą się na enancjomery i diastereoizomery.

Enancjomery (izomery optyczne, izomery lustrzane, antypody) to stereoizomery, których cząsteczki są ze sobą powiązane jako obiekt i niezgodne odbicie lustrzane. Zjawisko to nazywa się enancjomerią. Wszystkie właściwości chemiczne i fizyczne enancjomerów są takie same, z wyjątkiem dwóch: rotacji płaszczyzny światła spolaryzowanego (w urządzeniu polarymetrycznym) i aktywności biologicznej. Warunki enancjomerii: 1) atom C znajduje się w stanie hybrydyzacji sp 3; 2) brak jakiejkolwiek symetrii; 3) obecność asymetrycznego (chiralnego) atomu C, tj. atom posiadający cztery różne podstawniki.

Wiele grup hydroksylowych i aminokwasów ma zdolność obracania płaszczyzny polaryzacji wiązki światła w lewo lub w prawo. Zjawisko to nazywa się aktywnością optyczną, a same cząsteczki są optycznie aktywne. Odchylenie wiązki światła w prawo oznaczone jest znakiem „+”, w lewo – „-”, a kąt obrotu podawany jest w stopniach.

Konfiguracja absolutna cząsteczek jest określana złożonymi metodami fizykochemicznymi.

Względną konfigurację związków optycznie czynnych określa się przez porównanie ze standardem aldehydu glicerynowego. Substancje optycznie czynne o konfiguracji prawoskrętnego lub lewoskrętnego aldehydu glicerynowego (M. Rozanov, 1906) nazywane są substancjami serii D i L. Równa mieszanina prawo- i lewoskrętnych izomerów jednego związku nazywana jest racematem i jest optycznie nieaktywna.

Badania wykazały, że znaku rotacji światła nie można wiązać z przynależnością substancji do szeregu D i L, wyznacza się go jedynie eksperymentalnie w przyrządach - polarymetrach. Na przykład kwas L-mlekowy ma kąt obrotu +3,8 o, kwas D-mlekowy - -3,8 o.

Enancjomery przedstawiono za pomocą wzorów Fischera.

Rząd L. Rząd D

Wśród enancjomerów mogą występować cząsteczki symetryczne, które nie wykazują aktywności optycznej i nazywane są mezoizomerami.

Na przykład: Winiarnia

D – (+) – rząd L – (–) – rząd

Mezovinnaya k-ta

Racemate – sok winogronowy

Izomery optyczne niebędące izomerami lustrzanymi, różniące się konfiguracją kilku, ale nie wszystkich asymetrycznych atomów C, mających różne właściwości fizyczne i chemiczne, nazywane są s- di-A-stereoizomery.

p-diastereoizomery (izomery geometryczne) to stereomery posiadające wiązanie p w cząsteczce. Występują w alkenach, nienasyconych wyższych kwasach węglowych, nienasyconych kwasach diwęglanowych

Aktywność biologiczna substancji organicznych jest związana z ich budową.

Na przykład:

Kwas cis-butenodiowy, Kwas trans-butenodiowy,

kwas maleinowy – kwas fumarowy – nietoksyczny,

bardzo toksyczny w organizmie

Wszystkie naturalne nienasycone związki wyższego węgla są izomerami cis.

WYKŁAD 2

Systemy sprzężone

W najprostszym przypadku układy sprzężone to układy z naprzemiennymi wiązaniami podwójnymi i pojedynczymi. Mogą być otwarte lub zamknięte. Układ otwarty występuje w węglowodorach dienów (HC).

Przykłady:

CH 2 = CH – CH = CH 2

Butadien-1, 3

Chloraten

CH2 = CH – Cl

Tutaj następuje koniugacja p-elektronów z p-elektronami. Ten typ koniugacji nazywany jest koniugacją p, p.

Układ zamknięty występuje w węglowodorach aromatycznych.

C 6 H 6

Benzen

Aromatyczność

Jest to koncepcja obejmująca różne właściwości związków aromatycznych. Warunki aromatyczności: 1) płaski zamknięty pierścień, 2) wszystkie atomy C znajdują się w hybrydyzacji sp 2, 3) powstaje pojedynczy sprzężony układ wszystkich atomów pierścienia, 4) spełniona jest reguła Hückela: „4n+2 p-elektronów uczestniczy w koniugacja, gdzie n = 1, 2, 3…”

Najprostszym przedstawicielem węglowodorów aromatycznych jest benzen. Spełnia wszystkie cztery warunki aromatyczności.

Reguła Hückela: 4n+2 = 6, n = 1.

Wzajemne oddziaływanie atomów w cząsteczce

W 1861 roku rosyjski naukowiec A.M. Butlerov wyraził swoje stanowisko: „Atomy w cząsteczkach wzajemnie na siebie wpływają”. Obecnie wpływ ten przekazywany jest na dwa sposoby: indukcyjnie i mezomerycznie.

Efekt indukcyjny

Jest to przeniesienie wpływu elektronicznego poprzez łańcuch wiązań S. Wiadomo, że wiązanie pomiędzy atomami o różnej elektroujemności (EO) jest spolaryzowane, tj. przesunięty do atomu bardziej EO. Prowadzi to do pojawienia się na atomach efektywnych (rzeczywistych) ładunków (d). To elektroniczne przesunięcie nazywa się indukcyjnym i jest oznaczone literą I i strzałką ®.

, X = Hal -, HO -, HS -, NH 2 - itd.

Efekt indukcyjny może być dodatni lub ujemny. Jeżeli podstawnik X przyciąga elektrony wiązania chemicznego silniej niż atom H, to wykazuje – I. I(H) = O. W naszym przykładzie X wykazuje – I.

Jeśli podstawnik X przyciąga elektrony wiązania słabsze niż atom H, to wykazuje +I. Wszystkie alkile (R = CH3 -, C2H5 - itd.), Men + wykazują +I.

Efekt mezomeryczny

Efekt mezomeryczny (efekt koniugacji) to wpływ podstawnika przenoszony przez sprzężony układ wiązań p. Oznaczone literą M i zakrzywioną strzałką. Efekt mezomeryczny może mieć wartość „+” lub „–”.

Powyżej powiedziano, że istnieją dwa rodzaje koniugacji p, p i p, p.

Podstawnik, który przyciąga elektrony z układu sprzężonego, wykazuje –M i nazywany jest akceptorem elektronów (EA). Są to podstawniki posiadające liczbę podwójną

komunikacja itp.

Podstawnik, który oddaje elektrony układowi sprzężonemu, wykazuje +M i nazywany jest donorem elektronów (ED). Są to podstawniki z wiązaniami pojedynczymi, które mają samotną parę elektronów (itp.).

Tabela 1 Efekty elektronowe podstawników

Zastępcy	Orientanty w C 6 H 5 -R	I	M
Alk (R-): CH 3 -, C 2 H 5 -...	Orientanty pierwszego rodzaju: kierują podstawniki ED do pozycji orto i para	+
– H 2 , –NНR, –NR 2	–	+
– N, – N, – R	–	+
–H L	–	+
WYKŁAD 3 Kwasowość i zasadowość Do scharakteryzowania kwasowości i zasadowości związków organicznych wykorzystuje się teorię Brønsteda. Główne postanowienia tej teorii: 1) Kwas to cząstka, która przekazuje proton (donor H +); Zasada to cząstka, która przyjmuje proton (akceptor H+). 2) Kwasowość zawsze charakteryzuje się obecnością zasad i odwrotnie. A – H + : B Û A – + B – H + podstawa CH 3 COOH + NOH Û CH 3 COO – + H 3 O + Aktywa Podstawowy koniugat Koniugat podstawa HNO 3 + CH 3 COOH Û CH 3 COOH 2 + + NO 3 - Aktywa Główny koniugat Koniugat podstawa Kwasy Bronsteda 3) Kwasy Bronsteda dzielą się na 4 rodzaje w zależności od centrum kwasowego: związki SН (tiole), związki OH (alkohole, fenole, związki węgla), związki NH (aminy, amidy), SN do Ciebie (UV). W tym rzędzie, od góry do dołu, kwasowość maleje. 4) Siła związku zależy od stabilności utworzonego anionu. Im bardziej stabilny anion, tym silniejszy efekt. Stabilność anionu zależy od delokalizacji (rozmieszczenia) ładunku „-” w całej cząstce (anionie). Im bardziej zdelokalizowany jest ładunek „-”, tym stabilniejszy jest anion i silniejszy ładunek. Delokalizacja opłat zależy od: a) na elektroujemność (EO) heteroatomu. Im więcej EO heteroatomu, tym silniejszy odpowiedni efekt. Na przykład: R – OH i R – NH2 Alkohole są silniejsze niż aminy, ponieważ EO (O) > EO (N). b) na polaryzowalność heteroatomu. Im większa polaryzowalność heteroatomu, tym silniejsze odpowiadające mu napięcie. Na przykład: R – SH i R – OH Tiole są silniejsze niż alkohole, ponieważ Atom S jest bardziej spolaryzowany niż atom O. c) od charakteru podstawnika R (jego długość, obecność układu sprzężonego, delokalizacja gęstości elektronowej). Na przykład: CH 3 – OH, CH 3 – CH 2 – OH, CH 3 – CH 2 – CH 2 – OH Kwasowość<, т.к. увеличивается длина радикала Przy tym samym centrum kwasowym siła alkoholi, fenoli i węglanów nie jest taka sama. Na przykład, CH 3 – OH, C 6H 5 – OH, Twoja siła wzrasta Fenole są związkami silniejszymi niż alkohole ze względu na koniugację p, p (+M) grupy –OH. Wiązanie O – H jest bardziej spolaryzowane w fenolach. Fenole mogą nawet oddziaływać z solami (FeCl 3) - jakościowa reakcja na fenole. Węgiel w porównaniu do alkoholi zawierających ten sam R, są silniejsze, ponieważ wiązanie O–H jest znacząco spolaryzowane ze względu na efekt –M grupy > C = O: Ponadto anion karboksylanowy jest bardziej stabilny niż anion alkoholowy ze względu na koniugację p, p w grupie karboksylowej. d) od wprowadzenia podstawników do rodnika. Podstawniki EA zwiększają kwasowość, podstawniki ED zmniejszają kwasowość. Na przykład: r-nitrofenol jest silniejszy niż r-aminofenol, ponieważ grupa –NO2 to EA. CH3 –COOH CCl3 –COOH pK 4,7 pK 0,65 Kwas trichlorooctowy jest wielokrotnie silniejszy niż CH 3 COOH ze względu na atomy – I Cl jako EA. Kwas mrówkowy H–COOH jest silniejszy niż CH 3 COOH ze względu na grupę +I CH 3 – kwasu octowego. e) od charakteru rozpuszczalnika. Jeśli rozpuszczalnik jest dobrym akceptorem protonów H+, to siła do Ciebie wzrasta i odwrotnie. Podkłady Bronsteda 5) Dzielą się na: a) zasady p (związki z wiązaniami wielokrotnymi); b) n-zasady (zasady amonowe zawierające atom, atom zawierający oksoni, atom zawierający sulfonium) Siła zasady zależy od stabilności powstałego kationu. Im trwalszy kation, tym silniejsza zasada. Innymi słowy, siła zasady jest tym większa, im słabsze jest wiązanie z heteroatomem (O, S, N) posiadającym wolną parę elektronów atakowaną przez H+. Stabilność kationu zależy od tych samych czynników, co stabilność anionu, ale z odwrotnym skutkiem. Wszystkie czynniki zwiększające kwasowość zmniejszają zasadowość. Najsilniejszymi zasadami są aminy, ponieważ atom azotu ma niższy EO w porównaniu do O. Jednocześnie aminy drugorzędowe są silniejszymi zasadami niż aminy pierwszorzędowe, aminy trzeciorzędowe są słabsze od aminy drugorzędowe ze względu na czynnik steryczny, który utrudnia protonowi dostęp do N. Aminy aromatyczne są słabszymi zasadami niż alifatyczne, co tłumaczy się +M grupy –NH2. Para elektronów azotu biorąca udział w koniugacji staje się nieaktywna. Stabilność układu sprzężonego utrudnia dodanie H+. W moczniku NH 2 -CO - NH 2 występuje grupa EA> C \u003d O, która znacznie zmniejsza podstawowe właściwości, a mocznik tworzy sole tylko z jednym równoważnikiem. Zatem im silniejsza substancja, tym słabszy tworzy fundament i odwrotnie. Alkohole Są to pochodne węglowodorów, w których jeden lub więcej atomów H zastąpiono grupą –OH. Klasyfikacja: I. Według liczby grup OH rozróżnia się alkohole jednowodorotlenowe, dwuwodorotlenowe i wielowodorotlenowe: CH3-CH2-OH Etanol Glikol etylenowy Gliceryna II. Ze względu na charakter R wyróżnia się: 1) ograniczające, 2) nieograniczające, 3) cykliczny, 4) aromatyczny. 2) CH2 = CH-CH2-OH Alkohol allilowy 3) Do nienasyconych alkoholi cyklicznych zalicza się: retinol (witamina A) i cholesterol Inozytol substancja witaminopodobna

III. Zgodnie ze stanowiskiem gr. –OH rozróżnia alkohole pierwszorzędowe, drugorzędowe i trzeciorzędowe.

IV. Na podstawie liczby atomów C wyróżnia się niską masę cząsteczkową i wysoką masę cząsteczkową.

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)

Alkohol cetylowy Alkohol mirycylowy

Palmitynian cetylu jest podstawą spermacetu, palmitynian mirycylu występuje w wosku pszczelim.

Nomenklatura:

Trywialny, wymierny, MN (rdzeń + końcówka „ol” + cyfra arabska).

Izomeria:

łańcuchy, gr.pozycje – Och, optyczny.

Struktura cząsteczki alkoholu

Centrum nu kwasu CH

Centrum elektrofilowe Kwaśne

centrum centrum zasadowości

Roztwory utleniające

1) Alkohole są słabymi kwasami.

2) Alkohole są słabymi zasadami. Dodają H+ tylko z mocnych kwasów, ale są silniejsze niż Nu.

3) – Wpływam na gr. –OH zwiększa ruchliwość H przy sąsiednim atomie węgla. Węgiel przejmuje d+ (centrum elektrofilowe, SE) i staje się centrum ataku nukleofilowego (Nu). Wiązanie C–O pęka łatwiej niż wiązanie H–O, dlatego reakcje S N są charakterystyczne dla alkoholi. Z reguły poruszają się w kwaśnym środowisku, ponieważ... protonowanie atomu tlenu zwiększa d+ atomu węgla i ułatwia rozerwanie wiązania. Ten typ obejmuje roztwory do tworzenia eterów i pochodnych halogenowych.

4) Przesunięcie gęstości elektronowej z H w ​​rodniku prowadzi do pojawienia się centrum kwasowego CH. W tym przypadku zachodzą procesy utleniania i eliminacji (E).

Właściwości fizyczne

Niższe alkohole (C 1 – C 12) to ciecze, wyższe alkohole to ciała stałe. Wiele właściwości alkoholi tłumaczy się tworzeniem wiązań wodorowych:

Właściwości chemiczne

I. Kwasowo-zasadowa

Alkohole są słabymi związkami amfoterycznymi.

2R–OH + 2Na ® 2R–ONa + H2

Alkoholik

Alkoholany łatwo ulegają hydrolizie, co pokazuje, że alkohole są słabszymi kwasami niż woda:

R–ОНа + НОН ® R–ОН + NaОН

Głównym ośrodkiem alkoholi jest heteroatom O:

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

Jeśli roztwór zawiera halogenowodory, wówczas jon halogenkowy przyłączy się: CH 3 -CH 2 + + Cl - ® CH 3 -CH 2 Cl

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

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

Aniony w takich roztworach zachowują się jak nukleofile (Nu) ze względu na ładunek „-” lub samotną parę elektronów. Aniony są silniejszymi zasadami i odczynnikami nukleofilowymi niż same alkohole. Dlatego w praktyce do otrzymania eterów i estrów stosuje się alkoholany, a nie same alkohole. Jeśli nukleofilem jest inna cząsteczka alkoholu, wówczas dodaje się do karbokationu:

Eter

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

Jest to roztwór alkilujący (wprowadzenie alkilu R do cząsteczki).

Zastępca –OH gr. na halogenie jest możliwe pod działaniem PCl 3, PCl 5 i SOCl 2.

Dzięki temu mechanizmowi alkohole trzeciorzędowe reagują łatwiej.

Stosunek SE w stosunku do cząsteczki alkoholu to stosunek tworzenia estrów ze związkami organicznymi i mineralnymi:

R – O N + H O – R – O – + H 2 O

Ester

Jest to procedura acylowania – wprowadzenie acylu do cząsteczki.

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

Przy nadmiarze H 2 SO 4 i wyższej temperaturze niż w przypadku tworzenia eterów, katalizator ulega regeneracji i powstaje alken:

CH 3 -CH 2 + + HSO 4 - ® CH 2 = CH 2 + H 2 SO 4

Roztwór E jest łatwiejszy w przypadku alkoholi trzeciorzędowych, trudniejszy w przypadku alkoholi drugorzędowych i pierwszorzędowych, ponieważ w tych ostatnich przypadkach tworzą się mniej trwałe kationy. W tych okręgach obowiązuje zasada A. Zajcewa: „Podczas odwadniania alkoholi atom H oddziela się od sąsiedniego atomu C o mniejszej zawartości atomów H”.

CH 3-CH \u003d CH-CH 3

Butanol-2

W ciele –OH przekształca się w łatwo usuwalny, tworząc estry z H 3 PO 4:

CH 3 -CH 2 -OH + HO – PO 3 H 2 CH 3 -CH 2 -ORO 3 H 2

IV. Roztwory utleniające

1) Alkohole pierwszorzędowe i drugorzędowe utlenia się za pomocą CuO, roztworów KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7 po podgrzaniu, tworząc odpowiednie związki zawierające karbonyl:

3)

Nitrogliceryna jest bezbarwną oleistą cieczą. W postaci rozcieńczonych roztworów alkoholu (1%) stosuje się go w leczeniu dusznicy bolesnej, ponieważ ma działanie rozszerzające naczynia krwionośne. Nitrogliceryna jest silnym materiałem wybuchowym, który może eksplodować przy uderzeniu lub podgrzaniu. W tym przypadku w małej objętości zajmowanej przez substancję ciekłą natychmiast tworzy się bardzo duża objętość gazów, co powoduje silną falę podmuchową. Nitrogliceryna jest częścią dynamitu i prochu.

Przedstawicielami pentitolu i heksytolu są ksylitol i sorbitol, które są odpowiednio alkoholami penta- i heksawodorotlenowymi o otwartym łańcuchu. Nagromadzenie grup –OH prowadzi do pojawienia się słodkiego smaku. Ksylitol i sorbitol to substytuty cukru dla diabetyków.

Glicerofosforany to strukturalne fragmenty fosfolipidów, stosowane jako ogólny środek tonizujący.

Alkohol benzylowy

Izomery pozycyjne

, antybiotyki, feromony, substancje sygnalizacyjne, substancje biologicznie czynne pochodzenia roślinnego, a także syntetyczne regulatory procesów biologicznych (leki, pestycydy itp.). Jako nauka samodzielna powstała w drugiej połowie XX wieku na styku biochemii i chemii organicznej i związana jest z praktycznymi problemami medycyny, rolnictwa, przemysłu chemicznego, spożywczego i mikrobiologicznego.

Metody

Główny arsenał składa się z metod chemii organicznej, do rozwiązywania problemów strukturalnych i funkcjonalnych stosuje się różnorodne metody fizyczne, fizykochemiczne, matematyczne i biologiczne.

Przedmioty badań

• Mieszane biopolimery
• Naturalne substancje sygnałowe
• Substancje biologicznie czynne pochodzenia roślinnego
• Syntetyczne regulatory (leki, pestycydy itp.).

Źródła

• Ovchinnikov Yu.A.. - M.: Edukacja, 1987. - 815 s.
• Bender M., Bergeron R., Komiyama M.
• Dugas G., Penny K. Chemia bioorganiczna. - M.: Mir, 1983.
• Tyukavkina N. A., Baukov Yu. I.

Zobacz też

Napisz recenzję artykułu "Chemia bioorganiczna"

Fragment charakteryzujący chemię bioorganiczną

„Ma chere, il y a un temps pour tout, [Kochanie, na wszystko jest czas” – powiedziała hrabina udając surową. „Ciągle ją rozpieszczasz, Elie” – dodała do męża.
„Bonjour, ma chere, je vous felicite, [Witam, moja droga, gratuluję ci” – powiedział gość. - Quelle delicuse enfant! „Co za cudowne dziecko!” – dodała, zwracając się do matki.
Ciemnooka, z dużymi ustami, brzydka, ale pełna życia dziewczyna, z dziecinnie otwartymi ramionami, które kurcząc się, poruszały się w staniku od szybkiego biegu, z czarnymi lokami zebranymi do tyłu, chudymi, gołymi ramionami i małymi nóżkami w koronkowych pantalonach i otwarte buty, byłam w tym słodkim wieku, kiedy dziewczynka nie jest już dzieckiem, a dziecko nie jest jeszcze dziewczynką. Odwracając się od ojca, podbiegła do matki i nie zwracając uwagi na jej surową uwagę, ukryła zarumienioną twarz w koronce matczynej mantyli i roześmiała się. Śmiała się z czegoś, mówiła nagle o lalce, którą wyjęła spod spódnicy.
– Widzisz?... Lalka... Mimi... Widzisz.
A Natasza nie mogła już mówić (wszystko wydawało jej się zabawne). Upadła na matkę i śmiała się tak głośno i głośno, że wszyscy, nawet prymitywny gość, śmiali się wbrew swojej woli.
- No, idź, idź ze swoim dziwakiem! - powiedziała matka, odpychając córkę w kpiącej złości. „To jest mój mniejszy” – zwróciła się do gościa.
Natasza, odrywając na chwilę twarz od koronkowej chusty mamy, spojrzała na nią od dołu przez łzy śmiechu i ponownie zakryła twarz.
Gość zmuszony do zachwytu nad sceną rodzinną uznał za konieczne wzięcie w niej udziału.
„Powiedz mi, moja droga” – powiedziała, zwracając się do Nataszy – „co myślisz o tej Mimi?” Córka, prawda?
Nataszy nie podobał się ton protekcjonalności wobec dziecinnej rozmowy, z jakim zwrócił się do niej gość. Nie odpowiedziała i spojrzała poważnie na gościa.
Tymczasem całe to młode pokolenie: Borys – oficer, syn księżnej Anny Michajłowej, Mikołaj – uczeń, najstarszy syn hrabiego, Sonia – piętnastoletnia siostrzenica hrabiego i mała Petrusha – najmłodszy syn, wszyscy rozsiedli się w salonie i najwyraźniej starali się utrzymać w granicach przyzwoitości, ożywienia i wesołości, która wciąż tchnęła każdym rysem. Było jasne, że tam, na zapleczu, skąd wszyscy tak szybko uciekli, toczyli zabawniejsze rozmowy niż tutaj o plotkach miejskich, pogodzie i hrabinie Apraksine. [o hrabinie Apraksinie.] Od czasu do czasu spoglądali na siebie i z trudem powstrzymywali się od śmiechu.

Grodno" href="/text/category/grodno/" rel="bookmark">Grodno Państwowy Uniwersytet Medyczny”, kandydat nauk chemicznych, profesor nadzwyczajny;

Profesor nadzwyczajny Katedry Chemii Ogólnej i Bioorganicznej Instytucji Dydaktycznej „Grodno Państwowy Uniwersytet Medyczny”, kandydat nauk biologicznych, profesor nadzwyczajny

Recenzenci:

Katedra Chemii Ogólnej i Bioorganicznej Instytucji Dydaktycznej „Państwowy Uniwersytet Medyczny w Gomelu”;

– głowa Katedra Chemii Bioorganicznej Instytucja Edukacyjna „Białoruski Państwowy Uniwersytet Medyczny”, kandydat nauk medycznych, profesor nadzwyczajny.

Katedra Chemii Ogólnej i Bioorganicznej Placówki Dydaktycznej „Grodno Państwowy Uniwersytet Medyczny”

(protokół z dnia 01.01.01)

Centralna Rada Naukowo-Metodologiczna Instytucji Oświatowej „Grodeński Państwowy Uniwersytet Medyczny”

(protokół z dnia 01.01.01)

Sekcja specjalności 1Sprawy medyczne i psychologiczne stowarzyszenia edukacyjno-metodologicznego uniwersytetów Republiki Białorusi na rzecz edukacji medycznej

(protokół z dnia 01.01.01)

Odpowiedzialny za wydanie:

Pierwszy Prorektor Instytucji Oświatowej „Grodno Państwowy Uniwersytet Medyczny”, profesor, doktor nauk medycznych

Notatka wyjaśniająca

Znaczenie studiowania dyscypliny akademickiej

„Chemia bioorganiczna”

Chemia bioorganiczna jest podstawową dyscypliną nauk przyrodniczych. Chemia bioorganiczna jako samodzielna nauka pojawiła się w drugiej połowie XX wieku na styku chemii organicznej i biochemii. Znaczenie studiowania chemii bioorganicznej wynika z praktycznych problemów stojących przed medycyną i rolnictwem (uzyskiwanie witamin, hormonów, antybiotyków, stymulatorów wzrostu roślin, regulatorów zachowania zwierząt i owadów oraz innych leków), których rozwiązanie nie jest możliwe bez użycia teoretyczny i praktyczny potencjał chemii bioorganicznej.

Chemia bioorganiczna jest stale wzbogacana o nowe metody izolacji i oczyszczania związków naturalnych, metody syntezy związków naturalnych i ich analogów, wiedzę na temat zależności pomiędzy strukturą a aktywnością biologiczną związków itp.

Najnowsze podejścia do edukacji medycznej, związane z przezwyciężaniem reprodukcyjnego stylu nauczania, zapewnieniem aktywności poznawczej i badawczej studentów, otwierają nowe perspektywy realizacji potencjału zarówno jednostki, jak i zespołu.

Cel i zadania dyscypliny akademickiej

Cel: kształtowanie poziomu kompetencji chemicznych w systemie edukacji medycznej, zapewniających późniejsze studiowanie dyscyplin biomedycznych i klinicznych.

Zadania:

Studenci opanowują teoretyczne podstawy przemian chemicznych cząsteczek organicznych w powiązaniu z ich strukturą i aktywnością biologiczną;

Kształcenie: znajomość molekularnych podstaw procesów życiowych;

Kształcenie umiejętności poruszania się w klasyfikacji, strukturze i właściwościach związków organicznych pełniących funkcję leków;

Kształtowanie logiki myślenia chemicznego;

Kształcenie umiejętności stosowania metod analizy jakościowej
związki organiczne;

Wiedza i umiejętności chemiczne, stanowiące podstawę kompetencji chemicznych, przyczynią się do kształtowania kompetencji zawodowych absolwenta.

Wymagania dotyczące opanowania dyscypliny akademickiej

Wymagania dotyczące poziomu opanowania treści dyscypliny „Chemia bioorganiczna” określa standard kształcenia wyższego pierwszego stopnia w cyklu dyscyplin ogólnozawodowych i specjalnych, opracowany z uwzględnieniem wymagań podejście oparte na kompetencjach, które określa minimalną zawartość dyscypliny w postaci uogólnionej wiedzy chemicznej i umiejętności, które składają się na kompetencje bioorganiczne absolwenta uczelni:

a) wiedza uogólniona:

- rozumieć istotę przedmiotu jako nauki i jej powiązania z innymi dyscyplinami;

Znaczenie w zrozumieniu procesów metabolicznych;

Pojęcie jedności struktury i reaktywności cząsteczek organicznych;

Podstawowe prawa chemii niezbędne do wyjaśnienia procesów zachodzących w organizmach żywych;

Właściwości chemiczne i znaczenie biologiczne głównych klas związków organicznych.

b) umiejętności uogólnione:

Przewidzieć mechanizm reakcji w oparciu o wiedzę o budowie cząsteczek organicznych i sposobach rozrywania wiązań chemicznych;

Wyjaśnić znaczenie reakcji dla funkcjonowania układów żywych;

Wykorzystaj zdobytą wiedzę na studiach z biochemii, farmakologii i innych dziedzin.

Struktura i treść dyscypliny akademickiej

W tym programie struktura treści dyscypliny „chemia bioorganiczna” składa się ze wstępu do dyscypliny oraz dwóch sekcji, które obejmują ogólne zagadnienia reaktywności cząsteczek organicznych, a także właściwości związków hetero- i wielofunkcyjnych biorących udział w procesy życiowe. Każda sekcja podzielona jest na tematy ułożone w kolejności zapewniającej optymalne przyswojenie i przyswojenie materiału programowego. Dla każdego tematu prezentowana jest uogólniona wiedza i umiejętności, które stanowią istotę kompetencji bioorganicznych uczniów. Zgodnie z treścią każdego tematu określane są wymagania dotyczące kompetencji (w formie systemu uogólnionej wiedzy i umiejętności), do tworzenia i diagnozowania których można opracować testy.

Metody nauczania

Do głównych metod nauczania, które adekwatnie realizują cele studiowania tej dyscypliny należą:

Wyjaśnienia i konsultacje;

Lekcja laboratoryjna;

Elementy nauczania problemowego (praca dydaktyczna i badawcza studentów);

Wprowadzenie do chemii bioorganicznej

Chemia bioorganiczna to nauka badająca strukturę substancji organicznych i ich przemiany w powiązaniu z funkcjami biologicznymi. Przedmioty badań chemii bioorganicznej. Rola chemii bioorganicznej w tworzeniu podstaw naukowych dla postrzegania wiedzy biologicznej i medycznej na współczesnym poziomie molekularnym.

Teoria budowy związków organicznych i jej rozwój na obecnym etapie. Izomeria związków organicznych jako podstawa różnorodności związków organicznych. Rodzaje izomerii związków organicznych.

Fizykochemiczne metody izolacji i badania związków organicznych ważnych w analizie biomedycznej.

Podstawowe zasady systematycznej nomenklatury IUPAC dla związków organicznych: nomenklatura substytucyjna i rodnikowo-funkcjonalna.

Struktura przestrzenna cząsteczek organicznych, jej związek z rodzajem hybrydyzacji atomu węgla (hybrydyzacja sp3, sp2 i sp). wzory stereochemiczne. Konfiguracja i konformacja. Konformacje łańcuchów otwartych (okludowane, hamowane, pochylone). Charakterystyka energetyczna konformacji. Wzory projekcyjne Newmana. Bliskość przestrzenna niektórych odcinków łańcucha jako konsekwencja równowagi konformacyjnej i jako jedna z przyczyn dominującego powstawania cykli pięcio- i sześcioczłonowych. Konformacje związków cyklicznych (cykloheksan, tetrahydropiran). Charakterystyka energetyczna konstrukcji krzesła i wanny. Połączenia osiowe i równikowe. Związek struktury przestrzennej z aktywnością biologiczną.

Wymagania dotyczące kompetencji:

· Znać przedmioty badań i główne zadania chemii bioorganicznej,

· Potrafi klasyfikować związki organiczne ze względu na budowę szkieletu węglowego i charakter grup funkcyjnych, stosować zasady systematycznej nomenklatury chemicznej.

· Zna główne rodzaje izomerii związków organicznych, potrafi określić możliwe typy izomerów korzystając ze wzoru strukturalnego związku.

· Znać różne rodzaje hybrydyzacji orbitali atomowych węgla, kierunek przestrzenny wiązań atomowych, ich rodzaj i liczbę w zależności od rodzaju hybrydyzacji.

· Znać charakterystyki energetyczne konformacji cząsteczek cyklicznych (konformacje krzesła, wanny) i acyklicznych (konformacje hamowane, ukośne, zaćmione) cząsteczek, potrafić je zobrazować za pomocą wzorów projekcyjnych Newmana.

· Zna rodzaje naprężeń (skrętnych, kątowych, van der Waalsa) występujących w różnych cząsteczkach, ich wpływ na stabilność konformacji i cząsteczkę jako całość.

Rozdział 1. Reaktywność cząsteczek organicznych w wyniku wzajemnego oddziaływania atomów, mechanizmy reakcji organicznych

Temat 1. Układy sprzężone, aromatyczność, efekty elektronowe podstawników

Układy sprzężone i aromatyczność. Koniugacja (p, p- i p, p-koniugacja). Sprzężone układy o otwartym łańcuchu: 1,3-dieny (butadien, izopren), polieny (karotenoidy, witamina A). Sprzężone systemy obiegu zamkniętego. Aromatyczność: kryteria aromatyczności, reguła aromatyczności Hückela. Aromatyczność związków benzenoidowych (benzenu, naftalenu, fenantrenu). Energia koniugacji. Struktura i przyczyny trwałości termodynamicznej karbo- i heterocyklicznych związków aromatycznych. Aromatyczność związków heterocyklicznych (pirol, imidazol, pirydyna, pirymidyna, puryna). Atomy azotu pirolu i pirydyny, układy aromatyczne z nadmiarem i niedoborem p.

Wzajemne oddziaływanie atomów i sposoby jego przenoszenia w cząsteczkach organicznych. Delokalizacja elektronów jako jeden z czynników zwiększających stabilność cząsteczek i jonów, jej powszechne występowanie w cząsteczkach ważnych biologicznie (porfina, hem, hemoglobina itp.). Polaryzacja wiązań. Elektronowe efekty podstawników (indukcyjne i mezomeryczne) jako przyczyna nierównomiernego rozkładu gęstości elektronowej i powstawania centrów reakcji w cząsteczce. Efekty indukcyjne i mezomeryczne (dodatnie i ujemne), ich oznaczenie graficzne we wzorach strukturalnych związków organicznych. Podstawniki oddające i odbierające elektrony.

Wymagania dotyczące kompetencji:

· Zna rodzaje koniugacji i potrafi określić rodzaj koniugacji na podstawie wzoru strukturalnego związku.

· Zna kryteria aromatyczności, potrafi wyznaczać związki aromatyczne cząsteczek karbo- i heterocyklicznych za pomocą wzoru strukturalnego.

· Potrafi ocenić udział elektronowy atomów w powstaniu pojedynczego układu sprzężonego, zna budowę elektronową atomów azotu pirydyny i pirolu.

· Znać efekty elektroniczne podstawników, przyczyny ich występowania i potrafić graficznie przedstawić ich działanie.

· Potrafi sklasyfikować podstawniki jako oddające i pobierające elektrony w oparciu o wywoływane przez nie efekty indukcyjne i mezomeryczne.

· Potrafić przewidzieć wpływ podstawników na reaktywność cząsteczek.

Temat 2. Reaktywność węglowodorów. Podstawienie rodnikowe, addycja elektrofilowa i reakcje podstawienia

Ogólne wzorce reaktywności związków organicznych jako chemiczna podstawa ich biologicznego funkcjonowania. Reakcja chemiczna jako proces. Pojęcia: substrat, odczynnik, centrum reakcji, stan przejściowy, produkt reakcji, energia aktywacji, szybkość reakcji, mechanizm.

Klasyfikacja reakcji organicznych ze względu na wynik (dodawanie, podstawienie, eliminacja, redoks) i ze względu na mechanizm - rodnikowe, jonowe (elektrofilowe, nukleofilowe), spójne. Rodzaje odczynników: rodnikowy, kwasowy, zasadowy, elektrofilowy, nukleofilowy. Homolityczne i heterolityczne rozszczepianie wiązań kowalencyjnych w związkach organicznych i powstające cząstki: wolne rodniki, karbokationy i karboaniony. Struktura elektronowa i przestrzenna tych cząstek oraz czynniki determinujące ich względną stabilność.

Reaktywność węglowodorów. Radykalne reakcje podstawienia: reakcje homolityczne z udziałem wiązań CH zhybrydyzowanego atomu węgla sp3. Mechanizm podstawienia rodnikowego na przykładzie reakcji halogenowania alkanów i cykloalkanów. Pojęcie procesów łańcuchowych. Pojęcie regioselektywności.

Sposoby powstawania wolnych rodników: fotoliza, termoliza, reakcje redoks.

Reakcje addycji elektrofilowej ( AE) w szeregu węglowodorów nienasyconych: reakcje heterolityczne obejmujące wiązania p pomiędzy atomami węgla zhybrydyzowanymi sp2. Mechanizm reakcji hydratacji i hydrohalogenacji. Kataliza kwasowa. Reguła Markownikowa. Wpływ czynników statycznych i dynamicznych na regioselektywność reakcji addycji elektrofilowej. Cechy reakcji addycji elektrofilowej do węglowodorów dienowych i małych cykli (cyklopropan, cyklobutan).

Reakcje podstawienia elektrofilowego ( SE): reakcje heterolityczne z udziałem chmury p-elektronów układu aromatycznego. Mechanizm reakcji halogenowania, nitrowania, alkilowania związków aromatycznych: p - i S- kompleksy. Rola katalizatora (kwasu Lewisa) w tworzeniu cząstki elektrofilowej.

Wpływ podstawników w pierścieniu aromatycznym na reaktywność związków w reakcjach podstawienia elektrofilowego. Orientujące oddziaływanie podstawników (orientantów pierwszego i drugiego rodzaju).

Wymagania dotyczące kompetencji:

· Zna pojęcia substrat, odczynnik, centrum reakcji, produkt reakcji, energia aktywacji, szybkość reakcji, mechanizm reakcji.

· Zna klasyfikację reakcji według różnych kryteriów (ze względu na wynik końcowy, sposób zerwania wiązań, mechanizm) i rodzajów odczynników (rodnikowe, elektrofilowe, nukleofilowe).

· Zna budowę elektronową i przestrzenną odczynników oraz czynniki decydujące o ich stabilności względnej, potrafi porównać stabilność względną odczynników tego samego rodzaju.

· Znać metody powstawania wolnych rodników i mechanizm reakcji podstawienia rodnikowego (SR) na przykładach reakcji halogenowania alkanów i cykloalkanów.

· Potrafi określić statystyczne prawdopodobieństwo powstania możliwych produktów w reakcjach substytucji rodnikowej oraz możliwość regioselektywnego przebiegu procesu.

· Zna mechanizm reakcji addycji elektrofilowej (AE) w reakcjach halogenowania, hydrohalogenowania i hydratacji alkenów, potrafi jakościowo ocenić reaktywność substratów na podstawie efektów elektronowych podstawników.

· Zna regułę Markownikowa i potrafi wyznaczyć regioselektywność reakcji hydratacji i hydrohalogenacji na podstawie wpływu czynników statycznych i dynamicznych.

· Zna cechy reakcji addycji elektrofilowej do węglowodorów sprzężonych dienów i małych cykli (cyklopropan, cyklobutan).

· Znać mechanizm reakcji podstawienia elektrofilowego (SE) w reakcjach halogenowania, nitrowania, alkilowania, acylowania związków aromatycznych.

· Potrafić, na podstawie efektów elektronowych podstawników, określić ich wpływ na reaktywność jądra aromatycznego i ich działanie orientujące.

Temat 3. Właściwości kwasowo-zasadowe związków organicznych

Kwasowość i zasadowość związków organicznych: teorie Brønsteda i Lewisa. Stabilność anionu kwasowego jest jakościowym wskaźnikiem właściwości kwasowych. Ogólne wzorce zmiany właściwości kwasowych lub zasadowych w odniesieniu do natury atomów w centrum kwasowym lub zasadowym, efekty elektronowe podstawników w tych centrach. Właściwości kwasowe związków organicznych z grupami funkcyjnymi zawierającymi wodór (alkohole, fenole, tiole, kwasy karboksylowe, aminy, CH-kwasowość cząsteczek i kabracje). zasady p i N- podstawy. Główne właściwości cząsteczek obojętnych zawierających heteroatomy z samotnymi parami elektronów (alkohole, tiole, siarczki, aminy) i aniony (jony wodorotlenkowe, alkoholanowe, aniony kwasów organicznych). Właściwości kwasowo-zasadowe heterocykli zawierających azot (pirol, imidazol, pirydyna). Wiązania wodorowe jako specyficzny przejaw właściwości kwasowo-zasadowych.

Charakterystyka porównawcza właściwości kwasowych związków zawierających grupę hydroksylową (alkohole jednowodorotlenowe i wielowodorotlenowe, fenole, kwasy karboksylowe). Charakterystyka porównawcza głównych właściwości amin alifatycznych i aromatycznych. Wpływ charakteru elektronowego podstawnika na właściwości kwasowo-zasadowe cząsteczek organicznych.

Wymagania dotyczące kompetencji:

· Zna definicje kwasów i zasad zgodnie z teorią protolityczną Bronsteda i teorią elektronów Lewisa.

· Znać klasyfikację Bronsteda kwasów i zasad w zależności od charakteru atomów centrów kwasowych lub zasadowych.

· Zna czynniki wpływające na moc kwasów i stabilność ich sprzężonych zasad, potrafi dokonać porównawczej oceny mocy kwasów na podstawie stabilności odpowiadających im anionów.

· Zna czynniki wpływające na wytrzymałość baz Bronsteda, potrafi przeprowadzić ocenę porównawczą wytrzymałości baz z uwzględnieniem tych czynników.

· Zna przyczyny powstawania wiązania wodorowego, potrafi zinterpretować powstawanie wiązania wodorowego jako specyficzny przejaw właściwości kwasowo-zasadowych substancji.

· Zna przyczyny występowania tautomerii keto-enolowej w cząsteczkach organicznych, potrafi je wyjaśnić z punktu widzenia właściwości kwasowo-zasadowych związków w powiązaniu z ich aktywnością biologiczną.

· Zna i potrafi przeprowadzić reakcje jakościowe pozwalające na rozróżnienie alkoholi wielowodorotlenowych, fenoli, tioli.

Temat 4. Reakcje podstawienia nukleofilowego przy tetragonalnym atomie węgla i reakcje eliminacji konkurencyjnej

Reakcje podstawienia nukleofilowego przy zhybrydyzowanym atomie węgla sp3: reakcje heterolityczne wywołane polaryzacją wiązania węgiel-heteroatom (pochodne halogenowe, alkohole). Grupy, które odchodzą łatwo i trudno: związek pomiędzy łatwością opuszczenia grupy a jej strukturą. Wpływ czynników rozpuszczalnikowych, elektronowych i przestrzennych na reaktywność związków w reakcjach mono- i bimolekularnego podstawienia nukleofilowego (SN1 i SN2). Stereochemia reakcji podstawienia nukleofilowego.

Reakcje hydrolizy pochodnych halogenowych. Reakcje alkilowania alkoholi, fenoli, tioli, siarczków, amoniaku, amin. Rola katalizy kwasowej w podstawieniu nukleofilowym grupy hydroksylowej. Pochodne halogenowe, alkohole, estry kwasów siarkowego i fosforowego jako odczynniki alkilujące. Biologiczna rola reakcji alkilowania.

Mono- i bimolekularne reakcje eliminacji (E1 i E2): (odwodnienie, dehydrohalogenacja). Zwiększona kwasowość CH jako przyczyna reakcji eliminacji towarzyszących podstawieniu nukleofilowemu przy atomie węgla zhybrydyzowanym sp3.

Wymagania dotyczące kompetencji:

· Znać czynniki decydujące o nukleofilowości odczynników oraz strukturę najważniejszych cząstek nukleofilowych.

· Znać ogólne prawa reakcji podstawienia nukleofilowego przy nasyconym atomie węgla, wpływ czynników statycznych i dynamicznych na reaktywność substancji w reakcji podstawienia nukleofilowego.

· Zna mechanizmy mono- i bimolekularnego podstawienia nukleofilowego, potrafi ocenić wpływ czynników sterycznych, wpływ rozpuszczalników, wpływ czynników statycznych i dynamicznych na przebieg reakcji według jednego z mechanizmów.

· Znać mechanizmy eliminacji mono- i bimolekularnej, przyczyny rywalizacji pomiędzy substytucją nukleofilową a reakcjami eliminacji.

· Zna regułę Zajcewa i potrafi wyznaczyć główny produkt reakcji odwodnienia i dehydrohalogenacji niesymetrycznych alkoholi i haloalkanów.

Temat 5. Reakcje addycji i podstawienia nukleofilowego przy trygonalnym atomie węgla

Reakcje addycji nukleofilowej: reakcje heterolityczne z udziałem wiązania p węgiel-tlen (aldehydy, ketony). Mechanizm reakcji oddziaływania związków karbonylowych z odczynnikami nukleofilowymi (woda, alkohole, tiole, aminy). Wpływ czynników elektronowych i przestrzennych, rola katalizy kwasowej, odwracalność reakcji addycji nukleofilowej. Półacetale i acetale, ich otrzymywanie i hydroliza. Biologiczna rola reakcji acetalizacji. Reakcje addycji aldolowej. Podstawowa kataliza. Struktura jonu enolanowego.

Reakcje podstawienia nukleofilowego w szeregu kwasów karboksylowych. Struktura elektronowa i przestrzenna grupy karboksylowej. Reakcje podstawienia nukleofilowego przy atomie węgla zhybrydyzowanym sp2 (kwasy karboksylowe i ich pochodne funkcyjne). Środki acylujące (halogenki kwasowe, bezwodniki, kwasy karboksylowe, estry, amidy), charakterystyka porównawcza ich reaktywności. Reakcje acylowania - powstawanie bezwodników, estrów, tioestrów, amidów - i ich reakcje odwrotnej hydrolizy. Acetylokoenzym A jest naturalnym, wysokoenergetycznym środkiem acylującym. Biologiczna rola reakcji acylowania. Pojęcie podstawienia nukleofilowego przy atomach fosforu, reakcje fosforylacji.

Reakcje utleniania i redukcji związków organicznych. Specyfika reakcji redoks związków organicznych. Pojęcie transferu jednego elektronu, transferu jonów wodorkowych oraz działanie układu NAD+ ↔ NADH. Reakcje utleniania alkoholi, fenoli, siarczków, związków karbonylowych, amin, tioli. Reakcje redukcji związków karbonylowych i dwusiarczków. Rola reakcji redoks w procesach życiowych.

Wymagania dotyczące kompetencji:

· Zna budowę elektronową i przestrzenną grupy karbonylowej, wpływ czynników elektronowych i sterycznych na reaktywność grupy okso w aldehydach i ketonach.

· Zna mechanizm reakcji nukleofilowej addycji wody, alkoholi, amin, tioli do aldehydów i ketonów, rola katalizatora.

· Zna mechanizm reakcji kondensacji aldolowej, czynniki decydujące o udziale związku w tej reakcji.

· Zna mechanizm reakcji redukcji związków okso z wodorkami metali.

· Znać centra reakcji obecne w cząsteczkach kwasu karboksylowego. Potrafić przeprowadzić ocenę porównawczą mocy kwasów karboksylowych w zależności od budowy rodnika.

· Zna budowę elektronową i przestrzenną grupy karboksylowej, potrafi przeprowadzić ocenę porównawczą zdolności atomu węgla grupy okso w kwasach karboksylowych i ich pochodnych funkcyjnych (halogenki kwasowe, bezwodniki, estry, amidy, sole) do ulega atakowi nukleofilowemu.

· Znać mechanizm reakcji podstawienia nukleofilowego na przykładach acylowania, estryfikacji, hydrolizy estrów, bezwodników, halogenków kwasowych, amidów.

Temat 6. Lipidy, klasyfikacja, budowa, właściwości

Lipidy zmydlające się i niezmydlające. neutralne lipidy. Tłuszcze naturalne jako mieszanina triacylogliceroli. Główne naturalne wyższe kwasy tłuszczowe tworzące lipidy: palmitynowy, stearynowy, oleinowy, linolowy, linolenowy. Kwas arachidonowy. Cechy nienasyconych kwasów tłuszczowych, w-nomenklatura.

Utlenianie nadtlenkowe fragmentów nienasyconych kwasów tłuszczowych w błonach komórkowych. Rola peroksydacji lipidów błonowych w oddziaływaniu niskich dawek promieniowania na organizm. Systemy ochrony antyoksydacyjnej.

Fosfolipidy. Kwasy fosforanowe. Fosfatydylokolaminy i fosfatydyloseryny (cefaliny), fosfatydylocholiny (lecytyny) są składnikami strukturalnymi błon komórkowych. Dwuwarstwa lipidowa. Sfingolipidy, ceramidy, sfingomieliny. Glikolipidy mózgowe (cerebrozydy, gangliozydy).

Wymagania dotyczące kompetencji:

· Zna klasyfikację lipidów i ich budowę.

· Znać budowę składników strukturalnych zmydlonych lipidów – alkoholi i wyższych kwasów tłuszczowych.

· Zna mechanizm reakcji powstawania i hydrolizy lipidów prostych i złożonych.

· Znać i potrafić przeprowadzać jakościowe reakcje na nienasycone kwasy tłuszczowe i oleje.

· Zna klasyfikację lipidów niezmydlających się, ma pojęcie o zasadach klasyfikacji terpenów i steroidów, ich roli biologicznej.

· Zna biologiczną rolę lipidów, ich główne funkcje, ma pojęcie o głównych etapach peroksydacji lipidów i konsekwencjach tego procesu dla komórki.

Rozdział 2. Stereoizomeria cząsteczek organicznych. Związki poli- i heterofunkcyjne biorące udział w procesach życiowych

Temat 7. Stereoizomeria cząsteczek organicznych

Stereoizomeria szeregu związków z podwójnym wiązaniem (p-diastereomeria). Izomeria cis i trans związków nienasyconych. E, Z – system notacji p-diastereoizomerów. Porównawcza stabilność p-diastereoizomerów.

cząsteczki chiralne. Asymetryczny atom węgla jako centrum chiralności. Stereoizomeria cząsteczek z jednym centrum chiralności (enancjomeria). aktywność optyczna. Wzory projekcji Fischera. Aldehyd glicerynowy jako wzorzec konfiguracji, konfiguracja absolutna i względna. D, L-system nomenklatury stereochemicznej. R, S-system nomenklatury stereochemicznej. Mieszaniny racemiczne i metody ich rozdzielania.

Stereoizomeria cząsteczek z dwoma lub większą liczbą centrów chiralnych. Enancjomery, diastereoizomery, mezoformy.

Wymagania dotyczące kompetencji:

· Znać przyczyny występowania stereoizomerii w szeregu węglowodorów alkenów i dienów.

· Potrafi zastosować skrócony wzór strukturalny związku nienasyconego w celu określenia możliwości istnienia p-diastereoizomerów, rozróżnienia izomerów cis - trans i oceny ich stabilności porównawczej.

· Zna elementy symetrii cząsteczek, warunki niezbędne do wystąpienia chiralności w cząsteczce organicznej.

· Zna i potrafi przedstawić enancjomery za pomocą wzorów projekcji Fischera, obliczyć liczbę oczekiwanych stereoizomerów na podstawie liczby centrów chiralnych w cząsteczce, zasady wyznaczania konfiguracji absolutnej i względnej, system D-, L-nomenklatury stereochemicznej .

· Zna metody rozdzielania racematów, podstawowe zasady systemu R, S w nomenklaturze stereochemicznej.

Temat 8. Fizjologicznie aktywne związki poli- i heterofunkcyjne szeregu alifatycznego, aromatycznego i heterocyklicznego

Poli- i heterofunkcjonalność jako jedna z charakterystycznych cech związków organicznych uczestniczących w procesach życiowych i będących przodkami najważniejszych grup leków. Specyfika wzajemnego oddziaływania grup funkcyjnych w zależności od ich względnego położenia.

Alkohole wielowodorotlenowe: glikol etylenowy, gliceryna. Estry alkoholi wielowodorotlenowych z kwasami nieorganicznymi (nitrogliceryna, fosforany glicerolu). Fenole dwuatomowe: hydrochinon. Utlenianie fenoli dwuatomowych. Układ hydrochinon-chinon. Fenole jako przeciwutleniacze (zmiatacze wolnych rodników). Tokoferole.

Dwuzasadowe kwasy karboksylowe: szczawiowy, malonowy, bursztynowy, glutarowy, fumarowy. Konwersja kwasu bursztynowego do kwasu fumarowego jest przykładem biologicznie ważnej reakcji odwodornienia. Reakcje dekarboksylacji, ich rola biologiczna.

Aminoalkohole: aminoetanol (kolamina), cholina, acetylocholina. Rola acetylocholiny w chemicznym przekazywaniu impulsów nerwowych w synapsach. Aminofenole: dopamina, noradrenalina, adrenalina. Pojęcie biologicznej roli tych związków i ich pochodnych. Neurotoksyczne działanie 6-hydroksydopaminy i amfetaminy.

Hydroksy i aminokwasy. Reakcje cyklizacji: wpływ różnych czynników na proces powstawania cykli (realizacja odpowiednich konformacji, wielkość powstałego cyklu, współczynnik entropii). Laktony. Laktamy. Hydroliza laktonów i laktamów. Reakcja eliminacji b-hydroksy i aminokwasów.

Aldehydy i ketokwasy: pirogronowy, acetylooctowy, szczawiooctowy, a-ketoglutarowy. Właściwości i reaktywność kwasów. Reakcje dekarboksylacji b-ketokwasów i oksydacyjnej dekarboksylacji a-ketokwasów. Ester acetylooctowy, tautomeryzm keto-enolowy. Przedstawicielami „ciał ketonowych” są kwasy b-hydroksymasłowy, b-ketomasłowy, aceton, ich znaczenie biologiczne i diagnostyczne.

Heterofunkcyjne pochodne benzenu jako leki. Kwas salicylowy i jego pochodne (kwas acetylosalicylowy).

Kwas paraaminobenzoesowy i jego pochodne (anestezyna, nowokaina). Biologiczna rola kwasu p-aminobenzoesowego. Kwas sulfanilowy i jego amid (streptocid).

Heterocykle z kilkoma heteroatomami. Pirazol, imidazol, pirymidyna, puryna. Pirazolon-5 jest podstawą nie-narkotycznych leków przeciwbólowych. Kwas barbiturowy i jego pochodne. Hydroksypuryny (hipoksantyna, ksantyna, kwas moczowy), ich rola biologiczna. Heterocykle z jednym heteroatomem. Pirol, indol, pirydyna. Biologicznie ważnymi pochodnymi pirydyny są pochodne nikotynamidu, pirydoksalu i kwasu izonikotynowego. Nikotynamid jest składnikiem strukturalnym koenzymu NAD+, który warunkuje jego udział w OVR.

Wymagania dotyczące kompetencji:

· Potrafi klasyfikować związki heterofunkcyjne według składu i ich wzajemnego rozmieszczenia.

· Zna specyficzne reakcje aminokwasów i hydroksykwasów z a, b, g – układem grup funkcyjnych.

· Zna reakcje prowadzące do powstania związków biologicznie czynnych: choliny, acetylocholiny, adrenaliny.

· Znać rolę tautomeryzmu keto-enolowego w przejawach aktywności biologicznej ketokwasów (kwas pirogronowy, kwas szczawiooctowy, kwas acetooctowy) i związków heterocyklicznych (pirazol, kwas barbiturowy, puryna).

· Zna metody przemian redoks związków organicznych, biologiczną rolę reakcji redoks w manifestowaniu aktywności biologicznej dwuatomowych fenoli, nikotynamidu i powstawaniu ciał ketonowych.

Temat9 . Węglowodany, klasyfikacja, budowa, właściwości, rola biologiczna

Węglowodany, ich klasyfikacja w odniesieniu do hydrolizy. Klasyfikacja monosacharydów. Aldozy, ketozy: triozy, tetrozy, pentozy, heksozy. Stereoizomeria monosacharydów. Seria D i L nomenklatury stereochemicznej. Formy otwarte i cykliczne. Wzory Fishera i wzory Hawortha. Furanozy i piranozy, a- i b-anomery. Cyklo-okso-tautomeryzm. Konformacje piranozowych form monosacharydów. Struktura najważniejszych przedstawicieli pentoz (ryboza, ksyloza); heksozy (glukoza, mannoza, galaktoza, fruktoza); deoksycukry (2-deoksyryboza); aminocukry (glukozamina, mannozamina, galaktozamina).

Właściwości chemiczne monosacharydów. Reakcje podstawienia nukleofilowego z udziałem centrum anomerycznego. O - i N-glikozydy. Hydroliza glikozydów. Fosforany monosacharydów. Utlenianie i redukcja monosacharydów. Właściwości redukujące aldozów. Kwasy glikonowy, glikarowy, glikuronowy.

Oligosacharydy. Disacharydy: maltoza, celobioza, laktoza, sacharoza. Struktura, cyklookso-tautomeryzm. Hydroliza.

Polisacharydy. Ogólna charakterystyka i klasyfikacja polisacharydów. Homo- i heteropolisacharydy. Homopolisacharydy: skrobia, glikogen, dekstrany, celuloza. Struktura pierwotna, hydroliza. Pojęcie struktury drugorzędowej (skrobia, celuloza).

Wymagania dotyczące kompetencji:

· Zna klasyfikację monosacharydów (ze względu na liczbę atomów węgla, skład grup funkcyjnych), budowę form otwartych i cyklicznych (furanoza, piranoza) najważniejszych monosacharydów, ich stosunek szeregu D i L nomenklatura stereochemiczna, potrafić określić liczbę możliwych diastereomerów, klasyfikować stereoizomery na diastereoizomery, epimery, anomery.

· Zna mechanizm reakcji cyklizacji monosacharydów, przyczyny mutarotacji roztworów monosacharydów.

· Znać właściwości chemiczne monosacharydów: reakcje redoks, reakcje tworzenia i hydrolizy O- i N-glikozydów, reakcje estryfikacji, fosforylacji.

· Możliwość przeprowadzenia wysokiej jakości reakcji na fragmencie diolowym i obecności właściwości redukujących monosacharydów.

· Zna klasyfikację disacharydów i ich budowę, konfigurację anomerycznego atomu węgla tworzącego wiązanie glikozydowe, przemiany tautomeryczne disacharydów, ich właściwości chemiczne, rolę biologiczną.

· Znać klasyfikację polisacharydów (ze względu na hydrolizę, ze względu na skład monosacharydów), budowę najważniejszych przedstawicieli homopolisacharydów, konfigurację anomerycznego atomu węgla tworzącego wiązanie glikozydowe, ich właściwości fizykochemiczne i rolę biologiczną. Mają pojęcie o biologicznej roli heteropolisacharydów.

Temat 10.A-Aminokwasy, peptydy, białka. Struktura, właściwości, rola biologiczna

Struktura, nazewnictwo, klasyfikacja a-aminokwasów tworzących białka i peptydy. Stereoizomeria a-aminokwasów.

Biosyntetyczne drogi powstawania a-aminokwasów z oksokwasów: reakcje redukcyjnego aminowania i reakcje transaminacji. Aminokwasy.

Właściwości chemiczne a-aminokwasów jako związków heterofunkcyjnych. Właściwości kwasowo-zasadowe a-aminokwasów. Punkt izoelektryczny, metody rozdzielania a-aminokwasów. Tworzenie soli wewnątrzkompleksowych. Reakcje estryfikacji, acylowania, alkilowania. Oddziaływanie z kwasem azotawym i formaldehydem, znaczenie tych reakcji w analizie aminokwasów.

Kwas g-aminomasłowy jest neuroprzekaźnikiem hamującym ośrodkowy układ nerwowy. Przeciwdepresyjne działanie L-tryptofanu, serotoniny – jako neuroprzekaźnika snu. Mediatorowe właściwości glicyny, histaminy, kwasu asparaginowego i glutaminowego.

Biologicznie ważne reakcje a-aminokwasów. Reakcje deaminacji i hydroksylacji. Dekarboksylacja a-aminokwasów jest drogą do powstania amin biogennych i bioregulatorów (kolaminy, histaminy, tryptaminy, serotoniny). Peptydów. Struktura elektronowa wiązania peptydowego. Hydroliza kwasowa i zasadowa peptydów. Ustalanie składu aminokwasów nowoczesnymi metodami fizykochemicznymi (metoda Sangera i Edmana). Pojęcie neuropeptydów.

Podstawowa struktura białek. Częściowa i całkowita hydroliza. Pojęcie struktur drugorzędowych, trzeciorzędowych i czwartorzędowych.

Wymagania dotyczące kompetencji:

· Zna budowę, stereochemiczną klasyfikację a-aminokwasów, należących do D- i L-stereochemicznej serii naturalnych aminokwasów, aminokwasów niezbędnych.

· Zna sposoby syntezy a-aminokwasów in vivo i in vitro, zna właściwości kwasowo-zasadowe oraz metody przeprowadzania a-aminokwasów w stan izoelektryczny.

· Znać właściwości chemiczne a-aminokwasów (reakcje na grupach aminowych i karboksylowych), umieć przeprowadzać reakcje jakościowe (ksantoproteina, z Cu(OH)2, ninhydryną).

· Zna budowę elektronową wiązania peptydowego, pierwszorzędową, drugorzędową, trzeciorzędową i czwartorzędową strukturę białek i peptydów, umie wyznaczać skład i sekwencję aminokwasów (metoda Sangera, metoda Edmana), potrafi przeprowadzić reakcja biuretowa dla peptydów i białek.

· Zna zasadę metody syntezy peptydów z wykorzystaniem zabezpieczenia i aktywacji grup funkcyjnych.

Temat 11. Nukleotydy i kwasy nukleinowe

Zasady nukleinowe tworzące kwasy nukleinowe. Zasady pirymidynowe (uracyl, tymina, cytozyna) i purynowe (adenina, guanina), ich aromatyczność, przemiany tautomeryczne.

Nukleozydy, reakcje ich powstawania. Charakter połączenia między zasadą nukleinową a resztą węglowodanową; konfiguracja centrum glikozydowego. Hydroliza nukleozydów.

Nukleotydy. Struktura mononukleotydów tworzących kwasy nukleinowe. Nomenklatura. Hydroliza nukleotydów.

Podstawowa struktura kwasów nukleinowych. Wiązanie fosfodiestrowe. Kwasy rybonukleinowe i deoksyrybonukleinowe. Skład nukleotydowy RNA i DNA. Hydroliza kwasów nukleinowych.

Pojęcie struktury drugorzędowej DNA. Rola wiązań wodorowych w tworzeniu struktury drugorzędowej. Komplementarność zasad nukleinowych.

Leki na bazie modyfikowanych zasad nukleinowych (5-fluorouracyl, 6-merkaptopuryna). Zasada podobieństwa chemicznego. Zmiany w strukturze kwasów nukleinowych pod wpływem środków chemicznych i promieniowania. Mutagenne działanie kwasu azotawego.

Polifosforany nukleozydów (ADP, ATP), cechy ich budowy pozwalające im pełnić funkcje związków wysokoenergetycznych i bioregulatorów wewnątrzkomórkowych. Struktura cAMP, wewnątrzkomórkowego „posłańca” hormonów.

Wymagania dotyczące kompetencji:

· Zna budowę zasad azotowych pirymidynowych i purynowych, ich przemiany tautomeryczne.

· Znać mechanizm reakcji powstawania N-glikozydów (nukleozydów) i ich hydrolizę, nazewnictwo nukleozydów.

· Znać podstawowe podobieństwa i różnice pomiędzy naturalnymi i syntetycznymi nukleozydami antybiotykowymi w porównaniu z nukleozydami tworzącymi DNA i RNA.

· Zna reakcje powstawania nukleotydów, budowę mononukleotydów tworzących kwasy nukleinowe, ich nazewnictwo.

· Zna budowę cyklo- i polifosforanów nukleozydów, ich rolę biologiczną.

· Zna skład nukleotydowy DNA i RNA, rolę wiązania fosfodiestrowego w tworzeniu struktury pierwszorzędowej kwasów nukleinowych.

· Zna rolę wiązań wodorowych w tworzeniu struktury drugorzędowej DNA, komplementarność zasad azotowych, rolę oddziaływań komplementarnych w realizacji funkcji biologicznej DNA.

· Zna czynniki wywołujące mutacje i zasadę ich działania.

Część informacyjna

Bibliografia

Główny:

1. Romanovsky, chemia bioorganiczna: podręcznik w 2 częściach /. - Mińsk: BSMU, 20с.

2. Romanovsky, do warsztatów z chemii bioorganicznej: podręcznik / pod red. – Mińsk: BSMU, 1999. – 132 s.

3. Tyukavkina, N. A., Chemia bioorganiczna: podręcznik / , . – Moskwa: Medycyna, 1991. – 528 s.

Dodatkowy:

4. Ovchinnikov, chemia: monografia /.

– Moskwa: Edukacja, 1987. – 815 s.

5. Potapow: podręcznik /. - Moskwa:

Chemia, 1988. – 464 s.

6. Riles, A. Podstawy chemii organicznej: podręcznik / A. Rice, K. Smith,

R. Warda. – Moskwa: Mir, 1989. – 352 s.

7. Taylor, G. Podstawy chemii organicznej: podręcznik / G. Taylor. -

Moskwa: Mirs.

8. Terney, A. Nowoczesna chemia organiczna: podręcznik w 2 tomach /

A.Terney. – Moskwa: Mir, 1981. – 1310 s.

9. Tyukavkina, na zajęcia laboratoryjne z substancji bioorganicznych

chemia: podręcznik / [itd.]; pod redakcją N.A.

Tyukavkina. – Moskwa: Medycyna, 1985. – 256 s.

10. Tyukavkina, N. A., Chemia bioorganiczna: podręcznik dla studentów

instytuty medyczne / , . - Moskwa.

Cześć! Wielu studentów medycyny studiuje obecnie chemię bioorganiczną, znaną również jako biochemia.

Na niektórych uczelniach przedmiot ten kończy się kolokwium, na innych – egzaminem. Czasem zdarza się, że egzamin na jednej uczelni jest porównywalny pod względem trudności z egzaminem na innej.

Na mojej uczelni chemia bioorganiczna była egzaminem w sesji letniej, pod sam koniec pierwszego roku. Trzeba przyznać, że BOC to jeden z tych tematów, który w pierwszej chwili budzi strach i może natchnąć myślą „tego nie da się przejść”. Jest to oczywiście szczególnie prawdziwe w przypadku osób o słabych podstawach w chemii organicznej (i, co dziwne, jest ich sporo na uniwersytetach medycznych).

Programy studiowania chemii bioorganicznej na różnych uniwersytetach mogą się znacznie różnić, a metody nauczania mogą się jeszcze bardziej różnić.

Jednak wymagania wobec studentów są wszędzie mniej więcej takie same. Mówiąc najprościej, aby zdać chemię bioorganiczną na piątkę, trzeba znać nazwy, właściwości, cechy strukturalne i typowe reakcje szeregu substancji organicznych.

Nasz nauczyciel, szanowany profesor, przedstawił materiał tak, jakby każdy uczeń był najlepszym uczniem chemii organicznej w szkole (a chemia bioorganiczna jest w zasadzie skomplikowanym przedmiotem szkolnej chemii organicznej). Prawdopodobnie miał rację w swoim podejściu, każdy powinien dążyć do zdobycia szczytu i bycia najlepszym. Doprowadziło to jednak do tego, że część studentów, którzy na pierwszych 2-3 zajęciach nie zrozumieli częściowo materiału, bliżej połowy semestru przestali wszystko rozumieć.

Zdecydowałem się na napisanie tego materiału w dużej mierze dlatego, że byłem właśnie takim studentem. W szkole bardzo lubiłem chemię nieorganiczną, ale zawsze miałem problemy z chemią organiczną. Nawet gdy przygotowywałem się do egzaminu Unified State Exam, wybrałem strategię wzmocnienia całej mojej wiedzy z zakresu nieorganiki, jednocześnie konsolidując jedynie podstawy substancji organicznych. Nawiasem mówiąc, prawie obróciło się to przeciwko mnie pod względem punktów wejścia, ale to inna historia.

Nie na próżno mówiłem o metodologii nauczania, bo nasza też była bardzo nietypowa. Od razu, niemal na pierwszych zajęciach, pokazano nam podręczniki, według których mieliśmy zdawać kolokwium, a potem przystąpić do egzaminu.

Chemia bioorganiczna - kolokwium i egzamin

Cały nasz kurs został podzielony na 4 główne tematy, z których każdy zakończył się lekcją testową. Mieliśmy już pytania do każdego z czterech testów z pierwszej pary. Były oczywiście przerażające, ale jednocześnie służyły za rodzaj mapy, po której się poruszano.

Pierwszy test był dość prosty. Poświęcono ją głównie nomenklaturze, nazwom banalnym (codziennym) i międzynarodowym oraz oczywiście klasyfikacji substancji. W tej czy innej formie poruszano także oznaki aromatyczności.

Drugi test po pierwszym wydawał się znacznie trudniejszy. Należało tam opisać właściwości i reakcje substancji takich jak ketony, aldehydy, alkohole i kwasy karboksylowe. Na przykład jedną z najbardziej typowych reakcji aldehydów jest reakcja srebrnego lustra. Całkiem piękny widok. Jeśli do dowolnego aldehydu dodamy odczynnik Tollensa, czyli OH, to na ściance probówki pojawi się osad przypominający lustro, tak to wygląda:

Trzeci test w porównaniu do drugiego nie wydawał się tak groźny. Każdy jest już przyzwyczajony do zapisywania reakcji i zapamiętywania właściwości według klasyfikacji. W trzecim teście mówiliśmy o związkach z dwiema grupami funkcyjnymi – aminofenolami, aminoalkoholami, oksokwasami i innymi. Ponadto każdy bilet zawierał co najmniej jeden bilet dotyczący węglowodanów.

Czwarty test z chemii bioorganicznej był prawie w całości poświęcony białkom, aminokwasom i wiązaniom peptydowym. Szczególną atrakcją były pytania wymagające pobrania RNA i DNA.

Nawiasem mówiąc, dokładnie tak wygląda aminokwas - widać grupę aminową (na tym zdjęciu jest zabarwiona na żółto) i grupę kwasu karboksylowego (jest liliowa). To właśnie z substancjami tej klasy mieliśmy do czynienia w czwartym teście.

Każdy test rozwiązywany był przy tablicy – ​​uczeń bez podpowiedzi opisuje i wyjaśnia w formie reakcji wszystkie niezbędne właściwości. Przykładowo, jeśli przystępujesz do drugiego testu, na bilecie masz właściwości alkoholi. Nauczyciel ci mówi - weź propanol. Piszesz wzór na propanol i 4-5 typowych reakcji ilustrujących jego właściwości. Mogą też istnieć rzeczy egzotyczne, na przykład związki zawierające siarkę. Błąd nawet w indeksie jednego produktu reakcji często odsyłał mnie do dalszych badań tego materiału, aż do następnej próby (która miała miejsce tydzień później). Straszny? Szorstki? Z pewnością!

Jednak takie podejście ma bardzo przyjemny efekt uboczny. Podczas regularnych zajęć seminaryjnych było ciężko. Wielu przystępowało do testów 5-6 razy. Ale egzamin był bardzo łatwy, ponieważ każdy bilet zawierał 4 pytania. Dokładnie, po jednym z każdego już poznanego i rozwiązanego testu.

Dlatego nawet nie będę opisywał zawiłości przygotowań do egzaminu z chemii bioorganicznej. W naszym przypadku całe przygotowanie sprowadzało się do tego, jak przygotowywaliśmy się do samych testów. Zdałem pewnie każdy z czterech testów – przed egzaminem wystarczy przejrzeć własne wersje robocze, zapisać najbardziej podstawowe reakcje i od razu wszystko zostanie przywrócone. Faktem jest, że chemia organiczna jest nauką bardzo logiczną. To, o czym musisz pamiętać, to nie ogromne ciągi reakcji, ale same mechanizmy.

Tak, zauważam, że nie działa to ze wszystkimi przedmiotami. Nie będziesz w stanie zaliczyć tej skomplikowanej anatomii, po prostu czytając notatki dzień wcześniej. Wiele innych przedmiotów również ma swoje własne cechy. Nawet jeśli Twoja szkoła medyczna uczy chemii bioorganicznej inaczej, być może będziesz musiał dostosować swoje przygotowanie i zrobić to nieco inaczej niż ja. W każdym razie życzę powodzenia, zrozum i pokochaj naukę!

Chemia bioorganiczna to nauka podstawowa badająca strukturę i funkcje biologiczne najważniejszych składników materii żywej, przede wszystkim biopolimerów i bioregulatorów niskocząsteczkowych, skupiająca się na wyjaśnianiu wzorców zależności pomiędzy strukturą związków a ich działaniem biologicznym.

Chemia bioorganiczna jest nauką z pogranicza chemii i biologii, pomaga poznać zasady funkcjonowania organizmów żywych. Chemia bioorganiczna ma wyraźny orientację praktyczną, będąc teoretyczną podstawą do otrzymywania nowych, cennych związków dla medycyny, rolnictwa, przemysłu chemicznego, spożywczego i mikrobiologicznego. Spektrum zainteresowań chemii bioorganicznej jest niezwykle szerokie – obejmuje świat substancji izolowanych z przyrody ożywionej i pełniących w życiu ważną rolę, a także świat sztucznie wytwarzanych związków organicznych wykazujących aktywność biologiczną. Chemia bioorganiczna obejmuje chemię wszystkich substancji żywej komórki, dziesiątek i setek tysięcy związków.

Przedmioty badań, metody badawcze i główne zadania chemii bioorganicznej

Przedmioty badań chemia bioorganiczna to białka i peptydy, węglowodany, lipidy, biopolimery mieszane - glikoproteiny, nukleoproteiny, lipoproteiny, glikolipidy itp., alkaloidy, terpenoidy, witaminy, antybiotyki, hormony, prostaglandyny, feromony, toksyny, a także syntetyczne regulatory procesów biologicznych: leki, pestycydy itp.

Główny arsenał metod badawczych chemia bioorganiczna składa się z metod; Do rozwiązywania problemów konstrukcyjnych stosuje się metody fizyczne, fizykochemiczne, matematyczne i biologiczne.

Główne zadania chemia bioorganiczna to:

• Izolacja w stanie indywidualnym i oczyszczanie badanych związków metodą krystalizacji, destylacji, różnego rodzaju chromatografii, elektroforezy, ultrafiltracji, ultrawirowania itp. W tym przypadku często wykorzystuje się specyficzne funkcje biologiczne badanej substancji (np. czystość antybiotyku monitoruje się na podstawie jego działania przeciwdrobnoustrojowego, hormonu - na podstawie jego wpływu na określony proces fizjologiczny itp.);
• Ustalenie struktury, w tym struktury przestrzennej, w oparciu o podejścia chemii organicznej (hydroliza, rozszczepienie oksydacyjne, rozszczepienie na określone fragmenty, np. przy resztach metioniny przy ustalaniu struktury peptydów i białek, rozszczepienie przy grupach 1,2-diolowych węglowodanów, itp.) oraz fizyko-chemia chemiczna z wykorzystaniem spektrometrii mas, różnych rodzajów spektroskopii optycznej (IR, UV, laserowa itp.), analizy dyfrakcji promieni rentgenowskich, jądrowego rezonansu magnetycznego, elektronowego rezonansu paramagnetycznego, optycznej dyspersji rotacji i dichroizmu kołowego, szybka metody kinetyczne itp. w połączeniu z obliczeniami komputerowymi. Aby szybko rozwiązać standardowe problemy związane z ustaleniem struktury szeregu biopolimerów, stworzono i są szeroko stosowane automatyczne urządzenia, których zasada działania opiera się na standardowych reakcjach i właściwościach związków naturalnych i biologicznie aktywnych. Są to analizatory do określania ilościowego składu aminokwasowego peptydów, sekwencery do potwierdzania lub ustalania sekwencji reszt aminokwasowych w peptydach i sekwencji nukleotydowej w kwasach nukleinowych itp. Zastosowanie enzymów specyficznie rozszczepiających badane związki wzdłuż ściśle określonych wiązań jest ważne przy badaniu struktury złożonych biopolimerów. Enzymy te wykorzystywane są do badania struktury białek (trypsyna, proteinazy rozszczepiające wiązania peptydowe przy resztach kwasu glutaminowego, proliny i innych aminokwasów), kwasów nukleinowych i polinukleotydów (nukleazy, enzymy restrykcyjne), polimerów zawierających węglowodany (glikozydazy, w tym specyficzne te - galaktozydazy, glukuronidazy itp.). Aby zwiększyć efektywność badań, analizuje się nie tylko związki naturalne, ale także ich pochodne zawierające charakterystyczne, specjalnie wprowadzone grupy i oznakowane atomy. Takie pochodne otrzymuje się np. hodując producenta na podłożu zawierającym znakowane aminokwasy lub inne prekursory radioaktywne, do których zalicza się tryt, radioaktywny węgiel czy fosfor. Wiarygodność danych uzyskanych z badania złożonych białek znacznie wzrasta, jeśli badanie to przeprowadza się w połączeniu z badaniem struktury odpowiednich genów.
• Synteza chemiczna i modyfikacja chemiczna badanych związków, w tym synteza całkowita, synteza analogów i pochodnych. W przypadku związków o niskiej masie cząsteczkowej kontrsynteza jest nadal ważnym kryterium poprawności ustalonej struktury. Rozwój metod syntezy związków naturalnych i biologicznie aktywnych jest niezbędny do rozwiązania kolejnego ważnego problemu chemii bioorganicznej - wyjaśnienia związku pomiędzy ich strukturą a funkcją biologiczną.
• Wyjaśnienie zależności pomiędzy strukturą i funkcjami biologicznymi biopolimerów i bioregulatorów niskocząsteczkowych; badanie mechanizmów chemicznych ich działania biologicznego. Ten aspekt chemii bioorganicznej zyskuje coraz większe znaczenie praktyczne. Udoskonalanie arsenału metod chemicznej i chemiczno-enzymatycznej syntezy złożonych biopolimerów (biologicznie aktywnych peptydów, białek, polinukleotydów, kwasów nukleinowych, w tym aktywnie funkcjonujących genów) w połączeniu z coraz udoskonalanymi technikami syntezy stosunkowo prostszych bioregulatorów, a także metodami do selektywnego rozszczepiania biopolimerów, pozwalają na głębsze zrozumienie zależności efektów biologicznych od struktury związków. Zastosowanie wysoce wydajnej technologii obliczeniowej umożliwia obiektywne porównanie wielu danych pochodzących od różnych badaczy i znalezienie wspólnych wzorców. Odkryte szczególne i ogólne wzorce z kolei stymulują i ułatwiają syntezę nowych związków, co w niektórych przypadkach (na przykład podczas badania peptydów wpływających na aktywność mózgu) pozwala znaleźć praktycznie ważne związki syntetyczne, które mają lepszą aktywność biologiczną do ich naturalnych odpowiedników. Badanie chemicznych mechanizmów działania biologicznego otwiera możliwość tworzenia związków biologicznie aktywnych o określonych właściwościach.
• Zdobycie praktycznie wartościowych leków.
• Badania biologiczne otrzymanych związków.

Powstawanie chemii bioorganicznej. Odniesienie historyczne

Pojawienie się chemii bioorganicznej na świecie nastąpiło na przełomie lat 50. i 60. XX wieku, kiedy głównymi obiektami badań w tej dziedzinie były cztery klasy związków organicznych, które odgrywają kluczową rolę w życiu komórek i organizmów – białka, polisacharydy i lipidy. Wybitne osiągnięcia tradycyjnej chemii związków naturalnych, takie jak odkrycie przez L. Paulinga α-helisy jako jednego z głównych elementów struktury przestrzennej łańcucha polipeptydowego w białkach, ustalenie przez A. Todda struktury chemicznej nukleotydów oraz pierwsze synteza dinukleotydu, opracowanie przez F. Sangera metody określania sekwencji aminokwasów w białkach i dekodowania za jej pomocą struktury insuliny, synteza R. Woodwarda tak złożonych związków naturalnych jak rezerpina, chlorofil i witamina B 12, synteza pierwszego hormonu peptydowego oksytocyny, zasadniczo wyznaczyły przemianę chemii związków naturalnych w nowoczesną chemię bioorganiczną.

Jednak w naszym kraju zainteresowanie białkami i kwasami nukleinowymi pojawiło się znacznie wcześniej. Pierwsze badania nad chemią białek i kwasów nukleinowych rozpoczęły się w połowie lat dwudziestych XX wieku. w murach Uniwersytetu Moskiewskiego i to tu powstały pierwsze szkoły naukowe, które do dziś z sukcesem zajmują się tymi najważniejszymi dziedzinami nauk przyrodniczych. Zatem w latach 20. z inicjatywy N.D. Zelinsky rozpoczął systematyczne badania nad chemią białek, których głównym zadaniem było wyjaśnienie ogólnych zasad budowy cząsteczek białek. N.D. Zelinsky stworzył pierwsze w naszym kraju laboratorium chemii białek, w którym przeprowadzono ważne prace nad syntezą i analizą strukturalną aminokwasów i peptydów. Wybitną rolę w rozwoju tych dzieł pełni M.M. Botwinnik i jej uczniowie, którzy osiągnęli imponujące wyniki w badaniu struktury i mechanizmu działania nieorganicznych pirofosfataz, kluczowych enzymów metabolizmu fosforu w komórce. Pod koniec lat 40., kiedy zaczęła się ujawniać wiodąca rola kwasów nukleinowych w procesach genetycznych, M.A. Prokofiew i Z.A. Shabarova rozpoczęła prace nad syntezą składników kwasów nukleinowych i ich pochodnych, wyznaczając tym samym początek chemii kwasów nukleinowych w naszym kraju. Przeprowadzono pierwsze syntezy nukleozydów, nukleotydów i oligonukleotydów, a także wniesiono duży wkład w stworzenie krajowych automatycznych syntezatorów kwasów nukleinowych.

W latach 60 Kierunek ten w naszym kraju rozwijał się konsekwentnie i szybko, często wyprzedzając podobne kroki i trendy za granicą. Podstawowe odkrycia A.N. odegrały ogromną rolę w rozwoju chemii bioorganicznej. Belozersky'ego, który udowodnił istnienie DNA w roślinach wyższych i systematycznie badał skład chemiczny kwasów nukleinowych, klasyczne badania V.A. Engelhardta i V.A. Belitsera o oksydacyjnym mechanizmie fosforylacji, światowej sławy badania A.E. Arbuzowa na temat chemii fizjologicznie aktywnych związków fosforoorganicznych, a także podstawowych prac I.N. Nazarow i N.A. Preobrażeńskiego o syntezie różnych substancji naturalnych i ich analogów oraz innych pracach. Największe osiągnięcia w tworzeniu i rozwoju chemii bioorganicznej w ZSRR należą do akademika M.M. Szemyakin. W szczególności rozpoczął pracę nad badaniem nietypowych peptydów - depsipeptydów, które następnie uzyskały powszechny rozwój w związku z ich funkcją jako jonoforów. Talent, wnikliwość i energiczna działalność tego i innych naukowców przyczyniły się do szybkiego wzrostu międzynarodowego autorytetu radzieckiej chemii bioorganicznej, jego konsolidacji w najważniejszych obszarach i wzmocnienia organizacyjnego w naszym kraju.

Pod koniec lat 60-tych - na początku 70-tych. W syntezie związków biologicznie czynnych o złożonej budowie zaczęto stosować enzymy jako katalizatory (tzw. kombinowana synteza chemiczno-enzymatyczna). Podejście to zastosował G. Korana przy pierwszej syntezie genów. Zastosowanie enzymów umożliwiło przeprowadzenie ściśle selektywnej transformacji szeregu naturalnych związków i otrzymanie z dużą wydajnością nowych, biologicznie aktywnych pochodnych peptydów, oligosacharydów i kwasów nukleinowych. W latach 70 Najintensywniej rozwiniętymi dziedzinami chemii bioorganicznej była synteza oligonukleotydów i genów, badania błon komórkowych i polisacharydów oraz analiza struktur pierwotnych i przestrzennych białek. Badano struktury ważnych enzymów (transaminaza, β-galaktozydaza, zależna od DNA polimeraza RNA), białek ochronnych (γ-globuliny, interferony) i białek błonowych (trifosfatazy adenozyny, bakteriorodopsyna). Duże znaczenie nabrały prace nad badaniem struktury i mechanizmu działania peptydów – regulatorów aktywności nerwowej (tzw. neuropeptydów).

Nowoczesna domowa chemia bioorganiczna

Obecnie krajowa chemia bioorganiczna zajmuje wiodącą pozycję na świecie w wielu kluczowych obszarach. Duże postępy poczyniono w badaniach struktury i funkcji biologicznie aktywnych peptydów i złożonych białek, w tym hormonów, antybiotyków i neurotoksyn. Ważne wyniki uzyskano w chemii peptydów aktywnych błonowo. Zbadano przyczyny wyjątkowej selektywności i skuteczności działania jonoforów dyspepsydowych oraz wyjaśniono mechanizm funkcjonowania w organizmach żywych. Otrzymano syntetyczne analogi jonoforów o pożądanych właściwościach, które są wielokrotnie skuteczniejsze niż próbki naturalne (V.T. Ivanov, Yu.A. Ovchinnikov). Unikalne właściwości jonoforów wykorzystywane są do tworzenia na ich bazie czujników jonoselektywnych, które znajdują szerokie zastosowanie w technologii. Sukcesy osiągnięte w badaniach innej grupy regulatorów – neurotoksyn, będących inhibitorami przekazywania impulsów nerwowych, doprowadziły do ​​ich szerokiego zastosowania jako narzędzi do badania receptorów błonowych i innych specyficznych struktur błon komórkowych (EV Grishin). Rozwój prac nad syntezą i badaniem hormonów peptydowych doprowadził do powstania wysoce skutecznych analogów hormonów oksytocyny, angiotensyny II i bradykininy, które odpowiadają za skurcz mięśni gładkich i regulację ciśnienia krwi. Dużym sukcesem była pełna synteza chemiczna preparatów insuliny, w tym insuliny ludzkiej (N.A. Yudaev, Yu.P. Shvachkin i in.). Odkryto i zbadano wiele antybiotyków białkowych, w tym gramicydynę S, polimyksynę M, aktynoksantynę (G.F. Gause, A.S. Khokhlov itp.). Aktywnie rozwijają się prace nad badaniem struktury i funkcji białek błonowych, które pełnią funkcje receptorowe i transportowe. Otrzymano białka fotoreceptorowe rodopsynę i bakteriorodopsynę oraz zbadano fizykochemiczne podstawy ich funkcjonowania jako zależnych od światła pomp jonowych (V.P. Skulachev, Yu.A. Ovchinnikov, M.A. Ostrovsky). Szeroko badana jest struktura i mechanizm funkcjonowania rybosomów, głównych systemów biosyntezy białek w komórce (A.S. Spirin, A.A. Bogdanov). Duże cykle badawcze związane są z badaniem enzymów, określeniem ich struktury pierwotnej i struktury przestrzennej, badaniem funkcji katalitycznych (aminotransferazy asparaginianowe, pepsyna, chymotrypsyna, rybonukleazy, enzymy metabolizmu fosforu, glikozydazy, cholinoesterazy itp.). Opracowano metody syntezy i chemicznej modyfikacji kwasów nukleinowych i ich składników (D.G. Knorre, M.N. Kolosov, Z.A. Shabarova), opracowywane są podejścia do tworzenia na ich bazie leków nowej generacji do leczenia chorób wirusowych, onkologicznych i autoimmunologicznych. Wykorzystując unikalne właściwości kwasów nukleinowych i na ich podstawie tworzone są preparaty diagnostyczne i biosensory, analizatory szeregu związków biologicznie czynnych (V.A. Własow, Yu.M. Evdokimov i in.)

Znaczący postęp nastąpił w chemii syntetycznej węglowodanów (synteza antygenów bakteryjnych i tworzenie sztucznych szczepionek, synteza specyficznych inhibitorów sorpcji wirusów na powierzchni komórki, synteza specyficznych inhibitorów toksyn bakteryjnych (N.K. Kochetkov, A. Tak, Khorlin)). Znaczący postęp nastąpił w badaniach lipidów, lipoaminokwasów, lipopeptydów i lipoprotein (L.D. Bergelson, N.M. Sisakyan). Opracowano metody syntezy wielu biologicznie aktywnych kwasów tłuszczowych, lipidów i fosfolipidów. Badano transbłonową dystrybucję lipidów w różnych typach liposomów, w błonach bakteryjnych i mikrosomach wątroby.

Ważnym obszarem chemii bioorganicznej jest badanie różnych substancji naturalnych i syntetycznych, zdolnych do regulowania różnych procesów zachodzących w żywych komórkach. Są to repelenty, antybiotyki, feromony, substancje sygnałowe, enzymy, hormony, witaminy i inne (tzw. regulatory niskocząsteczkowe). Opracowano metody syntezy i produkcji niemal wszystkich znanych witamin, znacznej części hormonów steroidowych i antybiotyków. Opracowano przemysłowe metody otrzymywania szeregu koenzymów stosowanych jako leki terapeutyczne (koenzym Q, fosforan pirydoksalu, pirofosforan tiaminy itp.). Zaproponowano nowe silne anaboliki, które mają lepsze działanie niż znane leki zagraniczne (I.V. Torgov, S.N. Ananchenko). Badano biogenezę i mechanizmy działania sterydów naturalnych i transformowanych. Znaczący postęp nastąpił w badaniach alkaloidów, glikozydów steroidowych i triterpenowych oraz kumaryn. Przeprowadzono oryginalne badania z zakresu chemii pestycydów, które doprowadziły do ​​uwolnienia szeregu cennych leków (IN Kabachnik, N.N. Melnikov i in.). Trwają aktywne poszukiwania nowych leków potrzebnych w leczeniu różnych chorób. Uzyskano preparaty, które udowodniły swoją skuteczność w leczeniu wielu chorób onkologicznych (dopan, sarkolizyna, ftorafur itp.).

Priorytetowe kierunki i perspektywy rozwoju chemii bioorganicznej

Priorytetowymi obszarami badań naukowych w zakresie chemii bioorganicznej są:

• badanie zależności strukturalnej i funkcjonalnej związków biologicznie czynnych;
• projektowanie i synteza nowych leków biologicznie aktywnych, w tym tworzenie leków i środków ochrony roślin;
• badania nad wysokowydajnymi procesami biotechnologicznymi;
• badanie molekularnych mechanizmów procesów zachodzących w żywym organizmie.

Ukierunkowane badania podstawowe z zakresu chemii bioorganicznej mają na celu badanie struktury i funkcji najważniejszych biopolimerów i bioregulatorów niskocząsteczkowych, w tym białek, kwasów nukleinowych, węglowodanów, lipidów, alkaloidów, prostaglandyn i innych związków. Chemia bioorganiczna jest ściśle powiązana z praktycznymi problemami medycyny i rolnictwa (produkcja witamin, hormonów, antybiotyków i innych leków, stymulatorów wzrostu roślin oraz regulatorów zachowania zwierząt i owadów), przemysłu chemicznego, spożywczego i mikrobiologicznego. Wyniki badań naukowych stanowią podstawę do stworzenia bazy naukowo-technicznej dla technologii wytwarzania nowoczesnych immunodiagnostyki medycznej, odczynników do medycznych badań genetycznych i odczynników do analiz biochemicznych, technologii syntezy substancji leczniczych do zastosowania w onkologii, wirusologii, endokrynologii, gastroenterologia, a także chemikalia do ochrony roślin i technologie ich zastosowania w rolnictwie.

Rozwiązanie głównych problemów chemii bioorganicznej jest ważne dla dalszego postępu biologii, chemii i szeregu nauk technicznych. Bez wyjaśnienia budowy i właściwości najważniejszych biopolimerów i bioregulatorów nie da się poznać istoty procesów życiowych, a tym bardziej znaleźć sposoby na kontrolę tak złożonych zjawisk, jak reprodukcja i przenoszenie cech dziedzicznych, wzrost komórek prawidłowych i złośliwych , odporność, pamięć, przekazywanie impulsów nerwowych i wiele więcej. Jednocześnie badanie wysoce wyspecjalizowanych substancji biologicznie czynnych i procesów zachodzących z ich udziałem może otworzyć zasadniczo nowe możliwości rozwoju chemii, technologii i technologii chemicznej. Zagadnienia, których rozwiązanie kojarzone są z badaniami z zakresu chemii bioorganicznej, obejmują tworzenie ściśle określonych, wysoce aktywnych katalizatorów (w oparciu o badanie struktury i mechanizmu działania enzymów), bezpośrednią konwersję energii chemicznej na energia mechaniczna (oparta na badaniu skurczu mięśni), zastosowanie zasad chemicznego magazynowania w technologii i przekazywaniu informacji realizowanych w układach biologicznych, zasady samoregulacji wieloskładnikowych układów komórkowych, przede wszystkim selektywna przepuszczalność błon biologicznych, oraz znacznie więcej punktów za rozwój badań biochemicznych, związanych już z dziedziną biologii molekularnej. Szerokość i znaczenie problemów do rozwiązania, różnorodność metod i ścisłe powiązanie z innymi dyscyplinami naukowymi zapewniają szybki rozwój chemii bioorganicznej Biuletyn Uniwersytetu Moskiewskiego, seria 2, Chemia. 1999. T. 40. nr 5. s. 327-329.

Bender M, Bergeron R, Komiyama M. Chemia bioorganiczna katalizy enzymatycznej. Za. z angielskiego M.: Mir, 1987. 352 S.

Jakowiszyn Los Angeles Wybrane rozdziały chemii bioorganicznej. Sewastopol: Strizhak-press, 2006. 196 s.

Nikołajew A.Ya. Chemia biologiczna. M.: Agencja Informacji Medycznej, 2001. 496 s.