Vad är bioorganisk kemi. Ämne för bioorganisk kemi

FÖRELÄSNING 1

Bioorganisk kemi (BOC), dess betydelse inom medicin

HOH är en vetenskap som studerar den biologiska funktionen av organiska ämnen i kroppen.

HOB uppstod under andra hälften av 1900-talet. Syftet med dess studie är biopolymerer, bioregulatorer och individuella metaboliter.

Biopolymerer är högmolekylära naturliga föreningar som är grunden för alla organismer. Dessa är peptider, proteiner, polysackarider, nukleinsyror (NA), lipider, etc.

Bioregulatorer är föreningar som kemiskt reglerar ämnesomsättningen. Dessa är vitaminer, hormoner, antibiotika, alkaloider, läkemedel etc.

Kunskap om strukturen och egenskaperna hos biopolymerer och bioregulatorer gör det möjligt att förstå essensen av biologiska processer. Således gjorde etableringen av strukturen av proteiner och NA det möjligt att utveckla idéer om matrisproteinets biosyntes och NA:s roll i bevarandet och överföringen av genetisk information.

HOC spelar en viktig roll för att etablera verkningsmekanismen för enzymer, läkemedel, synprocesser, andning, minne, nervledning, muskelsammandragning, etc.

Huvudproblemet med HOC är att belysa sambandet mellan strukturen och verkningsmekanismen hos föreningar.

HBO bygger på organiskt kemimaterial.

ORGANISK KEMI

Detta är vetenskapen som studerar föreningarna av kol. För närvarande finns det ~16 miljoner organiska ämnen.

Orsaker till mångfalden av organiska ämnen.

1. Anslutningar av C-atomer med varandra och andra element i det periodiska systemet av D. Mendeleev. I det här fallet bildas kedjor och cykler:

Rak kedja Grenad kedja

Tetraedrisk plan konfiguration

konfigurationen av C-atomen i C-atomen

2. Homologi är förekomsten av substanser med liknande egenskaper, där varje medlem av den homologiska serien skiljer sig från den föregående genom en grupp
-CH2-. Till exempel den homologa serien av mättade kolväten:

3. Isomerism är förekomsten av ämnen som har samma kvalitativa och kvantitativa sammansättning, men en annan struktur.

A.M. Butlerov (1861) skapade en teori om strukturen hos organiska föreningar, som till denna dag fungerar som den vetenskapliga grunden för organisk kemi.

De viktigaste bestämmelserna i teorin om strukturen hos organiska föreningar:

1) atomer i molekyler är förbundna med varandra genom kemiska bindningar i enlighet med deras valens;

2) atomer i organiska föreningars molekyler är sammankopplade i en viss sekvens, som bestämmer den kemiska strukturen hos molekylen;

3) egenskaperna hos organiska föreningar beror inte bara på antalet och naturen av deras ingående atomer, utan också på molekylernas kemiska struktur;

4) i molekyler finns en ömsesidig påverkan av atomer, både anslutna och inte direkt anslutna till varandra;

5) den kemiska strukturen hos ett ämne kan bestämmas som ett resultat av att studera dess kemiska omvandlingar och omvänt kan dess egenskaper karakteriseras av ett ämnes struktur.

Låt oss överväga några bestämmelser i teorin om strukturen hos organiska föreningar.

Strukturell isomerism

Hon delar:

1) Kedjeisomerism

2) Isomerism av positionen för flera bindningar och funktionella grupper

3) Isomerism av funktionella grupper (interclass isomerism)

Newmans formler

Cyklohexan

Formen på "stolen" är mer energimässigt gynnsam än "badet".

Konfigurationsisomerer

Dessa är stereoisomerer, vars molekyler har ett annat arrangemang av atomer i rymden, oavsett konformation.

Beroende på typen av symmetri är alla stereoisomerer uppdelade i enantiomerer och diastereomerer.

Enantiomerer (optiska isomerer, spegelisomerer, antipoder) är stereoisomerer vars molekyler relaterar till varandra som ett objekt och en inkompatibel spegelbild. Detta fenomen kallas enantiomerism. Alla kemiska och fysikaliska egenskaper hos enantiomerer är desamma, förutom två: rotationen av planet av polariserat ljus (i polarimeteranordningen) och biologisk aktivitet. Enantiomera betingelser: 1) C-atomen är i ett tillstånd av sp3-hybridisering; 2) frånvaron av någon symmetri; 3) närvaron av en asymmetrisk (kiral) C-atom, dvs. en atom som har fyra olika substitut.

Många hydroxi- och aminosyror har förmågan att rotera polarisationsplanet för en ljusstråle åt vänster eller höger. Detta fenomen kallas optisk aktivitet, och själva molekylerna är optiskt aktiva. Ljusstrålens avvikelse till höger markeras med ett "+"-tecken, till vänster - "-" och indikerar rotationsvinkeln i grader.

Den absoluta konfigurationen av molekyler bestäms av komplexa fysikalisk-kemiska metoder.

Den relativa konfigurationen av optiskt aktiva föreningar bestäms genom jämförelse med en glyceraldehydstandard. Optiskt aktiva substanser med konfigurationen av höger- eller vänstervridande glyceraldehyd (M. Rozanov, 1906) kallas saker i D- och L-serierna. En lika blandning av höger och vänster isomerer av en förening kallas racemat och är optiskt inaktiv.

Studier har visat att tecknet på ljusets rotation inte kan associeras med att en sak tillhör D- och L-serien, det bestäms endast experimentellt i enheter - polarimetrar. Till exempel har L-mjölksyra en rotationsvinkel på +3,8 o, D-mjölksyra - -3,8 o.

Enantiomerer avbildas med Fishers formler.

L-rad D-rad

Bland enantiomererna kan det finnas symmetriska molekyler som inte har optisk aktivitet, och som kallas mesoisomerer.

Till exempel: Vinlista

D - (+) - rad L - (-) - rad

Mezovinnaya till - det

Racemate - druvsyra

Optiska isomerer som inte är spegelisomerer, som skiljer sig i konfigurationen av flera, men inte alla, asymmetriska C-atomer, som har olika fysikaliska och kemiska egenskaper, kallas s- di-A-stereoisomerer.

p-diastereomerer (geometriska isomerer) är stereomerer som har en p-bindning i molekylen. De finns i alkener, omättad högre karboxylsyra to-t, omättad dikarboxylsyra to-t

Den biologiska aktiviteten hos organiska saker är relaterad till deras struktur.

Till exempel:

Cis-butendisyra, Trans-butendisyra,

maleinsyra - fumarsyra - ogiftig,

mycket giftigt i kroppen

Alla naturliga omättade högre karboxylsyror är cis-isomerer.

FÖRELÄSNING 2

Relaterade system

I det enklaste fallet är konjugerade system system med alternerande dubbel- och enkelbindningar. De kan vara öppna och stängda. Ett öppet system finns i dienkolväten (HC).

Exempel:

CH 2 \u003d CH - CH \u003d CH 2

Butadien-1, 3

Kloroten

CH 2 \u003d CH - Cl

Här konjugerar p-elektroner med p-elektroner. Denna typ av konjugation kallas p, p-konjugation.

Ett slutet system finns i aromatiska kolväten.

C6H6

Bensen

Aromaticitet

Detta är ett koncept som inkluderar olika egenskaper hos aromatiska föreningar. Aromaticitetsvillkor: 1) en platt sluten cykel, 2) alla C-atomer är i sp 2 - hybridisering, 3) ett enda konjugerat system av alla atomer i cykeln bildas, 4) Hückel-regeln är uppfylld: "4n + 2 p -elektroner deltar i konjugering, där n = 1, 2, 3...”

Den enklaste representanten för aromatiska kolväten är bensen. Den uppfyller alla fyra villkoren för aromaticitet.

Hückels regel: 4n+2 = 6, n = 1.

Ömsesidig påverkan av atomer i en molekyl

År 1861 tog den ryske vetenskapsmannen A.M. Butlerov uttalade ståndpunkten: "Atomer i molekyler påverkar varandra ömsesidigt." För närvarande överförs denna påverkan på två sätt: induktiva och mesomeriska effekter.

Induktiv effekt

Detta är överföringen av elektronisk påverkan genom s-bond-kedjan. Det är känt att bindningen mellan atomer med olika elektronegativitet (EO) är polariserad, d.v.s. skiftat till en mer EO-atom. Detta leder till uppkomsten av effektiva (verkliga) laddningar (d) på atomerna. En sådan elektronisk förskjutning kallas induktiv och betecknas med bokstaven I och pilen ®.

, X \u003d Hal -, MEN -, HS -, NH 2 - och andra.

Den induktiva effekten kan vara positiv eller negativ. Om X-substituenten attraherar kemiska bindningselektroner starkare än H-atomen, uppvisar den - I. I (H) \u003d O. I vårt exempel uppvisar X - I.

Om X-substituenten attraherar bindningselektroner som är svagare än H-atomen, så uppvisar den +I. Alla alkyler (R = CH3-, C2H5-, etc.), Men+ visar +I.

mesomerisk effekt

Den mesomera effekten (konjugationseffekten) är påverkan av en substituent som överförs genom ett konjugerat system av p-bindningar. Indikeras med bokstaven M och en böjd pil. Den mesomeriska effekten kan vara "+" eller "-".

Det sades ovan att det finns två typer av konjugation p, p och p, p.

En substituent som attraherar elektroner från ett konjugerat system uppvisar -M och kallas en elektronacceptor (EA). Dessa är substituenter med dubbla

ny anslutning osv.

En substituent som donerar elektroner till ett konjugerat system uppvisar +M och kallas en elektrondonator (ED). Dessa är substituenter med enkelbindningar som har ett odelat elektronpar (etc.).

bord 1 Elektroniska effekter av substituenter

Suppleanter	Orientanter i C6H5-R	jag	M
Alk (R-): CH3-, C2H5-...	Orientanter av det första slaget: riktar ED-substituenter till orto- och para-positioner	+
– Í 2, –NНR, –NR 2	–	+
– N, – N, – R	–	+
–H L	–	+
FÖRELÄSNING 3 Syrlighet och basicitet För att karakterisera surheten och basiciteten hos organiska föreningar används Bronstedteorin. De viktigaste bestämmelserna i denna teori: 1) En syra är en partikel som donerar en proton (donator H +); en bas är en partikel som accepterar en proton (acceptor H +). 2) Surhet karakteriseras alltid i närvaro av baser och vice versa. A - H+: B Û A - + B - H+ grundläggande kit CH3COOH + HOH Û CH3COO - + H3O+ K-ta Basic Conjugate Conjugate grundläggande kit HNO 3 + CH 3 COOH Û CH 3 COOH 2 + + NO 3 - K-ta Basic Conjugate Conjugate till det grundläggande Brönsted syror 3) Brönstedsyror delas in i 4 typer beroende på syracentrum: SN till dig (thiols), OH till dig (alkoholer, fenoler, karboxylsyra till dig), NH till dig (aminer, amider), CH till dig (HC). I den här raden, från topp till botten, minskar surheten. 4) Styrkan hos till-du bestäms av stabiliteten hos den resulterande anjonen. Ju stabilare anjonen är, desto starkare syran. Anjonens stabilitet beror på delokaliseringen (fördelningen) av "-"-laddningen genom hela partikeln (anjonen). Ju mer delokaliserad "-"-laddningen är, desto stabilare är anjonen och desto starkare är syran. Avgiftsdelokaliseringen beror på: a) på heteroatomens elektronegativitet (EO). Ju mer EO av en heteroatom, desto starkare är motsvarande syra. Till exempel: R - OH och R - NH 2 Alkoholer är starkare för dig än aminer, tk. EO(O) > EO(N). b) på heteroatomens polariserbarhet. Ju större polariserbarhet en heteroatom har, desto starkare är motsvarande to-ta. Till exempel: R - SN och R - OH Tioler är starkare för dig än alkoholer, tk. S-atomen är mer polariserad än O-atomen. c) på naturen av R-substituenten (dess längd, närvaron av ett konjugerat system, delokalisering av elektrontätheten). Till exempel: CH 3 - OH, CH 3 - CH 2 - OH, CH 3 - CH 2 - CH 2 - OH Aciditet<, т.к. увеличивается длина радикала Med samma syracentrum är styrkan hos alkoholer, fenoler och karboxylsyror inte densamma. Till exempel, CH 3 - OH, C 6 H 5 - OH, Din styrka ökar Fenoler är starkare syror än alkoholer på grund av p, p-konjugationen (+ M) av –OH-gruppen. О–Н bindningen är mer polariserad i fenoler. Fenoler kan till och med interagera med salter (FeС1 3) - en kvalitativ reaktion på fenoler. Kol to-you, jämfört med alkoholer som innehåller samma R, är starkare to-tami, tk. O–H-bindningen är signifikant polariserad på grund av –M-effekten av > C = O-gruppen: Dessutom är karboxylatanjonen mer stabil än alkoholanjonen på grund av p,p-konjugering i karboxylgruppen. d) från införandet av substituenter i radikalen. EA-substituenter ökar surheten, ED-substituenter minskar surheten. Till exempel: p-Nitrofenol är starkare än p-aminofenol, eftersom. gruppen -NO 2 är EA. CH3-COOH CCI3-COOH pK 4,7 pK 0,65 Triklorättiksyra är många gånger starkare än CH 3 COOH på grund av - I Cl-atomer som EA. Myrsyra H-COOH är starkare än CH 3 COOH på grund av + I-gruppen av CH 3 - ättiksyra. e) lösningsmedlets beskaffenhet. Om lösningsmedlet är en bra H + protonacceptor, då kraften k-you ökar och vice versa. Grundandet av Bronsted 5) De är indelade i: a) p-baser (föreningar med flera bindningar); b) n-baser (ammonium, innehållande en atom, oxonium som innehåller en atom, sulfonium som innehåller en atom) Styrkan hos basen bestäms av stabiliteten hos den resulterande katjonen. Ju stabilare katjon, desto starkare bas. Med andra ord, basens styrka är ju större, desto mindre stark bindningen med heteroatomen (O, S, N) som har ett fritt elektronpar angripet av H + . Katjonens stabilitet beror på samma faktorer som anjonens stabilitet, men med motsatt effekt. Alla faktorer som ökar surheten minskar basiciteten. De starkaste baserna är aminer, eftersom kväveatomen har lägre EO jämfört med O. Samtidigt är sekundära aminer starkare baser än primära, tertiära aminer är svagare än sekundära på grund av den steriska faktorn, vilket gör det svårt för en proton att komma åt N. Aromatiska aminer är svagare baser än alifatiska, vilket förklaras av +M i –NH 2 -gruppen. Elektronparet av kväve, som deltar i konjugationen, blir inaktivt. Det konjugerade systemets stabilitet hindrar tillsatsen av H+. I urea NH 2 -CO - NH 2 finns en EA-grupp> C \u003d O, som avsevärt minskar de grundläggande egenskaperna och urea bildar salter med endast en ekvivalent av till-dig. Således, ju starkare to-ta, desto svagare bas som bildas av den och vice versa. Alkoholer Dessa är kolvätederivat där en eller flera H-atomer är ersatta med en –OH-grupp. Klassificering: I. Genom antalet OH-grupper särskiljs envärda, tvåvärda och flervärda alkoholer: CH3-CH2-OH Etanol Etylenglykol Glycerin II. Av naturen hos R finns det: 1) begränsande, 2) obegränsande, 3) cyklisk, 4) aromatisk. 2) CH2 \u003d CH-CH2-OH allylalkohol 3) Omättade cykliska alkoholer inkluderar: retinol (vitamin A) och kolesterol Inositol vitaminliknande

III. Enligt ställningen för –OH skiljer mellan primära, sekundära och tertiära alkoholer.

IV. Beroende på antalet C-atomer särskiljs låg molekylvikt och hög molekylvikt.

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)

Cetylalkohol Myricylalkohol

Cetylpalmitat är grunden för spermaceti, myricylpalmitat finns i bivax.

Nomenklatur:

Trivial, rationell, MN (rot + ändelse "ol" + arabisk siffra).

Isomeri:

kedjor, positioner gr. -PÅ, optisk.

Alkoholmolekylens struktur

CH-syra Nu center

Elektrofil centrumsyra

kärna centrum

R-tion av oxidation

1) Alkoholer är svaga syror.

2) Alkoholer är svaga baser. Fäst H + endast från starka syror, men de är starkare Nu.

3) -I effekt gr. –OH ökar rörligheten av H vid den intilliggande kolatomen. Kol förvärvar d+ (elektrofilt centrum, S E) och blir centrum för nukleofil attack (Nu). C–O-bindningen bryts lättare än H–O, därför är kännetecknande för alkoholer p-tionen S N. De tenderar att gå i en sur miljö, eftersom. protonering av syreatomen ökar d+ för kolatomen och underlättar bindningsbrytning. Denna typ inkluderar distriktsbildning av etrar, halogenderivat.

4) Förskjutningen av elektrontätheten från H i radikalen leder till uppkomsten av ett CH-syracentrum. I det här fallet finns det distrikt för oxidation och eliminering (E).

Fysikaliska egenskaper

Lägre alkoholer (C 1 - C 12) är vätskor, högre alkoholer är fasta ämnen. Många egenskaper hos alkoholer förklaras av bildandet av en H-bindning:

Kemiska egenskaper

I. Syra-bas

Alkoholer är svaga amfotera föreningar.

2R–OH + 2Na® 2R–ONa + H 2

Alkoholhaltiga

Alkoholer hydrolyseras lätt, vilket visar att alkoholer är svagare syror än vatten:

R– OHa + HOH® R–OH + NaOH

Huvudcentrum i alkoholer är O-heteroatomen:

CH3-CH2-OH + H+® CH3-CH2- -H® CH3-CH2+ + H2O

Om p-tion går med vätehalogenider, kommer halogenidjonen att förenas: 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 -

Anjoner i sådana p-tioner fungerar som nukleofiler (Nu) på grund av "-" laddningen eller ensamma elektronpar. Anjoner är starkare baser och nukleofila reagenser än alkoholer själva. Därför, i praktiken, för att erhålla enkla och komplexa estrar, används alkoholater och inte alkoholerna själva. Om nukleofilen är en annan alkoholmolekyl, fäster den till karbokatet:

Eter

CH3-CH2++® CH3-CH2+--H CH3-CH2-O-R

Detta är p-tionen för alkylering (införandet av alkyl R i molekylen).

Byt ut -OH gr. halogen är möjligt under inverkan av PCl 3 , PCl 5 och SOCl 2 .

Enligt denna mekanism reagerar tertiära alkoholer lättare.

P-tionen SE i förhållande till alkoholmolekylen är p-tionen för bildandet av estrar med organiska och mineralsyror:

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

Ester

Detta är acyleringsdistriktet - införandet av acyl i molekylen.

CH3-CH2-OH + H + CH3-CH2- -H CH3-CH2+

Med ett överskott av H 2 SO 4 och en högre temperatur än vid bildning av etrar, regenereras katalysatorn och en alken bildas:

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

Lättare är p-tion E för tertiära alkoholer, svårare för sekundära och primära, tk. i de senare fallen bildas mindre stabila katjoner. I dessa p-tioner är A. Zaitsevs regel uppfylld: "Under uttorkningen av alkoholer splittras H-atomen av från den närliggande C-atomen med ett lägre innehåll av H-atomer."

CH 3 -CH \u003d CH -CH 3

Butanol-2

I kroppen av -OH förvandlas till en lättsam genom bildandet av estrar med H 3 RO 4:

CH3-CH2-OH + HO-RO3H2CH3-CH2-ORO3H2

IV. R-tion av oxidation

1) Primära och sekundära alkoholer oxideras av CuO, lösningar av KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7 när de upphettas för att bilda motsvarande karbonylhaltiga föreningar:

3)

Nitroglycerin är en färglös oljig vätska. I form av utspädda alkohollösningar (1%) används den för angina pectoris, eftersom. har en vasodilaterande effekt. Nitroglycerin är ett starkt sprängämne som kan explodera vid slag eller upphettning. I det här fallet, i en liten volym som upptas av ett flytande ämne, bildas omedelbart en mycket stor volym gaser, vilket orsakar en stark sprängvåg. Nitroglycerin är en del av dynamit, krut.

Representanter för pentiter och hexiter - xylitol och sorbitol - respektive penta- och sexatomiska alkoholer med en öppen kedja. Ansamlingen av –OH-grupper leder till uppkomsten av en söt smak. Xylitol och sorbitol är sockerersättning för diabetiker.

Glycerofosfater - strukturella fragment av fosfolipider, används som en allmän tonic.

bensylalkohol

Positionera isomerer

, antibiotika, feromoner, signalsubstanser, biologiskt aktiva substanser av vegetabiliskt ursprung, samt syntetiska regulatorer av biologiska processer (läkemedel, bekämpningsmedel, etc.). Som en oberoende vetenskap bildades den under andra hälften av 1900-talet i skärningspunkten mellan biokemi och organisk kemi och är förknippad med praktiska problem inom medicin, jordbruk, kemi, livsmedel och mikrobiologi.

Metoder

Den huvudsakliga arsenalen är metoderna för organisk kemi; en mängd olika fysikaliska, fysikalisk-kemiska, matematiska och biologiska metoder är involverade i att lösa strukturella och funktionella problem.

Studieobjekt

• Biopolymerer av blandad typ
• naturliga signalämnen
• Biologiskt aktiva ämnen av vegetabiliskt ursprung
• Syntetiska regulatorer (läkemedel, bekämpningsmedel, etc.).

Källor

• Ovchinnikov Yu. A.. - M .: Utbildning, 1987. - 815 sid.
• Bender M., Bergeron R., Komiyama M.
• Dugas G., Penny K. Bioorganisk kemi. - M.: Mir, 1983.
• Tyukavkina N. A., Baukov Yu. I.

se även

Skriv en recension om artikeln "Bioorganisk kemi"

Ett utdrag som kännetecknar bioorganisk kemi

- Ma chere, il y a un temps pour tout, [Älskling, det finns tid för allt,] - sa grevinnan och låtsades vara strikt. "Du skämmer bort henne hela tiden, Elie," tillade hon till sin man.
- Bonjour, ma chere, je vous felicite, [Hej, min kära, jag gratulerar dig,] - sa gästen. - Quelle delicuse enfant! [Vilket underbart barn!] tillade hon och vände sig till sin mamma.
En mörkögd, stormunad, ful men livlig flicka, med sina barnsliga öppna axlar, som krympande rörde sig i hennes korsage från en snabb löpning, med sina svarta lockar tillbakaslagna, tunna bara armar och små ben i spetsbyxor och öppna skor, var i den där söta åldern när flickan inte längre är ett barn, och barnet ännu inte är en flicka. Hon vände sig bort från sin far, sprang fram till sin mor och, utan att bry sig om hennes stränga anmärkning, gömde hon sitt rodnade ansikte i spetsen på sin mors mantill och skrattade. Hon skrattade åt något, pratade plötsligt om dockan hon hade tagit fram under kjolen.
"Ser du?... Docka... Mimi... Ser du.
Och Natasha kunde inte längre prata (allt verkade löjligt för henne). Hon föll på sin mamma och brast ut i skratt så högt och rungande att alla, till och med den primitiva gästen, skrattade mot hennes vilja.
- Tja, gå, gå med ditt freak! - sa mamman och knuffade bort sin dotter i hån ilsket. "Det här är min mindre," vände hon sig mot gästen.
Natasha, som för ett ögonblick slet bort ansiktet från sin mammas spetshalsduk, tittade på henne underifrån genom skratttårar och gömde igen sitt ansikte.
Gästen, tvingad att beundra familjescenen, ansåg det nödvändigt att ta del i den.
”Säg mig, min kära”, sa hon och vände sig mot Natasha, ”hur har du det här Mimi? Dotter, eller hur?
Natasha gillade inte tonen av nedlåtande till det barnsliga samtalet med vilket gästen vände sig till henne. Hon svarade inte och tittade allvarligt på gästen.
Under tiden, hela denna unga generation: Boris - en officer, son till prinsessan Anna Mikhailovna, Nikolai - en student, den äldste sonen till greven, Sonya - den femtonåriga brorsdottern till greven, och lilla Petrusha - den yngsta son, alla bosatte sig i vardagsrummet och, uppenbarligen, försökte hålla sig inom gränserna för anständighet animation och glädje som fortfarande andades i varje inslag. Det var uppenbart att där, i de bakre rummen, varifrån de alla hade kommit springande så hastigt, hade de muntligare samtal än här om stadsskvaller, vädret och comtesse Apraksine. [om grevinnan Apraksina.] Då och då tittade de på varandra och kunde knappt hålla sig från att skratta.

Grodno" href="/text/category/grodno/" rel="bookmark">Grodno State Medical University", kandidat för kemivetenskap, docent;

Docent vid institutionen för allmän och bioorganisk kemi vid utbildningsinrättningen "Grodno State Medical University", kandidat för biologiska vetenskaper, docent

Recensenter:

Institutionen för allmän och bioorganisk kemi vid utbildningsinrättningen "Gomel State Medical University";

– huvud Institutionen för bioorganisk kemi, utbildningsinrättningen "Belarusian State Medical University", kandidat för medicinska vetenskaper, docent.

Institutionen för allmän och bioorganisk kemi Utbildningsinstitution "Grodno State Medical University"

(protokoll daterat 01.01.01)

Centrala vetenskapliga och metodologiska rådet för utbildningsinrättningen "Grodno State Medical University"

(protokoll daterat 01.01.01)

Avsnitt om specialitet 1 Medicinsk och psykologisk verksamhet vid utbildnings- och metodföreningen för universitet i Republiken Vitryssland för medicinsk utbildning

(protokoll daterat 01.01.01)

Utgivningsansvarig:

Förste vicerektor för utbildningsinrättningen "Grodno State Medical University", professor, doktor i medicinska vetenskaper

Förklarande anteckning

Relevansen av att studera den akademiska disciplinen

"Bioorganisk kemi"

Bioorganisk kemi är en grundläggande naturvetenskaplig disciplin. Bioorganisk kemi bildades som en självständig vetenskap under andra hälften av 1900-talet i skärningspunkten mellan organisk kemi och biokemi. Relevansen av studiet av bioorganisk kemi beror på de praktiska problem som medicin och jordbruk står inför (att få vitaminer, hormoner, antibiotika, växtstimulerande medel, djur- och insektsbeteenderegulatorer och andra läkemedel), vars lösning är omöjlig utan användning av den teoretiska och praktiska potentialen hos bioorganisk kemi.

Bioorganisk kemi berikas ständigt med nya metoder för isolering och rening av naturliga föreningar, metoder för syntes av naturliga föreningar och deras analoger, kunskap om sambandet mellan föreningars struktur och biologiska aktivitet m.m.

De senaste tillvägagångssätten för medicinsk utbildning, relaterade till att övervinna den reproduktiva stilen i undervisningen, säkerställa studenters kognitiva och forskningsaktivitet, öppnar nya möjligheter för att förverkliga potentialen hos både individen och teamet.

Syftet och målen för disciplinen

Mål: bildandet av nivån av kemisk kompetens i systemet för medicinsk utbildning, vilket säkerställer den efterföljande studien av biomedicinska och kliniska discipliner.

Uppgifter:

Bemästra av studenter de teoretiska grunderna för kemiska omvandlingar av organiska molekyler i förhållande till deras struktur och biologiska aktivitet;

Formation: kunskap om den molekylära grunden för livsprocesser;

Utveckling av färdigheter för att navigera i klassificering, struktur och egenskaper hos organiska föreningar som fungerar som läkemedel;

Bildandet av det kemiska tänkandets logik;

Utveckling av färdigheter att använda metoderna för kvalitativ analys
organiska föreningar;

Kemiska kunskaper och färdigheter, som ligger till grund för kemisk kompetens, kommer att bidra till bildandet av yrkeskompetensen hos den utexaminerade.

Krav för att behärska den akademiska disciplinen

Krav för nivån på att behärska innehållet i disciplinen "Bioorganisk kemi" bestäms av utbildningsstandarden för högre utbildning i det första steget i cykeln för allmänna professionella och speciella discipliner, som utvecklas med hänsyn till kompetenskraven- baserad ansats, som anger minimiinnehållet för disciplinen i form av generaliserade kemiska kunskaper och färdigheter som utgör bioorganisk kompetens universitetsutbildad:

a) generaliserad kunskap:

- förstå essensen av ämnet som vetenskap och dess relation till andra discipliner;

Betydelse för att förstå metaboliska processer;

Konceptet om enheten i strukturen och reaktiviteten hos organiska molekyler;

Grundläggande kemilagar nödvändiga för att förklara de processer som sker i levande organismer;

Kemiska egenskaper och biologisk betydelse för huvudklasserna av organiska föreningar.

b) generaliserade färdigheter:

Förutsäga reaktionsmekanismen baserat på kunskap om strukturen hos organiska molekyler och metoder för att bryta kemiska bindningar;

Förklara reaktionernas betydelse för hur levande system fungerar;

Använd de förvärvade kunskaperna i studiet av biokemi, farmakologi och andra discipliner.

Den akademiska disciplinens struktur och innehåll

I detta program består strukturen av innehållet i disciplinen "bioorganisk kemi" av en introduktion till disciplinen och två avsnitt som täcker allmänna frågor om organiska molekylers reaktivitet, samt egenskaperna hos hetero- och polyfunktionella föreningar involverade i livsprocesser. Varje avsnitt är indelat i ämnen ordnade i en sekvens som säkerställer optimal studie och assimilering av programmaterialet. För varje ämne presenteras generaliserade kunskaper och färdigheter som utgör kärnan i elevernas bioorganiska kompetens. I enlighet med innehållet i varje ämne definieras kraven på kompetens (i form av ett system av generaliserade kunskaper och färdigheter), för bildning och diagnos av vilka tester kan utvecklas.

Lär ut metoder

De viktigaste undervisningsmetoderna som adekvat uppfyller målen för att studera denna disciplin är:

Förklaring och samråd;

Laborationer;

Element av problembaserat lärande (studenters utbildnings- och forskningsarbete);

Introduktion till bioorganisk kemi

Bioorganisk kemi som en vetenskap som studerar organiska ämnens struktur och deras omvandlingar i relation till biologiska funktioner. Studieobjekt av bioorganisk kemi. Den bioorganiska kemins roll i bildandet av en vetenskaplig grund för uppfattningen av biologisk och medicinsk kunskap på modern molekylär nivå.

Teorin om organiska föreningars struktur och dess utveckling i nuvarande skede. Isomerism av organiska föreningar som grund för mångfalden av organiska föreningar. Typer av isomerism av organiska föreningar.

Fysikalisk-kemiska metoder för isolering och studie av organiska föreningar som är viktiga för biomedicinsk analys.

Grundläggande regler för IUPACs systematiska nomenklatur för organiska föreningar: substitutions- och radikalfunktionell nomenklatur.

Den rumsliga strukturen hos organiska molekyler, dess förhållande till typen av hybridisering av kolatomen (sp3-, sp2- och sp-hybridisering). stereokemiska formler. konfiguration och konformation. Konformationer av öppna kedjor (skärmade, hindrade, fasade). Energiegenskaper hos konformationer. Newmans projektionsformler. Rumslig konvergens av vissa delar av kedjan som ett resultat av konformationell jämvikt och som en av orsakerna till den dominerande bildningen av fem- och sexledade ringar. Konformationer av cykliska föreningar (cyklohexan, tetrahydropyran). Energiegenskaper hos stols- och badkonformationer. Axiella och ekvatoriala förbindelser. Relation mellan rumslig struktur och biologisk aktivitet.

Kompetenskrav:

Känna till studieobjekten och huvuduppgifterna för bioorganisk kemi,

· Kunna klassificera organiska föreningar efter kolskelettets struktur och funktionella gruppers karaktär, använda reglerna för systematisk kemisk nomenklatur.

· Känna till huvudtyperna av isomerism av organiska föreningar, kunna bestämma möjliga typer av isomerer genom föreningens strukturformel.

· Att känna till olika typer av hybridisering av kolatomorbitaler, den rumsliga orienteringen av atomens bindningar, deras typ och antal beroende på typen av hybridisering.

· Känna till energiegenskaperna hos konformationerna av cykliska (stol, badkonformationer) och acykliska (inhiberade, skeva, förmörkade konformationer) molekyler, kunna representera dem med hjälp av Newmans projektionsformler.

· Känna till vilka typer av spänningar (torsion, vinkel, van der Waals) som uppstår i olika molekyler, deras inverkan på stabiliteten hos konformationen och molekylen som helhet.

Avsnitt 1. Reaktivitet hos organiska molekyler som ett resultat av ömsesidig påverkan av atomer, mekanismer för organiska reaktioner

Ämne 1. Konjugerade system, aromaticitet, elektroniska effekter av substituenter

Konjugerade system och aromaticitet. Konjugation (p, p - och p, p-konjugation). Konjugerade öppna kedjesystem: 1,3-diener (butadien, isopren), polyener (karotenoider, vitamin A). Konjugera system med en sluten krets. Aromaticitet: aromaticitetskriterier, Hückels aromaticitetsregel. Aromaticitet hos bensoidföreningar (bensen, naftalen, fenantren). Konjugationsenergi. Struktur och orsaker till termodynamisk stabilitet hos karbo- och heterocykliska aromatiska föreningar. Aromaticitet av heterocykliska (pyrrol, imidazol, pyridin, pyrimidin, purin) föreningar. Pyrrol- och pyridinkväveatomer, p-överdrivna och p-bristiga aromatiska system.

Ömsesidig påverkan av atomer och metoder för dess överföring i organiska molekyler. Elektrondelokalisering som en av faktorerna för att öka stabiliteten hos molekyler och joner, dess utbredda förekomst i biologiskt viktiga molekyler (porfin, hem, hemoglobin, etc.). Polarisering av obligationer. Elektroniska effekter av substituenter (induktiva och mesomera) som orsaken till den ojämna fördelningen av elektrondensitet och uppkomsten av reaktionscentra i molekylen. Induktiva och mesomeriska effekter (positiva och negativa), deras grafiska beteckning i strukturformlerna för organiska föreningar. Elektrondonator- och elektronacceptorsubstituenter.

Kompetenskrav:

· Känna till typerna av konjugation och kunna bestämma typen av konjugation genom sambandets strukturformel.

· Att känna till kriterierna för aromaticitet, att kunna bestämma tillhörigheten till aromatiska föreningar av karbo- och heterocykliska molekyler genom strukturformeln.

· Att kunna utvärdera atomernas elektroniska bidrag till skapandet av ett enda konjugerat system, känna till den elektroniska strukturen hos pyridin- och pyrrolkväveatomer.

· Känna till de elektroniska effekterna av substituenter, deras orsaker och kunna grafiskt avbilda deras verkan.

· Kunna klassificera substituenter som elektrondonerande eller elektronbortdragande substituenter utifrån deras induktiva och mesomeriska effekter.

· Kunna förutsäga effekten av substituenter på molekylers reaktivitet.

Ämne 2. Kolvätens reaktivitet. Reaktioner av radikal substitution, elektrofil addition och substitution

Allmänna reaktivitetsmönster för organiska föreningar som en kemisk grund för deras biologiska funktion. Kemisk reaktion som process. Begrepp: substrat, reagens, reaktionscentrum, övergångstillstånd, reaktionsprodukt, aktiveringsenergi, reaktionshastighet, mekanism.

Klassificering av organiska reaktioner enligt resultatet (addition, substitution, eliminering, redox) och enligt mekanismen - radikal, jonisk (elektrofil, nukleofil), konsekvent. Reagenstyper: radikal, sur, basisk, elektrofil, nukleofil. Homolytisk och heterolytisk klyvning av kovalenta bindningar i organiska föreningar och resulterande partiklar: fria radikaler, karbokatjoner och karbanjoner. Den elektroniska och rumsliga strukturen hos dessa partiklar och de faktorer som bestämmer deras relativa stabilitet.

Kolvätens reaktivitet. Radikala substitutionsreaktioner: homolytiska reaktioner som involverar CH-bindningar av den sp3-hybridiserade kolatomen. Mekanismen för radikal substitution på exemplet på reaktionen av halogenering av alkaner och cykloalkaner. Begreppet kedjeprocesser. Begreppet regioselektivitet.

Sätt att bilda fria radikaler: fotolys, termolys, redoxreaktioner.

Elektrofila additionsreaktioner ( AE) i serien av omättade kolväten: heterolytiska reaktioner som involverar p-bindningar mellan sp2-hybridiserade kolatomer. Mekanism för hydrerings- och hydrohalogeneringsreaktioner. sur katalys. Markovnikovs styre. Inverkan av statiska och dynamiska faktorer på regioselektiviteten hos elektrofila additionsreaktioner. Egenskaper av elektrofila additionsreaktioner till dienkolväten och små cykler (cyklopropan, cyklobutan).

Elektrofila substitutionsreaktioner ( SE): heterolytiska reaktioner som involverar p-elektronmolnet i det aromatiska systemet. Mekanismen för reaktioner av halogenering, nitrering, alkylering av aromatiska föreningar: p - och s- komplex. Katalysatorns roll (Lewis-syra) i bildandet av en elektrofil partikel.

Inverkan av substituenter i den aromatiska kärnan på föreningars reaktivitet i elektrofila substitutionsreaktioner. Orienterande inverkan av substituenter (orientanter av I- och II-typ).

Kompetenskrav:

· Känna till begreppen substrat, reagens, reaktionscentrum, reaktionsprodukt, aktiveringsenergi, reaktionshastighet, reaktionsmekanism.

· Kunna klassificeringen av reaktioner enligt olika kriterier (efter slutresultatet, genom metoden att bryta bindningar, efter mekanism) och typer av reagens (radikala, elektrofila, nukleofila).

· Känna till den elektroniska och rumsliga strukturen hos reagenser och de faktorer som bestämmer deras relativa stabilitet, kunna jämföra den relativa stabiliteten hos liknande reagens.

· Att känna till sätten att bilda fria radikaler och mekanismen för reaktioner av radikalsubstitution (SR) på exempel på reaktioner av halogenering av alkaner och cykloalakaner.

· Kunna bestämma den statistiska sannolikheten för bildning av möjliga produkter vid radikala substitutionsreaktioner och möjligheten till en regioselektiv process.

· Känna till mekanismen för elektrofila additionsreaktioner (AE) i reaktionerna av halogenering, hydrohalogenering och hydratisering av alkener, kunna kvalitativt bedöma substrats reaktivitet baserat på de elektroniska effekterna av substituenter.

· Känna till Markovnikovs regel och kunna bestämma regioselektiviteten för reaktionerna av hydratisering och hydrohalogenering baserat på inverkan av statiska och dynamiska faktorer.

· Känna till egenskaperna hos elektrofila additionsreaktioner till konjugerade dienkolväten och små cykler (cyklopropan, cyklobutan).

· Känna till mekanismen för elektrofila substitutionsreaktioner (SE) i reaktionerna av halogenering, nitrering, alkylering, acylering av aromatiska föreningar.

· Att utifrån de elektroniska effekterna av substituenter kunna bestämma deras inverkan på den aromatiska kärnans reaktivitet och deras orienterande verkan.

Ämne 3. Syra-basegenskaper hos organiska föreningar

Surhet och basicitet hos organiska föreningar: teorier om Bronsted och Lewis. Stabiliteten hos en sur anjon är en kvalitativ indikator på sura egenskaper. Allmänna mönster i förändringen av sura eller basiska egenskaper i förhållande till atomernas natur i det sura eller basiska centret, de elektroniska effekterna av substituenter vid dessa centra. Syraegenskaper hos organiska föreningar med väteinnehållande funktionella grupper (alkoholer, fenoler, tioler, karboxylsyror, aminer, CH-surhet hos molekyler och kabrikeringar). p-baser och n- baser. Huvudegenskaperna hos neutrala molekyler som innehåller heteroatomer med ensamma elektronpar (alkoholer, tioler, sulfider, aminer) och anjoner (hydroxid, alkoxidjoner, anjoner av organiska syror). Syra-basegenskaper hos kväveinnehållande heterocykler (pyrrol, imidazol, pyridin). Vätebindning som en specifik manifestation av syra-basegenskaper.

Jämförande egenskaper för syraegenskaperna hos föreningar som innehåller en hydroxylgrupp (envärda och flervärda alkoholer, fenoler, karboxylsyror). Jämförande egenskaper för de viktigaste egenskaperna hos alifatiska och aromatiska aminer. Inverkan av den elektroniska naturen hos en substituent på syra-basegenskaperna hos organiska molekyler.

Kompetenskrav:

· Känna till definitionerna av syror och baser enligt Bronsteds protolytiska teori och Lewis elektronteorin.

· Känna till Brönsted-klassificeringen av syror och baser, beroende på arten av atomerna i de sura eller basiska centra.

· Känna till de faktorer som påverkar syrors styrka och stabiliteten hos deras konjugatbaser, kunna göra en jämförande bedömning av syrors styrka utifrån stabiliteten hos deras motsvarande anjoner.

· Att känna till de faktorer som påverkar styrkan hos Bronstedbaserna, att kunna göra en jämförande bedömning av basernas styrka, med hänsyn till dessa faktorer.

· Känna till orsakerna till vätebindning, kunna tolka bildandet av en vätebindning som en specifik manifestation av ett ämnes syra-basegenskaper.

· Känna till orsakerna till keto-enol-tautomerism i organiska molekyler, kunna förklara dem utifrån syra-basegenskaper hos föreningar i relation till deras biologiska aktivitet.

· Känna till och kunna utföra kvalitativa reaktioner som gör det möjligt att urskilja flervärda alkoholer, fenoler, tioler.

Ämne 4. Reaktioner av nukleofil substitution vid den tetragonala kolatomen och kompetitiva elimineringsreaktioner

Reaktioner av nukleofil substitution vid den sp3-hybridiserade kolatomen: heterolytiska reaktioner på grund av polariseringen av kol-heteroatombindningen (halogenderivat, alkoholer). Lätt och svårt att lämna grupper: sambandet mellan hur lätt det är att lämna en grupp och dess struktur. Inverkan av lösningsmedlet, elektroniska och rumsliga faktorer på föreningars reaktivitet i reaktionerna av mono- och bimolekylär nukleofil substitution (SN1 och SN2). Stereokemi av nukleofila substitutionsreaktioner.

Hydrolysreaktioner av halogenderivat. Alkyleringsreaktioner av alkoholer, fenoler, tioler, sulfider, ammoniak, aminer. Syrakatalysens roll i den nukleofila substitutionen av hydroxylgruppen. Halogenderivat, alkoholer, estrar av svavelsyra och fosforsyror som alkyleringsmedel. Den biologiska rollen av alkyleringsreaktioner.

Mono- och bimolekylära elimineringsreaktioner (E1 och E2): (dehydrering, dehydrohalogenering). Ökad CH-syra som en orsak till elimineringsreaktioner som åtföljer nukleofil substitution vid den sp3-hybridiserade kolatomen.

Kompetenskrav:

· Känna till de faktorer som bestämmer reagensernas nukleofilicitet, strukturen hos de viktigaste nukleofila partiklarna.

· Känna till de allmänna mönstren för nukleofila substitutionsreaktioner vid en mättad kolatom, inverkan av statiska och dynamiska faktorer på ett ämnes reaktivitet i en nukleofil substitutionsreaktion.

· Känna till mekanismerna för mono- och bimolekylär nukleofil substitution, kunna utvärdera inverkan av steriska faktorer, inverkan av lösningsmedel, inverkan av statiska och dynamiska faktorer på reaktionen av någon av mekanismerna.

· Känna till mekanismerna för mono- och bimolekylär eliminering, orsakerna till konkurrensen mellan reaktionerna av nukleofil substitution och eliminering.

· Känna till Zaitsevs regel och kunna bestämma huvudprodukten i reaktionerna av dehydrering och dehydrohalogenering av osymmetriska alkoholer och haloalkaner.

Ämne 5. Reaktioner av nukleofil addition och substitution vid den trigonala kolatomen

Nukleofila additionsreaktioner: heterolytiska reaktioner som involverar kol-syre p-bindningar (aldehyder, ketoner). Mekanismen för reaktioner av interaktion mellan karbonylföreningar och nukleofila reagenser (vatten, alkoholer, tioler, aminer). Inverkan av elektroniska och rumsliga faktorer, syrakatalysens roll, reversibiliteten av nukleofila additionsreaktioner. Hemiacetaler och acetaler, deras framställning och hydrolys. Acetaliseringsreaktionernas biologiska roll. Aldoladditionsreaktioner. huvudkatalys. Enolatjonens struktur.

Reaktioner av nukleofil substitution i serien av karboxylsyror. Elektronisk och rumslig struktur av karboxylgruppen. Reaktioner av nukleofil substitution vid den sp2-hybridiserade kolatomen (karboxylsyror och deras funktionella derivat). Acyleringsmedel (syrahalogenider, anhydrider, karboxylsyror, estrar, amider), jämförande egenskaper för deras reaktivitet. Acyleringsreaktioner - bildandet av anhydrider, estrar, tioetrar, amider - och deras omvända hydrolysreaktioner. Acetylkoenzym A är ett naturligt makroergt acyleringsmedel. Acyleringsreaktionernas biologiska roll. Begreppet nukleofil substitution vid fosforatomer, fosforyleringsreaktioner.

Oxidations- och reduktionsreaktioner av organiska föreningar. Specificitet för redoxreaktioner av organiska föreningar. Konceptet med en-elektronöverföring, hydridjonöverföring och verkan av NAD + ↔ NADH-systemet. Oxidationsreaktioner av alkoholer, fenoler, sulfider, karbonylföreningar, aminer, tioler. Återvinningsreaktioner av karbonylföreningar, disulfider. Redoxreaktionernas roll i livsprocesser.

Kompetenskrav:

· Känna till karbonylgruppens elektroniska och rumsliga struktur, elektroniska och steriska faktorers inverkan på oxogruppens reaktivitet i aldehyder och ketoner.

· Känna till mekanismen för reaktioner av nukleofil tillsats av vatten, alkoholer, aminer, tioler till aldehyder och ketoner, rollen av en katalysator.

· Känn till mekanismen för aldolkondensationsreaktioner, de faktorer som bestämmer föreningens deltagande i denna reaktion.

· Känna till mekanismen för reduktionsreaktioner av oxoföreningar med metallhydrider.

· Känna till de reaktionscentra som finns i karboxylsyrors molekyler. Att kunna göra en jämförande bedömning av styrkan hos karboxylsyror beroende på radikalens struktur.

· Känna till karboxylgruppens elektroniska och rumsliga struktur, kunna göra en jämförande bedömning av förmågan hos kolatomen i oxogruppen i karboxylsyror och deras funktionella derivat (syrahalogenider, anhydrider, estrar, amider, salter) att genomgår nukleofila attacker.

· Känna till mekanismen för nukleofila substitutionsreaktioner med hjälp av exempel på acylering, förestring, hydrolys av estrar, anhydrider, syrahalogenider, amider.

Ämne 6. Lipider, klassificering, struktur, egenskaper

Lipider är förtvålbara och oförtvålbara. neutrala lipider. Naturliga fetter som en blandning av triacylglyceroler. De huvudsakliga naturliga högre fettsyrorna som utgör lipider är: palmitinsyra, stearinsyra, oljesyra, linolsyra, linolensyra. Arakidonsyra. Funktioner av omättade fettsyror, w-nomenklatur.

Peroxidoxidation av omättade fettsyrafragment i cellmembran. Rollen av lipidperoxidation av membran i verkan av låga doser av strålning på kroppen. Antioxidantförsvarssystem.

Fosfolipider. Fosfatsyror. Fosfatidylkolaminer och fosfatidylseriner (cefaliner), fosfatidylkoliner (lecitiner) är strukturella komponenter i cellmembran. lipiddubbelskikt. Sfingolipider, ceramider, sfingomyeliner. Hjärnglykolipider (cerebrosider, gangliosider).

Kompetenskrav:

Känna till klassificeringen av lipider, deras struktur.

· Känna till strukturen hos de strukturella komponenterna i förtvålbara lipider - alkoholer och högre fettsyror.

· Att känna till mekanismen för reaktioner vid bildning och hydrolys av enkla och komplexa lipider.

· Känna till och kunna utföra kvalitativa reaktioner på omättade fettsyror och oljor.

· Känna till klassificeringen av oförtvålbara lipider, ha en uppfattning om principerna för klassificering av terpener och steroider, deras biologiska roll.

· Känna till lipidernas biologiska roll, deras huvudsakliga funktioner, ha en uppfattning om huvudstadierna av lipidperoxidation och konsekvenserna av denna process för cellen.

Avsnitt 2. Stereoisomerism av organiska molekyler. Poly- och heterofunktionella föreningar involverade i vitala processer

Ämne 7. Stereoisomerism av organiska molekyler

Stereoisomerism i en serie föreningar med en dubbelbindning (p-diastereomerism). Cis - och trans-isomerism av omättade föreningar. E, Z är beteckningen för p-diastereomerer. Jämförelsestabilitet för p-diastereomerer.

kirala molekyler. Asymmetrisk kolatom som centrum för kiralitet. Stereoisomerism av molekyler med ett centrum för kiralitet (enantiomerism). optisk aktivitet. Fishers projektionsformler. Glyceraldehyd som konfigurationsstandard, absolut och relativ konfiguration. D, L-system för stereokemisk nomenklatur. R, S-system för stereokemisk nomenklatur. Racemiska blandningar och metoder för deras separation.

Stereoisomerism av molekyler med två eller flera kiralitetscentra. Enantiomerer, diastereomerer, mesoformer.

Kompetenskrav:

· Känna till orsakerna till stereoisomerism i serien av alkener och dienkolväten.

· Att kunna bestämma möjligheten för förekomsten av p-diastereomerer genom den förkortade strukturformeln för en omättad förening, att skilja mellan cis-trans-isomerer, för att utvärdera deras jämförande stabilitet.

· Känna till symmetrielementen hos molekyler, de nödvändiga förutsättningarna för uppkomsten av kiralitet i en organisk molekyl.

· Känna till och kunna avbilda enantiomerer med hjälp av Fishers projektionsformler, beräkna antalet förväntade stereoisomerer baserat på antalet kirala centra i en molekyl, principerna för att bestämma den absoluta och relativa konfigurationen, D - , L-system för stereokemisk nomenklatur.

· Känna till sätten att separera racemat, de grundläggande principerna för R, S-systemet för stereokemisk nomenklatur.

Ämne 8. Fysiologiskt aktiva poly- och heterofunktionella föreningar av alifatiska, aromatiska och heterocykliska serier

Poly- och heterofunktionalitet som en av de karakteristiska egenskaperna hos organiska föreningar som är involverade i vitala processer och är grundarna till de viktigaste grupperna av läkemedel. Funktioner i ömsesidig påverkan av funktionella grupper beroende på deras relativa plats.

Flervärda alkoholer: etylenglykol, glycerin. Estrar av flervärda alkoholer med oorganiska syror (nitroglycerin, glycerolfosfater). Tvåvärda fenoler: hydrokinon. Oxidation av diatomära fenoler. Hydrokinon-kinon system. Fenoler som antioxidanter (rensare av fria radikaler). Tokoferoler.

Tvåbasiska karboxylsyror: oxalsyra, malonsyra, bärnstenssyra, glutarsyra, fumarsyra. Omvandlingen av bärnstenssyra till fumarsyra som ett exempel på en biologiskt viktig dehydreringsreaktion. Dekarboxyleringsreaktioner, deras biologiska roll.

Aminoalkoholer: aminoetanol (kolamin), kolin, acetylkolin. Acetylkolins roll i den kemiska överföringen av nervimpulser i synapser. Aminofenoler: dopamin, noradrenalin, adrenalin. Begreppet den biologiska rollen för dessa föreningar och deras derivat. Neurotoxiska effekter av 6-hydroxidopamin och amfetamin.

Hydroxi och aminosyror. Cykliseringsreaktioner: påverkan av olika faktorer på processen för cykelbildning (implementering av motsvarande konformationer, storleken på den resulterande cykeln, entropifaktorn). Laktoner. laktamer. Hydrolys av laktoner och laktamer. Elimineringsreaktion av b-hydroxi och aminosyror.

Aldegido - och ketosyror: pyrodruvsyra, acetoättiksyra, oxaloättiksyra, a-ketoglutarsyra. Syraegenskaper och reaktivitet. Reaktioner av dekarboxylering av b-ketosyror och oxidativ dekarboxylering av a-ketosyror. Acetoättiksyraester, keto-enol tautomerism. Representanter för "ketonkroppar" - b-hydroxismörsyra, b-ketosmörsyror, aceton, deras biologiska och diagnostiska betydelse.

Heterofunktionella derivat av bensenserien som läkemedel. Salicylsyra och dess derivat (acetylsalicylsyra).

Para-aminobensoesyra och dess derivat (anestesin, novokain). Den biologiska rollen för p-aminobensoesyra. Sulfanilsyra och dess amid (streptocid).

Heterocykler med flera heteroatomer. Pyrazol, imidazol, pyrimidin, purin. Pyrazolon-5 är grunden för icke-narkotiska analgetika. Barbitursyra och dess derivat. Hydroxypuriner (hypoxantin, xantin, urinsyra), deras biologiska roll. Heterocykler med en heteroatom. Pyrrol, indol, pyridin. Biologiskt viktiga pyridinderivat är nikotinamid, pyridoxal, isonikotinsyraderivat. Nikotinamid är en strukturell komponent i NAD+-koenzymet, som bestämmer dess deltagande i OVR.

Kompetenskrav:

· Att kunna klassificera heterofunktionella föreningar efter sammansättning och efter deras inbördes arrangemang.

· Känna till de specifika reaktionerna av amino- och hydroxisyror med a, b, g - arrangemang av funktionella grupper.

· Känna till de reaktioner som leder till bildandet av biologiskt aktiva föreningar: kolin, acetylkolin, adrenalin.

· Känna till keto-enol-tautomerismens roll i manifestationen av den biologiska aktiviteten av ketosyror (pyrodruvsyra, oxaloättiksyra, acetoättiksyra) och heterocykliska föreningar (pyrazol, barbitursyra, purin).

· Känna till metoderna för redoxtransformationer av organiska föreningar, redoxreaktionernas biologiska roll i manifestationen av den biologiska aktiviteten hos diatomiska fenoler, nikotinamid, bildningen av ketonkroppar.

Ämne9 . Kolhydrater, klassificering, struktur, egenskaper, biologisk roll

Kolhydrater, deras klassificering i förhållande till hydrolys. Klassificering av monosackarider. Aldoser, ketoser: trioser, tetroser, pentoser, hexoser. Stereoisomerism av monosackarider. D - och L-serier av stereokemisk nomenklatur. Öppna och cykliska former. Fisher-formler och Haworth-formler. Furanoser och pyranoser, a- och b-anomerer. Cyklo-oxo-tautomerism. Konformationer av pyranosformer av monosackarider. Strukturen för de viktigaste representanterna för pentoser (ribos, xylos); hexos (glukos, mannos, galaktos, fruktos); deoxisocker (2-deoxiribos); aminosocker (glukosamin, mannosamin, galaktosamin).

Kemiska egenskaper hos monosackarider. Reaktioner av nukleofil substitution som involverar ett anomert centrum. O- och N-glykosider. hydrolys av glykosider. Fosfater av monosackarider. Oxidation och reduktion av monosackarider. Reducerande egenskaper hos aldoser. Glykonsyra, glykarsyra, glykuronsyra.

Oligosackarider. Disackarider: maltos, cellobios, laktos, sackaros. Struktur, cyklo-oxo-tautomerism. Hydrolys.

Polysackarider. Allmänna egenskaper och klassificering av polysackarider. Homo- och heteropolysackarider. Homopolysackarider: stärkelse, glykogen, dextraner, cellulosa. Primär struktur, hydrolys. Konceptet med den sekundära strukturen (stärkelse, cellulosa).

Kompetenskrav:

Känna till klassificeringen av monosackarider (enligt antalet kolatomer, sammansättningen av funktionella grupper), strukturen av öppna och cykliska former (furanos, pyranos) av de viktigaste monosackariderna, deras förhållande mellan D - och L - serier av stereokemiska nomenklatur, kunna bestämma antalet möjliga diastereomerer, hänvisa stereoisomerer till diastereomerer, epimerer, anomerer.

· Att känna till mekanismen förer, orsakerna till mutarotation av monosackaridlösningar.

· Känna till monosackariders kemiska egenskaper: redoxreaktioner, reaktioner vid bildning och hydrolys av O- och N-glykosider, förestringsreaktioner, fosforylering.

· Att kunna utföra kvalitativa reaktioner på diolfragmentet och närvaron av monosackariders reducerande egenskaper.

· Känna till klassificeringen av disackarider och deras struktur, konfigurationen av en anomer kolatom som bildar en glykosidbindning, tautomera omvandlingar av disackarider, deras kemiska egenskaper, biologisk roll.

· Känna till klassificeringen av polysackarider (i förhållande till hydrolys, enligt monosackaridsammansättning), strukturen av de viktigaste representanterna för homopolysackarider, konfigurationen av den anomera kolatom som bildar en glykosidbindning, deras fysikaliska och kemiska egenskaper och biologiska roll . Ha förståelse för heteropolysackariders biologiska roll.

Ämne 10.a- Aminosyror, peptider, proteiner. Struktur, egenskaper, biologisk roll

Struktur, nomenklatur, klassificering av a-aminosyror som utgör proteiner och peptider. Stereoisomerism av a-aminosyror.

Biosyntetiska vägar för bildning av a-aminosyror från oxosyror: reduktiv aminering och transamineringsreaktioner. Essentiella aminosyror.

Kemiska egenskaper hos a-aminosyror som heterofunktionella föreningar. A-aminosyrors syra-basegenskaper. Isoelektrisk punkt, metoder för separation av a-aminosyror. Bildning av intrakomplexa salter. Förestring, acylering, alkyleringsreaktioner. Interaktion med salpetersyrlighet och formaldehyd, betydelsen av dessa reaktioner för analys av aminosyror.

g-aminosmörsyra är en hämmande signalsubstans i CNS. Antidepressiv effekt av L-tryptofan, serotonin som en sömnneurotransmittor. Mediatoregenskaper hos glycin, histamin, asparaginsyra och glutaminsyror.

Biologiskt viktiga reaktioner av a-aminosyror. Deaminerings- och hydroxyleringsreaktioner. Dekarboxylering av a-aminosyror - vägen till bildandet av biogena aminer och bioregulatorer (kolamin, histamin, tryptamin, serotonin.) Peptider. Elektronisk struktur av peptidbindningen. Sur och alkalisk hydrolys av peptider. Fastställande av aminosyrasammansättningen med hjälp av moderna fysikaliska och kemiska metoder (Sanger- och Edman-metoder). Begreppet neuropeptider.

Den primära strukturen av proteiner. Partiell och fullständig hydrolys. Begreppet sekundära, tertiära och kvartära strukturer.

Kompetenskrav:

· Känna till strukturen, stereokemisk klassificering av a-aminosyror, tillhörande de D- och L-stereokemiska serierna av naturliga aminosyror, essentiella aminosyror.

· Känna till sätten för syntes av a-aminosyror in vivo och in vitro, känna till syra-basegenskaper och metoder för att överföra a-aminosyror till ett isoelektriskt tillstånd.

· Känna till a-aminosyrors kemiska egenskaper (reaktioner på amino- och karboxylgrupper), kunna utföra kvalitativa reaktioner (xantoprotein, med Сu (OH) 2, ninhydrin).

Känna till peptidbindningens elektroniska struktur, proteiners och peptiders primära, sekundära, tertiära och kvartära struktur, kunna bestämma aminosyrasammansättning och aminosyrasekvens (Sangermetoden, Edmanmetoden), kunna utföra biuret reaktion för peptider och proteiner.

· Känna till principen för metoden för syntes av peptider med hjälp av skydd och aktivering av funktionella grupper.

Ämne 11. Nukleotider och nukleinsyror

Nukleinbaser som utgör nukleinsyror. Pyrimidin (uracil, tymin, cytosin) och purin (adenin, guanin) baser, deras aromaticitet, tautomera transformationer.

Nukleosider, reaktioner av deras bildning. Typen av kopplingen mellan nukleinbasen och kolhydratresten; konfigurationen av glykosidcentrum. Hydrolys av nukleosider.

Nukleotider. Strukturen av mononukleotider som bildar nukleinsyror. Nomenklatur. Hydrolys av nukleotider.

Nukleinsyrors primära struktur. Fosfodiesterbindning. Ribonuklein- och deoxiribonukleinsyror. Nukleotidsammansättning av RNA och DNA. Hydrolys av nukleinsyror.

Begreppet DNA:s sekundära struktur. Vätebindningarnas roll i bildandet av den sekundära strukturen. Komplementaritet av nukleinbaser.

Läkemedel baserade på modifierade nukleinbaser (5-fluorouracil, 6-merkaptopurin). Principen om kemisk likhet. Förändringar i strukturen av nukleinsyror under påverkan av kemikalier och strålning. Mutagen verkan av salpetersyrlighet.

Nukleosidpolyfosfater (ADP, ATP), egenskaper hos deras struktur, vilket gör att de kan utföra funktionerna hos makroerga föreningar och intracellulära bioregulatorer. Strukturen av cAMP - en intracellulär "mellanhand" av hormoner.

Kompetenskrav:

· Känna till strukturen av pyrimidin och purinkvävehaltiga baser, deras tautomera transformationer.

· Att känna till mekanismen för reaktioner för bildning av N-glykosider (nukleosider) och deras hydrolys, nomenklaturen för nukleosider.

· Känna till de grundläggande likheterna och skillnaderna mellan naturliga och syntetiska nukleosider-antibiotika i jämförelse med nukleosider som ingår i DNA och RNA.

· Känna till reaktionerna vid bildning av nukleotider, strukturen hos mononukleotider som utgör nukleinsyror, deras nomenklatur.

· Känna till strukturen hos nukleosidcyklo- och polyfosfater, deras biologiska roll.

· Känna till nukleotidsammansättningen av DNA och RNA, fosfodiesterbindningens roll för att skapa den primära strukturen av nukleinsyror.

· Känna till vätebindningarnas roll i bildandet av DNAs sekundära struktur, komplementariteten hos kvävehaltiga baser, rollen av komplementära interaktioner vid implementeringen av DNA:s biologiska funktion.

Känna till faktorerna som orsakar mutationer och principen för deras verkan.

Informationsdel

Bibliografi

Huvudsakliga:

1. Romanovsky, bioorganisk kemi: en lärobok i 2 delar /. - Minsk: BSMU, 20-talet.

2. Romanovsky, till workshopen om bioorganisk kemi: lärobok / redigerad. - Minsk: BSMU, 1999. - 132 sid.

3. Tyukavkina, N. A., Bioorganisk kemi: lärobok /,. - Moskva: Medicin, 1991. - 528 s.

Ytterligare:

4. Ovchinnikov, kemi: monografi / .

- Moskva: Utbildning, 1987. - 815 s.

5. Potapov,: lärobok /. - Moskva:

Chemistry, 1988. - 464 sid.

6. Riles, A. Grunderna i organisk kemi: lärobok / A. Rice, K. Smith,

R. Ward. - Moskva: Mir, 1989. - 352 sid.

7. Taylor, G. Grunderna i organisk kemi: lärobok / G. Taylor. -

Moskva: Mirs.

8. Terney, A. Modern organisk kemi: lärobok i 2 volymer /

A. Terney. - Moskva: Mir, 1981. - 1310 sid.

9. Tyukavkina, för laboratoriestudier om bioorganiska

kemi: lärobok / [och andra]; redigerad av N.A.

Tyukavkina. - Moskva: Medicin, 1985. - 256 s.

10. Tyukavkina, N. A., Bioorganisk kemi: En lärobok för studenter

medicinska institut / , . - Moskva.

Hallå! Många studenter vid medicinska universitet studerar nu bioorganisk kemi, även känd som BOC.

På vissa universitet slutar detta ämne med ett test, på andra - med ett prov. Ibland händer det att provet på ett universitet är jämförbart i komplexitet med provet på ett annat.

På mitt universitet var bioorganisk kemi bara ett prov under sommarpasset alldeles i slutet av första året. Jag måste säga att BOH är ett av de ämnen som till en början skrämmer och kan inspirera tanken - "det är omöjligt att klara." Detta gäller naturligtvis särskilt för personer med en svag bas av organisk kemi (och konstigt nog finns det ganska många sådana människor på medicinska universitet).

Utbildningarna för att studera bioorganisk kemi vid olika universitet kan variera mycket, och undervisningsmetoderna ännu mer.

Kraven på eleverna är dock ungefär desamma överallt. För att uttrycka det väldigt enkelt, för att klara bioorganisk kemi vid 5, måste du känna till namn, egenskaper, strukturella egenskaper och typiska reaktioner för ett antal organiska ämnen.

Vår lärare, en respekterad professor, presenterade materialet som om varje elev var bäst i skolan i organisk kemi (och bioorganisk kemi är i grunden en komplicerad kurs i skolans organisk kemi). Han hade nog rätt i sitt förhållningssätt, alla borde sträcka sig upp och försöka vara bäst. Detta ledde dock till att en del elever, som inte delvis förstod materialet i de första 2-3 klasserna, slutade förstå allt överhuvudtaget mot mitten av terminen.

Jag bestämde mig för att skriva det här materialet till stor del eftersom jag var just en sådan student. I skolan var jag väldigt förtjust i oorganisk kemi, men jag har alltid inte tränat med organisk kemi. Redan när jag förberedde mig för Unified State Examinationen valde jag strategin att stärka all min kunskap om oorganiska ämnen, samtidigt som jag bara fixade basen av organiskt material. För övrigt blev det nästan sidled för mig vad gäller inledande punkter, men det är en annan historia.

Det var inte förgäves som jag sa om undervisningsmetodiken, för vår var också väldigt ovanlig. Vi fick genast, nästan i första klass, de manualer enligt vilka vi skulle göra prov och sedan tentamen.

Bioorganisk kemi - tester och tentamen

Hela kursen var uppdelad i 4 huvudämnen som vart och ett avslutades med en provlektion. Vi hade redan frågor för vart och ett av de fyra testerna från de första paren. De blev förstås rädda, men de fungerade samtidigt som en sorts karta att röra sig på.

Det första testet var ganska elementärt. Den ägnades främst åt nomenklaturen, triviala (hushålls) och internationella namn, och, naturligtvis, klassificeringen av ämnen. Också, i en eller annan form, påverkades tecknen på aromaticitet.

Det andra testet efter det första verkade mycket svårare. Där var det nödvändigt att beskriva egenskaperna och reaktionerna hos ämnen som ketoner, aldehyder, alkoholer, karboxylsyror. Till exempel är en av de mest typiska reaktionerna av aldehyder silverspegelreaktionen. Ganska vacker syn. Om du lägger till Tollens reagens, det vill säga OH, till valfri aldehyd, så ser du på provrörets vägg en fällning som liknar en spegel, så här ser det ut:

Tredjeställningen mot bakgrunden av tvåan verkade inte så formidabel. Alla är redan vana vid att skriva reaktioner och memorera egenskaper efter klassificeringar. I den tredje ställningen handlade det om föreningar med två funktionella grupper - aminofenoler, aminoalkoholer, oxosyror och andra. Varje biljett innehöll också minst en kolhydratbiljett.

Det fjärde testet i bioorganisk kemi ägnades nästan helt åt proteiner, aminosyror och peptidbindningar. En speciell höjdpunkt var frågor som krävde insamling av RNA och DNA.

Förresten, så här ser en aminosyra ut - du kan se aminogruppen (den är gulfärgad på den här bilden) och karboxylsyragruppen (det är lila). Det var med ämnen av den här klassen som jag fick ta itu med i fjärde ställningen.

Varje prov överlämnades vid svarta tavlan - eleven ska utan uppmaning skriva ner och förklara alla nödvändiga egenskaper i form av reaktioner. Om du till exempel klarar det andra testet har du alkoholens egenskaper på din biljett. Läraren säger till dig - ta propanol. Du skriver formeln för propanol och 4-5 typiska reaktioner för att illustrera dess egenskaper. Kan vara exotiskt, som svavelhaltiga föreningar. Ett fel även i indexet för en reaktionsprodukt skickade ofta vidare inlärning av detta material till nästa försök (som var en vecka senare). Skrämmande? Hård? Säkert!

Detta tillvägagångssätt har dock en mycket trevlig bieffekt. Det var jobbigt under vanliga seminarier. Många klarade prov 5-6 gånger. Men å andra sidan var tentan väldigt lätt, eftersom varje biljett innehöll 4 frågor. Nämligen ett av varje redan inlärt och löst test.

Därför kommer jag inte ens att beskriva krångligheterna med att förbereda sig för tentamen i bioorganisk kemi. I vårt fall handlade alla förberedelser om hur vi förberedde oss inför själva proven. Jag klarade vart och ett av de fyra testerna med tillförsikt - innan provet, titta bara på dina egna utkast, skriv ner de mest grundläggande reaktionerna och allt kommer att återställas direkt. Faktum är att organisk kemi är en mycket logisk vetenskap. Du måste memorera inte stora strängar av reaktioner, utan själva mekanismerna.

Ja, jag noterar att detta inte fungerar med alla objekt. Fruktansvärd anatomi kan inte klaras av bara genom att läsa dina anteckningar dagen innan. Ett antal andra föremål har också sina egna egenskaper. Även om bioorganisk kemi lärs ut annorlunda på ditt medicinska universitet, kan du behöva anpassa din utbildning och implementera den lite annorlunda än vad jag gjorde. Hur som helst, lycka till, förstå och älska vetenskap!

Bioorganisk kemiär en grundläggande vetenskap som studerar strukturen och de biologiska funktionerna hos de viktigaste komponenterna i levande materia, främst biopolymerer och lågmolekylära bioregulatorer, med fokus på att belysa mönstren för sambandet mellan strukturen hos föreningar och deras biologiska verkan.

Bioorganisk kemi är en vetenskap i skärningspunkten mellan kemi och biologi, den bidrar till avslöjandet av principerna för hur levande system fungerar. Bioorganisk kemi har en uttalad praktisk inriktning och är den teoretiska grunden för att erhålla nya värdefulla föreningar för medicin-, jordbruks-, kemi-, livsmedels- och mikrobiologiska industrier. Omfånget av intressen för bioorganisk kemi är ovanligt brett - detta är världen av ämnen som isolerats från vilda djur och spelar en viktig roll i livet, och världen av artificiellt erhållna organiska föreningar med biologisk aktivitet. Bioorganisk kemi omfattar kemin hos alla ämnen i en levande cell, tiotals och hundratusentals föreningar.

Studieobjekt, forskningsmetoder och huvuduppgifter inom bioorganisk kemi

Studieobjekt bioorganisk kemi är proteiner och peptider, kolhydrater, lipider, biopolymerer av blandad typ - glykoproteiner, nukleoproteiner, lipoproteiner, glykolipider, etc., alkaloider, terpenoider, vitaminer, antibiotika, hormoner, prostaglandiner, feromoner, synteologiska ämnen, såväl som regulatorer. processer: droger, bekämpningsmedel, etc.

Den huvudsakliga arsenalen av forskningsmetoder sammansättningsmetoder för bioorganisk kemi; fysikaliska, fysikalisk-kemiska, matematiska och biologiska metoder används för att lösa strukturella problem.

Huvuduppgifter bioorganisk kemi är:

• Isolering i ett individuellt tillstånd och rening av de studerade föreningarna med hjälp av kristallisation, destillation, olika typer av kromatografi, elektrofores, ultrafiltrering, ultracentrifugering, etc. dess inverkan på en viss fysiologisk process, etc.);
• Fastställande av strukturen, inklusive den rumsliga strukturen, baserat på tillvägagångssätten inom organisk kemi (hydrolys, oxidativ klyvning, klyvning vid specifika fragment, till exempel vid metioninrester vid fastställande av strukturen av peptider och proteiner, klyvning vid 1,2-diol grupper av kolhydrater etc.) och fysikalisk - kemisk kemi med masspektrometri, olika typer av optisk spektroskopi (IR, UV, laser etc.), röntgendiffraktionsanalys, kärnmagnetisk resonans, elektronparamagnetisk resonans, optisk rotationsdispersion och cirkulär dikroism, snabbkinetiska metoder etc. i kombination med datorberäkningar. För att snabbt lösa standardproblem förknippade med att etablera strukturen för ett antal biopolymerer har automatiska enheter skapats och används i stor utsträckning, vars funktionsprincip är baserad på standardreaktioner och egenskaperna hos naturliga och biologiskt aktiva föreningar. Dessa är analysatorer för att bestämma den kvantitativa aminosyrasammansättningen av peptider, sekvenserare för att bekräfta eller fastställa sekvensen av aminosyrarester i peptider och nukleotidsekvensen i nukleinsyror, etc. Användning av enzymer som specifikt klyver de studerade föreningarna enligt strikt definierade bindningar är viktigt för att studera strukturen hos komplexa biopolymerer. Sådana enzymer används i studien av strukturen hos proteiner (trypsin, proteinaser som klyver peptidbindningar vid glutaminsyra, prolin och andra aminosyrarester), nukleinsyror och polynukleotider (nukleaser, restriktionsenzymer), kolhydratinnehållande polymerer (glykosidaser, inklusive specifika - galaktosidaser, glukuronidas, etc.). För att öka effektiviteten av forskningen analyseras inte bara naturliga föreningar utan även deras derivat som innehåller karakteristiska, speciellt införda grupper och märkta atomer. Sådana derivat erhålls till exempel genom att odla producenten på ett medium som innehåller märkta aminosyror eller andra radioaktiva prekursorer, som inkluderar tritium, radioaktivt kol eller fosfor. Tillförlitligheten hos de data som erhålls i studien av komplexa proteiner ökar avsevärt om denna studie utförs i kombination med studien av strukturen hos motsvarande gener.
• Kemisk syntes och kemisk modifiering av de studerade föreningarna, inklusive total syntes, syntes av analoger och derivat. För föreningar med låg molekylvikt är ett viktigt kriterium för korrektheten av den etablerade strukturen fortfarande motsyntesen. Utvecklingen av metoder för syntes av naturliga och biologiskt aktiva föreningar är nödvändig för att lösa nästa viktiga problem med bioorganisk kemi - för att belysa förhållandet mellan deras struktur och biologiska funktion.
• Belysande av sambandet mellan struktur och biologiska funktioner hos biopolymerer och lågmolekylära bioregulatorer; studie av de kemiska mekanismerna för deras biologiska verkan. Denna aspekt av bioorganisk kemi får mer och mer praktisk betydelse. Förbättring av arsenalen av metoder för kemisk och kemisk-enzymatisk syntes av komplexa biopolymerer (biologiskt aktiva peptider, proteiner, polynukleotider, nukleinsyror, inklusive aktivt fungerande gener), i kombination med den ständigt förbättrade tekniken för syntes av relativt enklare bioregulatorer , såväl som metoder för selektiv klyvning av biopolymerer, möjliggör en allt djupare förståelse av beroendet av biologisk verkan på strukturen av föreningar. Användningen av högeffektiv datorteknik gör det möjligt att objektivt jämföra många data från olika forskare och hitta gemensamma mönster. De hittade speciella och allmänna mönstren stimulerar och underlättar i sin tur syntesen av nya föreningar, vilket i vissa fall (till exempel vid studiet av peptider som påverkar hjärnans aktivitet) gör det möjligt att hitta praktiskt taget viktiga syntetiska föreningar som är överlägsna i biologisk aktivitet till sina naturliga motsvarigheter. Studiet av de kemiska mekanismerna för biologisk verkan öppnar möjligheten att skapa biologiskt aktiva föreningar med förutbestämda egenskaper.
• Skaffa praktiskt taget värdefulla droger.
• Biologisk testning av de erhållna föreningarna.

Bildning av bioorganisk kemi. Historisk referens

Bildandet av bioorganisk kemi i världen ägde rum i slutet av 50-talet - början av 60-talet, då huvudobjekten för forskning inom detta område var fyra klasser av organiska föreningar som spelar en nyckelroll i cellens och organismens liv - proteiner, polysackarider och lipider. Enastående prestationer av traditionell kemi av naturliga föreningar, såsom upptäckten av L. Pauling av α-helixen som en av huvudelementen i den rumsliga strukturen av polypeptidkedjan i proteiner, etableringen av A. Todd av den kemiska strukturen hos nukleotider och den första syntesen av dinukleotid, utvecklingen av F. Senger av en metod för att bestämma aminosyrasekvensen i proteiner och dechiffrera strukturen av insulin med dess hjälp, syntesen av R. Woodward av sådana komplexa naturliga föreningar som reserpin, klorofyll och vitamin B 12, syntesen av det första peptidhormonet oxytocin, markerade i huvudsak omvandlingen av kemin hos naturliga föreningar till modern bioorganisk kemi.

Men i vårt land uppstod intresset för proteiner och nukleinsyror mycket tidigare. De första studierna om protein- och nukleinsyrors kemi startade i mitten av 1920-talet. inom Moskvas universitets väggar, och det var här som de första vetenskapliga skolorna bildades, som framgångsrikt arbetade inom dessa viktiga naturvetenskapliga områden än i dag. Alltså på 20-talet. på initiativ av N.D. Zelinsky började systematisk forskning om proteinkemi, vars huvuduppgift var att belysa de allmänna principerna för strukturen hos proteinmolekyler. N.D. Zelinsky skapade det första proteinkemilaboratoriet i vårt land, där viktigt arbete utfördes på syntes och strukturell analys av aminosyror och peptider. En framstående roll i utvecklingen av dessa verk tillhör M.M. Botvinnik och hennes elever, som uppnådde imponerande resultat när de studerade strukturen och verkningsmekanismen för oorganiska pyrofosfataser, de viktigaste enzymerna för fosformetabolismen i cellen. I slutet av 1940-talet, när nukleinsyrors ledande roll i genetiska processer började växa fram, tog M.A. Prokofiev och Z.A. Shabarova började arbeta med syntesen av nukleinsyrakomponenter och deras derivat, och lade därmed grunden för nukleinsyrors kemi i vårt land. De första synteserna av nukleosider, nukleotider och oligonukleotider utfördes, och ett stort bidrag gjordes till skapandet av inhemska automatiska nukleinsyrasyntetiserare.

På 60-talet. denna trend i vårt land har utvecklats konsekvent och snabbt, ofta före liknande steg och trender utomlands. De grundläggande upptäckterna av A.N. Belozersky, som bevisade förekomsten av DNA i högre växter och systematiskt studerade den kemiska sammansättningen av nukleinsyror, de klassiska studierna av V.A. Engelhardt och V.A. Belitser om den oxidativa mekanismen för fosforylering, de världsberömda studierna av A.E. Arbuzov om kemin hos fysiologiskt aktiva organofosforföreningar, såväl som det grundläggande arbetet av I.N. Nazarova och N.A. Preobrazhensky om syntesen av olika naturliga ämnen och deras analoger och andra verk. De största framgångarna i skapandet och utvecklingen av bioorganisk kemi i Sovjetunionen tillhör akademikern M.M. Shemyakin. Han började i synnerhet arbetet med att studera atypiska peptider - depsipeptider, som sedan fick bred utveckling i samband med deras funktion som jonoforer. Talangen, skarpsinnigheten och kraftfulla aktiviteten hos denna och andra forskare bidrog till den snabba tillväxten av den internationella prestigen för sovjetisk bioorganisk kemi, dess konsolidering i de mest relevanta områdena och organisatorisk förstärkning i vårt land.

I slutet av 60-talet - början av 70-talet. i syntesen av biologiskt aktiva föreningar med komplex struktur började enzymer användas som katalysatorer (den så kallade kombinerade kemisk-enzymatiska syntesen). Detta tillvägagångssätt användes av G. Korana för den första gensyntesen. Användningen av enzymer gjorde det möjligt att utföra en strikt selektiv transformation av ett antal naturliga föreningar och erhålla nya biologiskt aktiva derivat av peptider, oligosackarider och nukleinsyror i högt utbyte. På 70-talet. sådana grenar av bioorganisk kemi som syntesen av oligonukleotider och gener, studiet av cellmembran och polysackarider och analysen av de primära och rumsliga strukturerna hos proteiner utvecklades mest intensivt. Strukturerna för viktiga enzymer (transaminas, β-galaktosidas, DNA-beroende RNA-polymeras), skyddande proteiner (γ-globuliner, interferoner) och membranproteiner (adenosintrifosfataser, bakteriodopsin) studerades. Arbeten med att studera strukturen och verkningsmekanismen för peptider - regulatorer av nervös aktivitet (de så kallade neuropeptiderna) har fått stor betydelse.

Modern inhemsk bioorganisk kemi

För närvarande intar inhemsk bioorganisk kemi en ledande position i världen på ett antal nyckelområden. Stora framsteg har gjorts i studiet av strukturen och funktionen hos biologiskt aktiva peptider och komplexa proteiner, inklusive hormoner, antibiotika och neurotoxiner. Viktiga resultat har erhållits inom kemin av membranaktiva peptider. Orsakerna till den unika selektiviteten och effektiviteten av verkan av dyspepsidjonoforer undersöktes och mekanismen för att fungera i levande system klargjordes. Syntetiska analoger av jonoforer med önskade egenskaper har erhållits, vilka är många gånger effektivare än naturliga prover (V.T. Ivanov, Yu.A. Ovchinnikov). De unika egenskaperna hos jonoforer används för att skapa jonselektiva sensorer baserade på dem, som används flitigt inom tekniken. De framgångar som uppnåtts i studiet av en annan grupp av regulatorer - neurotoxiner, som är hämmare av överföringen av nervimpulser, har lett till att de används i stor utsträckning som verktyg för att studera membranreceptorer och andra specifika strukturer av cellmembran (EV Grishin). Utvecklingen av arbetet med syntes och studier av peptidhormoner har lett till skapandet av mycket effektiva analoger av hormonerna oxytocin, angiotensin II och bradykinin, som är ansvariga för sammandragning av glatt muskulatur och blodtrycksreglering. En stor framgång var den fullständiga kemiska syntesen av insulinpreparat, inklusive humant insulin (N.A. Yudaev, Yu.P. Shvachkin och andra). Ett antal proteinantibiotika upptäcktes och studerades, inklusive gramicidin S, polymyxin M, aktinoxantin (G.F. Gause, A.S. Khokhlov och andra). Arbete utvecklas aktivt för att studera struktur och funktion hos membranproteiner som utför receptor- och transportfunktioner. Fotoreceptorproteinerna rhodopsin och bacteriorhodopsin erhölls och de fysikalisk-kemiska grunderna för deras funktion som ljusberoende jonpumpar studerades (V.P. Skulachev, Yu.A. Ovchinnikov, M.A. Ostrovsky). Strukturen och mekanismen för funktion av ribosomer, huvudsystemen för proteinbiosyntes i cellen, studeras brett (A.S. Spirin, A.A. Bogdanov). Stora forskningscykler är förknippade med studiet av enzymer, bestämningen av deras primära struktur och rumsliga struktur, studiet av katalytiska funktioner (aspartataminotransferaser, pepsin, kymotrypsin, ribonukleaser, fosformetabolismenzymer, glykosidaser, kolinesteraser, etc.). Metoder för syntes och kemisk modifiering av nukleinsyror och deras komponenter har utvecklats (D.G. Knorre, M.N. Kolosov, Z.A. Shabarova), tillvägagångssätt utvecklas för att skapa en ny generation av läkemedel baserade på dem för behandling av virala, onkologiska och autoimmuna sjukdomar. Med hjälp av de unika egenskaperna hos nukleinsyror och baserat på dem, diagnostiska preparat och biosensorer skapas analysatorer av ett antal biologiskt aktiva föreningar (V.A. Vlasov, Yu.M. Evdokimov, etc.)

Betydande framsteg har gjorts i den syntetiska kemin av kolhydrater (syntesen av bakteriella antigener och skapandet av konstgjorda vacciner, syntesen av specifika hämmare av virussorption på cellytan, syntesen av specifika hämmare av bakteriella toxiner (N.K. Kochetkov, A. .Ya. Khorlin)). Betydande framsteg har gjorts i studiet av lipider, lipoaminosyror, lipopeptider och lipoproteiner (LD Bergelson, NM Sisakyan). Metoder för syntes av många biologiskt aktiva fettsyror, lipider och fosfolipider har utvecklats. Den transmembrana fördelningen av lipider i olika typer av liposomer, i bakteriemembran och i levermikrosomer studerades.

Ett viktigt område inom bioorganisk kemi är studiet av olika naturliga och syntetiska ämnen som kan reglera olika processer som förekommer i levande celler. Dessa är repellenter, antibiotika, feromoner, signalsubstanser, enzymer, hormoner, vitaminer och andra (de så kallade lågmolekylära regulatorerna). Metoder har utvecklats för syntes och produktion av nästan alla kända vitaminer, en betydande del av steroidhormoner och antibiotika. Industriella metoder har utvecklats för att erhålla ett antal koenzymer som används som terapeutiska läkemedel (koenzym Q, pyridoxalfosfat, tiaminpyrofosfat, etc.). Nya starka anaboler har föreslagits som är överlägsna i verkan jämfört med kända främmande droger (I.V. Torgov, S.N. Ananchenko). Biogenes och verkningsmekanismer för naturliga och transformerade steroider har studerats. Betydande framsteg har gjorts i studiet av alkaloider, steroid- och triterpenglykosider och kumariner. Ursprunglig forskning utfördes inom området bekämpningsmedelskemi, vilket ledde till frisättningen av ett antal värdefulla läkemedel (IN Kabachnik, N.N. Melnikov, etc.). Det pågår ett aktivt sökande efter nya läkemedel som behövs för behandling av olika sjukdomar. Preparat har erhållits som har bevisat sin effektivitet vid behandling av ett antal onkologiska sjukdomar (dopan, sarcolysin, ftorafur, etc.).

Prioriterade riktningar och framtidsutsikter för utvecklingen av bioorganisk kemi

De prioriterade områdena för vetenskaplig forskning inom området bioorganisk kemi är:

• studie av det strukturella och funktionella beroendet av biologiskt aktiva föreningar;
• design och syntes av nya biologiskt aktiva läkemedel, inklusive skapandet av läkemedel och växtskyddsmedel;
• forskning om högeffektiva biotekniska processer;
• studie av de molekylära mekanismerna för processer som sker i en levande organism.

Inriktad grundforskning inom området bioorganisk kemi syftar till att studera strukturen och funktionen hos de viktigaste biopolymererna och lågmolekylära bioregulatorerna, inklusive proteiner, nukleinsyror, kolhydrater, lipider, alkaloider, prostaglandiner och andra föreningar. Bioorganisk kemi är nära besläktad med de praktiska problemen inom medicin och jordbruk (att få fram vitaminer, hormoner, antibiotika och andra mediciner, växtstimulerande medel och beteendereglerare för djur och insekter), kemiska, livsmedels- och mikrobiologiska industrier. Resultaten av vetenskaplig forskning är grunden för att skapa en vetenskaplig och teknisk bas för teknologier för produktion av modern medicinsk immundiagnostik, reagens för medicinsk genetisk forskning och reagens för biokemisk analys, teknik för syntes av läkemedelssubstanser för användning inom onkologi, virologi, endokrinologi, gastroenterologi, samt kemikalier växtskydd och teknologier för deras tillämpning inom jordbruket.

Lösningen av den bioorganiska kemins huvudproblem är viktig för den fortsatta utvecklingen av biologi, kemi och en rad tekniska vetenskaper. Utan att belysa strukturen och egenskaperna hos de viktigaste biopolymererna och bioregulatorerna är det omöjligt att känna till essensen av livsprocesser, och ännu mer att hitta sätt att kontrollera sådana komplexa fenomen som reproduktion och överföring av ärftliga egenskaper, normal och malign celltillväxt , immunitet, minne, överföring av nervimpulser och mycket mer. Samtidigt kan studiet av högspecialiserade biologiskt aktiva ämnen och de processer som sker med deras deltagande öppna upp fundamentalt nya möjligheter för utveckling av kemi, kemisk teknik och teknik. Problemen, vars lösning är förknippad med forskning inom området bioorganisk kemi, inkluderar skapandet av strikt specifika högaktiva katalysatorer (baserade på studiet av enzymers struktur och verkningsmekanism), direkt omvandling av kemisk energi till mekanisk energi (baserad på studiet av muskelkontraktion), användningen av kemiska lagringsprinciper inom teknologi och överföring av information som utförs i biologiska system, principerna för självreglering av multikomponentcellsystem, i första hand den selektiva permeabiliteten av biologiska membran, och mycket mer poäng för utvecklingen av biokemisk forskning, redan relaterad till området molekylärbiologi. Bredden och betydelsen av de problem som ska lösas, mångfalden av metoder och nära koppling till andra vetenskapliga discipliner säkerställer den snabba utvecklingen av bioorganisk kemi.Bulletin från Moskvas universitet, serie 2, Kemi. 1999. V. 40. Nr. 5. S. 327-329.

Bender M, Bergeron R, Komiyama M. Bioorganic Chemistry of Enzymatic Catalysis. Per. från engelska. M.: Mir, 1987. 352 S.

Yakovishin L.A. Utvalda kapitel i bioorganisk kemi. Sevastopol: Strizhak-press, 2006. 196 sid.

Nikolaev A.Ya. Biologisk kemi. M.: Medicinsk informationscentral, 2001. 496 sid.