Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ставропольская государственная медицинская академия»

Государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ставропольская государственная медицинская академия»
Министерства здравоохранения и социального развития Российской
Федерации
Кафедра общей и биологической химии
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе,
профессор_______________ А.Б. Ходжаян
«_____»________________ 2011 г.
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ПО
ДИСЦИПЛИНЕ«ХИМИЯ»
для направления подготовки 020400.62 Биология
Профиль – Экология
Форма обучения - заочная
Нормативный срок обучения – 5лет
Всего ЗЕТ 5
Всего часов 180 , из них:

аудиторных занятий 14 часов, в том числе:
- лекций 4 часов
- практических занятий 10 часа

самостоятельная работа 157часа

формы контроля:
- контрольная работа -1
- экзамен во4семестре 9 часов
г. Ставрополь
2011 г.
Рабочая учебная программа разработана в соответствии с:
- ФГОС ВПО по направлению подготовки 020400.62-Биология,
утвержденным приказом Минобрнауки России от 4 февраля 2010г. №
101;
- рабочим учебным планом по направлению подготовки, 020400.62Биология, утвержденным Ученым советом академии от 31 августа 2011 г.
протокол № 1,
Рабочая учебная программа обсуждена и одобрена на заседании
кафедры общей и биологической химии
«___» _______________2011 года протокол № _____
Зав. кафедрой, профессор
К.С. Эльбекьян
Одобрена Цикловой методической комиссией факультета ГМБО
«___» _______________2011 года
Председатель ЦМК, доцент
Н.К. Маяцкая
Согласована:
Декан факультет медико- гуманитарного факультета,
профессор
Н.А. Федько
Начальник УМУ
Н.П. Вышковский
«___» _______________2011 года
Руководитель ЦУКО, профессор
Ю.В. Первушин
«___» _______________2011 года
Рецензенты
_______________
2
______________________
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Дисциплина «Химия» является фундаментальной дисциплиной, которая
входит в учебный план по направлению подготовки 020400.62-Биология.
Она объединяет избранные разделы общей, физической, коллоидной
химии, химии биогенных элементов, биоорганической химии, имеющие
существенное значение для формирования естественнонаучного мышления
бакалавров. Каждый раздел химии вооружает обучающихся знаниями,
необходимыми для раскрытия физико-химической сущности явлений,
происходящих в живом организме и биосфере в целом. Умение выполнять в
необходимых случаях расчеты параметров этих процессов позволяет более
глубоко понять функции отдельных систем живых организмов, а также их
взаимодействия с окружающей средой.
Химия является фундаментом для усвоения ряда дисциплин
математического и естественнонаучного цикла, изучение которых
предусмотрено
Федеральным государственным образовательным
стандартом третьего поколения (ФГОС-3).
Лекции читаются профессором, доктором наук и доцентами,
кандидатами наук. На лекциях применяются информационные технологии
и технические средства обучения (мультимедийные демонстрации).
Лабораторно-практические занятия проводятся в специализированных
кабинетах (лабораториях) и аудиториях кафедры. Занятия обеспечиваются
необходимым наглядным материалом, реактивами, приборами. Количество
студентов в подгруппе составляет 8-10 человек. В ходе учебного занятия
студенты проходят входное тестирование (собеседование), самостоятельно
и при участии преподавателя выполняют лабораторные работы, решают
расчетные и ситуационные задачи по овладению знаниями и приобретению
необходимых навыков, отчитываются за проделанную на занятии учебную
работу.
Работа студентов на занятиях оценивается в рамках внедренной на
кафедре
балльно-рейтинговой
системы
оценки
образовательной
деятельности студентов.
Для решения задач образовательного процесса на кафедре разработан
учебно-профессиональный (методический) комплекс, включающий в себя
ряд элементов: федеральный государственный образовательный стандарт,
примерная учебная программа, рабочая учебная программа, методические
разработки для студентов и преподавателей по каждому практическому
занятию, перечень практических навыков, экзаменационные материалы,
тексты лекций, перечень информационного и материального обеспечения
образовательного процесса и др.
Дисциплина изучается согласовано с дисциплинами математического,
естественнонаучного цикла и дисциплинами вышестоящего уровня.
Предметом согласования является совместный протокол согласования.
3
Ряд студентов-биологов активно участвует в студенческом научном
кружке.
Воспитательные задачи на кафедре решаются в ходе учебной
деятельности и направлены на воспитание у студентов обязательности,
пунктуальности, аккуратности, бережного отношения к имуществу.
Содержание программы представлено пятью разделами:
1.Строение атомов, химическая связь и строение молекул.
2. Химическая термодинамика и биоэнергетика.
3. растворы.
4. Химия биогенных элементов.
5. Биологически активные вещества.
По этим разделам осуществляется чтение лекций, проведение
лабораторных работ и практических занятий, самостоятельная работа.
Лабораторные работы, выполненные студентом, должны быть
защищены. На практических занятиях по каждому разделу проводится
устный опрос студентов по вопросам домашнего задания. В рамках
реализации компетентностного подхода используются активные и
интерактивные формы проведения занятий, например, разбор и решение
ситуационных задач по данной теме.
Контроль знаний по каждому разделу проводится с помощью контрольноизмерительных материалов. В качестве внеаудиторной работы студентов,
помимо выполнения домашних заданий,
рекомендуется написание
рефератов по темам, отражающим роль химии в биологии и экологии. Такая
форма работы способствует формированию и развитию профессиональных
навыков обучающегося.
Самостоятельная работа студентов с литературой, написание и защита
рефератов формируют способность анализировать биологические и
экологические проблемы, связанные с химизмом процессов, умение
использовать на практике естественные науки, в том числе и химию, в
различных видах профессиональной деятельности.
Различные виды учебной работы (лекции, практические и лабораторные
занятия, самостоятельная работа), способствуют овладению культурой
мышления, способностью в письменной форме и устной речи логически
правильно оформить результаты, формируют системный подход к анализу
информации, инновациям.
Участие в олимпиадах по химии (кафедральных, городского и
Российского уровня, а также в интернет-олимпиадах), проведение круглых
столов, развивают письменную и устную речь студента, формируют его
критичный стиль мышления, развивают рефлексию.
Привлечение электронных обучающих систем, электронных учебников
и задачников, а также использование в лабораторных работах баз данных
из реальных научных экспериментов, формируют способность в условиях
развития науки и практики к переоценке накопленного опыта, анализу
своих возможностей, умение приобретать новые знания, использовать
различные формы обучения, информационно-образовательные технологии.
4
Рабочая программа входит в состав учебно-методического
комплекса по дисциплине. Бумажный и электронный варианты
утвержденной рабочей программы хранятся на кафедре, в профильном
деканате, учебно-методическом управлении и научной библиотеке СтГМА.
1. Цели и задачи освоения дисциплины
Целью изучения дисциплины является формирование у студентов
целостного естественнонаучного мировоззрения, развитие химического
мышления, необходимого при решении физико-химических проблем
обеспечения экологической безопасности жизнедеятельности.
Задачами дисциплины «Химия» являются:
- изучение основных химических явлений;
- овладение фундаментальными понятиями, законами и теориями химии,
углубление и систематизация химических знаний;
- овладение методами и приемами решения конкретных задач из различных
областей химии;
- формирование навыков проведения химического эксперимента;
- формирование способности использовать химические знания для решения
прикладных задач учебной и профессиональной деятельности.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Химия» относится к циклу общих математических и
естественнонаучных дисциплин (Б.2, базовая часть).
Для освоения дисциплины «Химия» обучающиеся используют знания,
умения, сформированные в ходе изучения предмета «Химия» в
общеобразовательной школе. В программе подчёркивается ведущая роль
химии как науки о веществе, составляющем основу материального мира.
Курс «Химия» способствует расширению знаний о строении и свойствах
химических соединений,
биогенной роли элементов, а также
в
дальнейшем для усвоения теоретических основ других химических,
биологических и экологических дисциплин: «Биохимия», «Общая
биология», «Физиология растений», «Цитология и гистология», «Генетика
и эволюция», «Микробиология и вирусология», «Экологическая
физиология», «Экология», «Физиология животных и высшей нервной
деятельности» и т. д.
3. Требования к результатам освоения дисциплины.
Реализация компетентностного подхода предусматривает широкое
использование в учебном процессе инновационных образовательных форм
проведения занятий в сочетании с внеаудиторной работой с целью
формирования и развития профессиональных навыков обучающихся.
По завершении изучения курса студент должен обладать следующими
компетенциями:
1) общекультурными (ОК):
-использует в познавательной и профессиональной деятельности базовые
знания в области математики и естественных наук, применяет методы
математического анализа и моделирования, теоретического и
экспериментального и исследования (ОК-6);
5
2) профессиональными (ПК):
-демонстрирует знание принципов структурной и функциональной
организации биологических объектов и механизмов гомеостатической
регуляции; применяет основные физиологические методы анализа и
оценки состояния живых систем (ПК-3);
- демонстрирует знание принципов клеточной организации биологических
объектов, биофизических и биохимических основ, мембранных процессов
и молекулярных механизмов жизнедеятельности (ПК-4);
В результате изучения дисциплины Химия студент должен
Знать:
1. Основы общей химии: свойства химических систем.
2. Основы химической термодинамики, кинетики и реакционной
способности веществ, методы их идентификации.
3. Основы:
-аналитической химии;
-физической химии;
-органической химии;
-химии высокомолекулярных соединений;
-коллоидной химии.
Уметь:
1. Применять математические методы при решении типовых
профессиональных задач.
2. Пользоваться компьютерной техникой, использовать языки и
системы для решения профессиональных задач;
3.
Применять
знания
в
области
химии
для
освоения
общепрофессиональных дисциплин и решении профессиональных задач.
Владеть:
1. Навыками использования программных средств и работы в
компьютерных сетях, создания баз данных, использования ресурсов
Internet.
2. Навыками химических исследований, необходимых для освоения
теоретических основ и методов биологии и экологии.
6
№
п/
п
1.
2.
3.
4.
5.
ПЕРЕЧЕНЬ ЗНАНИЙ, УМЕНИЙ И НАВЫКОВ В
СООТВЕТСТВИИ С ФГОС
Наименование
Индекс
В результате изучения
разделов (тем)
компетенции
учебной дисциплины
дисциплины
по ФГОС
обучающиеся должны
(указать порядковый №
строки из раздела «Знать.
Уметь. Владеть»)
ОК-6
ПК-3
ПК-4
Знать Уметь Владеть
Строение
атомов,
химическая
связь и строение
молекул.
Химическая
термодинамика и
биоэнергетика.
Кинетикахимиче
ских процессов
Растворы.
Химия
биогенных
элементов
Биологически
активные
вещества
+
+
+
1
1,2
1,2
+
+
+
2
2
1,2
+
+
+
2, 3
1,2,3
1,2
+
+
+
1, 2, 3
2,3
1,2
+
+
+
1, 2, 3
2,3
1,2
7
4. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Общая трудоемкость дисциплины составляет:
5
зачетных единиц (ЗЕТ),
180
часов.
№
п/п
Виды учебной работы
1.
Аудиторные занятия
В том числе:
Лекции (Л)
Практические занятия (ПЗ)
Семинарские занятия (СЗ)
Лабораторные работы (ЛР)*
Самостоятельная работа студентов (СРС)
в том числе:
самоподготовка (самостоятельное изучение разделов,
проработка и повторение лекционного материала и
материала учебников и учебных пособий, подготовка
к лабораторным и практическим занятиям,
коллоквиумам, рубежному контролю и т.д.)
Промежуточная аттестация (экзамен)
Общая трудоемкость дисциплины
2.
3.
5.
Всего
часов
14
семестр
4
14
4
10
4
10
157
157
9
180
9
72
СОДЕРЖАНИЕ И СТРУКТУРА ДИСЦИПЛИНЫ
5.1. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ
Введение.
Место химии в системе естественных наук, представления о дифференциации и
интеграции химии с биологией, физикой, геологией, экологией и другими
естественными науками. Предметы общей, неорганической, физической,
коллоидной, аналитической химии, химии биогенных элементов. Основные блоки
содержания курса общей и биоорганической химии. Роль химии как
производительной силы общества. Значение химических знаний для будущих
специалистов.
Раздел I.Строение атомов, химическая связь и строение молекул.
Тема1. Периодический закон и периодическая система элементов Д.И.
Менделеева в свете квантово-механической теории строения атома
1.1. Периодический закон и периодическая система элементов Д.И.
Менделеева в свете квантово-механической теории строения атома. Квантовомеханические представления о строении атомов. Строение ядра. Атомное ядро как
динамическая система протонов и нейтронов. Изотопы. Стабильные и нестабильные
изотопы. Радиоактивность. Виды радиоактивного излучения. Радиоактивный
распад. Естественная и искусственная радиация, ее источники. Действие
радиоактивного излучения на живые организмы. Биоаккумуляция, биологическая
8
взаимозаменяемость элементов. Дозы облучения и радиобиологический эффект.
Проникающая способность различных видов излучения. Проблемы ядерной
энергетики.
1.2.Характеристика энергетического состояния электрона системой
квантовых чисел. Принципы заполнения электронами энергетических уровней и
подуровней в атоме: принцип Паули, принцип минимума полной энергии атома,
правила Клечковского, Хунда. Периодический закон и периодическая система Д.И.
Менделеева в свете квантово-механической теории строения атомов. s-, p-, d- и fблоки элементов.
Тема 2. Химическая связь
Химическая связь. Понятие о методе валентных связей. Основные
характеристики химической связи: энергия, длина, направленность, полярность.
Валентность и максимальная ковалентность атомов. Понятие о гибридизации
атомных орбиталей. Геометрия молекул. Дипольные моменты и полярность
молекул. Представление о методе молекулярных орбиталей (ММО). Связывающие
и разрыхляющие МО. Энергетические схемы образования МО двухатомных
гомоядерных молекул элементов первого периода периодической системы
элементов. Межмолекулярные взаимодействия. Водородная связь.
Раздел 2. Химическая термодинамика и биоэнергетика. Кинетика химических
процессов.
Тема 1. Элементы химической термодинамики и биоэнергетики
1.1.Предмет и задачи химической термодинамики. Химическая
термодинамика как основа биоэнергетики. Системы: изолированные, закрытые,
открытые. Понятие о фазе: гомогенные и гетерогенные системы. Процессы:
изохорные, изобарные, изотермические, адиабатные.
Внутренняя энергия. Теплота и работа — две формы передачи энергии.
Первый закон термодинамики. Изобарный и изохорный тепловые эффекты.
Энтальпия.
Закон Гесса. Следствия из закона Гесса. Стандартные теплоты образования
и сгорания. Термохимические расчеты и их использование для энергетической
характеристики биохимических процессов.
Взаимосвязь между процессами обмена веществ и энергии. Применение
первого закона термодинамики к биосистемам. Калорийность основных составных
частей пищи и некоторых пищевых продуктов. Расход энергии при различных
режимах двигательной активности.
1.2. Направление биохимических процессов
Самопроизвольные и несамопроизвольные процессы. Термодинамически
обратимые и необратимые процессы. Статистическое и термодинамическое
толкование энтропии. Второй закон термодинамики. Стандартная энтропия.
Критерии самопроизвольного протекания процессов и равновесного состояния
изолированных систем. Применение второго закона термодинамики к биосистемам.
Объединенное уравнение первого и второго законов термодинамики.
Энергия Гиббса (изобарно-изотермический потенциал). Энтальпийный и
энтропийный факторы. Критерии самопроизвольного протекания процессов и
9
равновесного состояния неизолированных систем. Экзо- и эндоэргонические
процессы в организме. Принцип энергетического сопряжения.
1.3. Термодинамика химического равновесия
Понятие о химическом равновесии. Константа химического равновесия и
способы ее выражения: Кс, Кр, Ка. Смещение химического равновесия при
изменении температуры, давления и концентрации. Принцип Ле-Шателье.
Уравнения изотермы и изобары химической реакции.
Тема 2. Химическая кинетика и катализ
2.1. Элементы химической кинетики
Предмет и задачи химической кинетики. Химическая кинетика как основа
для изучения скоростей и механизмов биохимических процессов. Реакции простые
и сложные, гомогенные и гетерогенные. Скорость гомогенных химических реакций
и методы ее измерения.
Зависимость скорости реакции от концентрации. Кинетические уравнения.
Константа скорости реакции. Порядок реакции. Закон действующих масс для
скорости реакции; область применения. Кинетические уравнения реакций нулевого,
1-го и 2-го порядков. Период полупревращения. Молекулярность реакций.
2.2. Механизм реакций и катализ
Зависимость скорости реакции от температуры. Температурный
коэффициент скорости реакции. Энергетические диаграммы экзо- и
эндотермических реакций. Энергетический барьер реакции. Энергия активации.
Уравнение Аррениуса. Понятие о теориях активных соударений и переходного
состояния.
Понятие о кинетике сложных реакций: параллельных, последовательных,
сопряженных, обратимых, цепных. Фотохимические реакции.
Катализ и катализаторы. Механизм гомогенного и гетерогенного катализа.
Энергетическая диаграмма каталитической реакции. Кислотно-основной катализ и
его роль в биологических системах. Ферменты как биологические катализаторы,
особенности их действия. Общая схема действия ферментов. Уравнение
Михаэлиса–Ментена и его анализ.
Раздел 3. Растворы.
Тема 1. Свойство растворов. Концентрация растворов. Титриметрический
анализ.
1.1. Титриметрические методы анализа. Классификация методов. Расчеты в
объемно-аналитических определениях. Способы выражения состава раствора:
молярная концентрация, молярная концентрация эквивалента, моляльность,
массовая доля, мольная доля, парциальное давление.
1.2. Принцип эквивалентности. Основные способы титрования в объемном анализе.
Общая характеристика методов кислотно-основного титрования: титранты и их
стандартизация, фиксирование точки эквивалентности. Выбор индикатора. Общая
характеристика метода перманганатометрии: титранты и их стандартизация,
фиксирование точки эквивалентности. Общая характеристика метода иодометрии:
титранты и их стандартизация, фиксирование точки эквивалентности, определение
окислителей и восстановителей. Значение титриметрического анализа в медико10
биологических исследованиях и клиническом анализе.
Тема 2. Коллигативные свойства растворов
2.1.Вода как универсальный растворитель в биосистемах. Физико-химические
свойства воды, обусловливающие ее роль в процессах жизнедеятельности.
Термодинамика растворения. Энтальпийный и энтропийный факторы и их связь с
механизмом растворения. Идеальные растворы.
2.2. Коллигативные свойства разбавленных растворов. Осмос. Обратный
осмос и его роль в очистке воды. Осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа.
Полупроницаемые мембраны в организме. Осмолярность и осмоляльность
биологических жидкостей. Осмотическое давление плазмы крови. Распределение
воды в организме между клетками и внеклеточной жидкостью. Плазмолиз и
гемолиз. Гипо-, гипер- и изотонические растворы в медицинской практике.
Коллоидно-осмотическое (онкотическое) давление плазмы крови. Распределение
воды в организме между сосудистым руслом и межклеточным пространством.
Давление насыщенного пара над раствором. Закон Рауля. Повышение
температуры кипения и понижение температуры замерзания раствора. Криоскопия.
Эбулиоскопия.
Коллигативные
свойства
разбавленных
растворов
электролитов.
Изотонический коэффициент Вант-Гоффа, его физический смысл.
Тема 3. Теория растворов слабых и сильных электролитов
3.1.Элементы теории растворов слабых и сильных электролитов. Константа
ионизации слабого электролита. Закон разведения Оствальда. Основные положения
теории сильных электролитов. Активность и коэффициент активности. Ионная сила
раствора.
Диссоциация воды. Ионное произведение воды. Водородный показатель —
рН как количественная мера активной кислотности и щелочности. Интервал
значений рН важнейших биологических жидкостей. Виды кислотности
биологических жидкостей. Колориметрические методы измерения рН. Кислотноосновные индикаторы.
3.2. Протолитическая теория кислот и оснований. Молекулярные и ионные
кислоты и основания. Сопряженная протолитическая пара. Классификация
растворителей: протогенные, протофильные, амфипротонные. Вода как
амфипротонный растворитель. Типы протолитических реакций: реакции
нейтрализации, гидролиза, ионизации. Гидролиз АТФ как универсальный источник
энергии в организме.
3.3. Буферные системы
Буферные системы. Классификация буферных систем и механизм их
действия. Расчет рН буферных систем. Уравнение Гендерсона-Гассельбаха.
Буферная емкость. Буферные системы крови: гидрокарбонатная, гемоглобиновая,
фосфатная и белковая. Понятие о кислотно-щелочном равновесии крови. Ацидоз и
алкалоз.
3.4. Гетерогенные равновесия
Гетерогенные равновесия в системе «насыщенный раствор – осадок
малорастворимого электролита». Константа растворимости (произведение
растворимости). Условия образования и растворения осадков. Однотипные и
11
разнотипные конкурирующие химические равновесия в гетерогенных системах.
Гетерогенные равновесия в жизнедеятельности организмов (образование
гидроксидфосфата кальция, образование конкрементов при почечно-каменной и
желчно-каменной болезнях).
3.5. Кондуктометрия
Жидкости и ткани организма как проводники второго рода. Удельная и
молярная электрическая проводимости, их изменение с концентрацией раствора.
Предельная молярная электрическая проводимость. Абсолютная скорость движения
и подвижность ионов. Закон Кольрауша. Кондуктометрия. Кондуктометрическое
титрование, его сущность и использование в количественном анализе и медикобиологических исследованиях. Электрическая проводимость биологических
жидкостей и тканей в норме и патологии.
Растворимость твердых веществ, жидкостей и газов в жидкостях и ее
зависимость от различных факторов. Законы Генри и Дальтона. Влияние
электролитов на растворимость газов: закон Сеченова. Растворимость газов в крови.
Тема 4. Окислительно-восстановительные реакции в растворах.
4.1. Электродные и окислительно-восстановительные (ОВ) потенциалы.
Механизм возникновения электродных и ОВ-потенциалов. Уравнение Нернста.
Водородный
электрод.
Гальванические
элементы
(химические
и
концентрационные), расчет ЭДС. Уравнение Петерса. Прогнозирование
направления ОВ- процессов по значениям стандартной энергии Гиббса и по
величинам окислительно-восстановительных потенциалов.
4.2. Потенциометрия
Измерение
электродных
потенциалов.
Электроды
сравнения:
хлорсеребряный электрод. Ионоселективные электроды: стеклянный электрод.
Потенциометрическое титрование, его сущность и использование в количественном
анализе и медико-биологических исследованиях.
Тема 5. Коллоидно-дисперсные системы.
5.1. Характеристика и классификация. Коллоидное состояние вещества.
Строение частиц дисперсной фазы коллоидной системы. Методы получения и
очистки коллоидных растворов. Основные свойства коллоидных систем, условия их
устойчивости. Коагуляция растворов под действием электролитов. Аэрозоли.
Суспензии. Эмульсии. Коллоидные ПАВ. Структурированные коллоидные системы
– гели и студни. Многообразие коллоидно-дисперсных систем в живой и неживой
природе. Роль коллоидов в почвообразовании и плодородии почв.
5.2. Классификация природных высокомолекулярных соединений (ВМС).
Химическое строение и пространственная форма макромолекул. Типы связей в
полимерах. Фазовые и физические состояния полимеров. Свойства растворов ВМС.
Набухание и растворение ВМС. Термодинамика процесса набухания. Влияние
различных факторов на степень набухания. Значение явления набуха-ния в
биологии. Вязкость растворов ВМС Полиамфолиты, изоэлектрическая точка
полиамфолитов и методы ее измерения. Коллигативные свойства растворов ВМС.
Коллоидно-осмотическое давление в растворах ВМС. Мембранное равновесие
Доннана. Биологическое значение онкотического давления. Нарушение
устойчивости растворов ВМС. Застудневание. Высаливание ВМС. Коацервация.
12
Применение ВМС для защиты золей и при флокуляции.
Тема 6. Комплексные соединения
Комплексные соединения. Координационная теория Вернера. Классификация и
номенклатура комплексных соединений. Внутрикомплексные соединения. Хелаты.
Реакции комплексообразования. Константы нестойкости и устойчивости
комплексов. Разрушение комплексных соединений. Характер связи в комплексах с
точки зрения метода валентных связей. Комплексообразующая способность s-, p- и
d-элементов. Дентатность лигандов. Биолиганды. Понятие о металлоферментах.
Раздел 4. Химия биогенных элементов
Тема 1. Химия биогенных элементов s- и d-блоков.
1.1.Учение В.И. Вернадского о биосфере. Макро- и микроэлементы в окружающей
среде и организме человека. Связь эндемических заболеваний с особенностями
биогеохимических провинций. Биологическая роль элементов в зависимости от
положения в периодической системе Д.И. Менделеева. Топография важнейших
биогенных элементов в организме человека.
1.2.Химия элементов s-блока. Распространенность в природе. Электронные
структуры атомов и катионов. Изменения в группах величин радиусов атомов и
ионов, потенциала ионизации. Сравнение свойств простых веществ и ионов IА и IIA
групп. Биологическая роль натрия, калия, кальция и магния. Токсичность бериллия
и бария. Радионуклиды: стронций-90, цезий-137. Пероксид водорода. Кислотноосновные и окислительно-восстановительные свойства. Бактерицидные свойства
пероксида водорода.
1.3. Химия элементов d-блока. Распространенность в природе.
Электронные структуры атомов и катионов. Изменения в группах величины
радиусов атомов и ионов, потенциала ионизации. Особенность кислотно-основных,
окислительно-восстановительных и комплексообразующих свойств соединений
элементов IВ и VIIВ групп. Биологическая роль меди, цинка, хрома, молибдена,
марганца, железа и кобальта. Соединения серебра, ртути, цинка, марганца, железа и
кобальта как лекарственные средства. Цитотоксическое действие комплексов
платины.
Тема 2. Химия элементов р-элемента.
2.1. Распространенность в природе. Электронные структуры атомов и
ионов. Изменение в группе величины радиусов атомов и ионов; потенциала
ионизации. Особенность кислотно-основных, окислительно-восстановительных и
комплексообразующих свойств соединений элементов III А–VIIА групп.
Биологическая роль углерода, азота, фосфора, кислорода, серы, фтора, хлора и йода.
2.2. Элементы качественного анализа неорганических соединений. Понятие
об аналитических классификациях катионов и анионов. Групповые реактивы.
+
Аналитические реакции катионов (Na +, K+, NH 4 , Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, Al3+, Zn2+,
2
2
2Mn2+, Fe3+, Fe2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Ag+, Pb2+) и анионов ( SO 3 , SO 4 , CO 3 ,
PO34 , Cl-, Br-, J-, S2-, NO 2– , NO 3– ).
13
Раздел 5. Биологически активные вещества.
Тема 1. Основные классы биоорганических соединений. Пространственное
и электронное строение молекул.
1.1. Классификационные признаки органических соединений: строение
углеродного скелета и природа функциональной группы. Функциональные группы,
органические радикалы. Биологически важные классы органических соединений:
спирты, фенолы, тиолы, амины, эфиры, сульфиды, альдегиды, кетоны, карбоновые
кислоты и их производные.
Основные правила систематической номенклатуры ИЮПАК для органических
соединений; заместительная и радикально-функциональная номенклатура.
1.2. Теория строения органических соединений A.M. Бутлерова. Изомерия как
специфическое явление органической химии.
1.3. Пространственное строение органических соединений. Проблема
взаимосвязи стереохимического строения с проявлением биологической
активности.
Важнейшие понятия стереохимии - конформация и конфигурация.
Конформации (кресло, ванна) циклических соединений (циклогексан,
тетрагидропиран). Аксиальные и экваториальные связи.
Конфигурация.
Проекционные
формулы
Фишера.
Стереохимическая
номенклатура: R,S- и D, L-системы. Глицериновый альдегид как конфигурационный
стандарт. Оптическая активность. Хиральные и ахиральные молекулы.
Стереоизомеры: энантиомеры и -диастереомеры. Мезоформы. Рацематы.
Тема 2. Сопряжение и ароматичность. Биологически важные
гетероциклические соединения.
2.1. Сопряжение как один из важнейших факторов повышения устойчивости
молекул и ионов биологически важных соединений. Виды сопряжения: ,сопряжение.
Сопряженные системы с открытой цепью: 1,3-диены (1,3-бутадиен), полиены (каротин, ретиналь и др.),  -ненасыщенные карбонильные соединения,
карбоксильная группа.
Сопряженные системы с замкнутой цепью. Ароматичность; критерии
ароматичности.
Ароматичность
бензоидных
(бензол,
нафталин)
и
гетероциклических (фуран, тиофен, пиррол, пиразол, имидазол, пиридин,
пиримидин, пурин) соединений.
Поляризация связей и электронные эффекты (индуктивный и мезомерный).
Электронодонорные и электроноакцепторные заместители.
2.2. Биологически важные гетероциклические соединения. Тетрапиррольные
соединения (порфин, гем и др.). Производные пиридина, изоникотиновой кислоты,
пиразола, имидазола, пиримидина, пурина, тиазола. Кето-енольная и лактимлактамная
таутомерия
в
гидроксиазотосодержащих
гетероциклических
соединениях. Барбитуровая кислота и её производные. Гидроксипурины
(гипоксантин, ксантин, мочевая кислота). Фолиевая кислота, биотин, тиамин.
Понятие о строении и биологической роли. Представление об алкалоидах и
14
антибиотиках.
Пиримидиновые (урацил, тимин, цитозин) и пуриновые (аденин, гуанин)
основания. Ароматические свойства. Лактим-лактамная таутомерия. Реакции
дезаминирования. Комплементарность нуклеиновых оснований. Водородные связи
в комплементарных парах нуклеиновых оснований.
Тема 3. Поли- и гетерофункциональные соединения.
Поли- и гетерофункциональность как один из характерных признаков
органических соединений, участвующих в процессах жизнедеятельности.
Особенности химического поведения поли- и гетерофункциональных соединений:
кислотно-основные свойства (амфолиты), циклизация и хелатообразование.
Взаимное влияние функциональных групп.
Полифункциональные соединения. Многоатомные спирты. Хелатные комплексы.
Сложные эфиры многоатомных спиртов с неорганическими кислотами
(нитроглицерин, фосфаты глицерина, инозита). Двухатомные фенолы: гидрохинон,
резорцин, пирокатехин. Фенолы как антиоксиданты.
Полиамины: этилендиамин, путресцин, кадаверин.
Двухосновные карбоновые кислоты: щавелевая, малоновая, янтарная,
глутаровая, фумаровая. Превращение янтарной кислоты в фумаровую как пример
биологической реакции дегидрирования.
Гетерофункциональные соединения.
Аминоспирты: аминоэтанол (коламин), холин, ацетилхолин. Аминофенолы:
дофамин, норадреналин, адреналин. Понятие о биологической роли этих
соединений и их производных.
Гидрокси- и аминокислоты. Стереоизомерия. Влияние различных факторов на
процесс образования циклов (стерический, энтропийный). Лактоны. Лактамы.
Представление о β- лактамных антибиотиках. Одноосновные (молочная, β- и гидроксимасляные), двухосновные (яблочная, винные), трехосновные (лимонная)
гидроксикислоты.
Химические
свойства
-аминокислот
как
гетерофункциональных
соединений.Реакции этерификации, ацилирования, алкилирования, образование
иминов.
Биологически важные реакции -аминокислот. Реакции дезаминирования
(неокислительного и окислительного). Реакции гидроксилирования.
Декарбоксилирование -аминокислот - путь к образованию биогенных аминов и
биорегуляторов (коламин, гистамин, триптамин, серотонин, кадаверин, -аланин, аминомасляная кислота).
Оксокислоты – альдегидо- и кетонокислоты: глиоксиловая, пировиноградная
(фосфо-енолпируват), ацетоуксусная, щавелевоуксусная, -оксоглутаровая. Реакции
декарбоксилирования β-кетонокислот и окислительного декарбоксилирования
кетонокислот. Кето-енольная таутомерия.
Гетерофункциональные производные бензольного ряда как лекарственные
средства (салициловая, аминобензойная, сульфаниловая кислоты и их производные).
Тема 4. Биологически активные высокомолекулярные соединения.
4.1. Нуклеозиды. Гидролиз нуклеозидов.
15
Нуклеотиды. Строение мононуклеотидов, образующих нуклеиновые кислоты.
Гидролиз нуклеотидов.
4.2. Первичная структура нуклеиновых кислот. Фосфодиэфирная связь.
Рибонуклеиновые и дезоксирибонуклеиновые кислоты. Нуклеотидный состав РНК
и ДНК. Гидролиз нуклеиновых кислот.
Понятие о вторичной структуре ДНК. Роль водородных связей в формировании
вторичной структуры.
Нуклеозидмоно- и полифосфаты. АМФ, АДФ, АТФ. Никотинамиднуклеотидные коферменты. Строение НАД+ и его фосфата НАДФ+. Система
НАД+-НАДН.
4.3. Олигосахариды. Дисахариды: мальтоза, целлобиоза, лактоза, сахароза.
Строение, цикло-оксо-таутомерия. Восстановительные свойства. Гидролиз.
Конформационное строение мальтозы и целлобиозы.
Полисахариды. Гомополисахариды: крахмал (амилоза и амилопектин), гликоген,
декстран, целлюлоза. Пектины (полигалактуроновая кислота). Первичная структура,
гидролиз. Понятие о вторичной структуре (амилоза, целлюлоза).
Пептиды. Строение пептидной группы. Гидролиз пептидов.
Первичная структура белков. Частичный и полный гидролиз.
Понятие о сложных белках. Гликопротеины, липопротеины, нуклеопротеины,
фосфопротеины.
Тема 5. Липиды.
5.1. Нейтральные липиды. Естественные жиры как смесь триацилглицеринов.
Природные высшие жирные кислоты: пальмитиновая, стеариновая, олеиновая,
линолевая, линоленовая, арахидоновая.
Пероксидное окисление фрагментов жирных кислот в клеточных мембранах.
Конечные продукты окисления (малоновый диальдегид, диеновые конъюгаты и
др.), принцип анализа ТБК-реагирующих веществ.
Фосфолипиды.
Фосфатидовые
кислоты.
Фосфатидилколамины
и
фосфатидилсерины (кефалины), фосфатидилхолины (лецитины) - структурные
компоненты клеточных мембран.
5.2. Терпены. Моно- и бициклические терпены. Лимонен, ментол, камфора.
Сопряженные полиены: каротиноиды, витамин А.
Стероиды. Представление об их биологической роли. Стероидные гормоны.
Эстрогены, андрогены, гестагены, кортикостероиды.
Желчные кислоты. Холевая кислота. Гликохолевая и таурохолевая кислоты.
Стерины. Холестерин. Эргостерин, превращение его в витамины группы Д.
Агликоны сердечных гликозидов. Дигитоксигенин. Строфантидин.
Заключение.
Краткий итог изученного материала. Задачи на предыдущую аттестацию.
16
5.1. РАЗДЕЛЫ (ТЕМЫ) ДИСЦИПЛИНЫ И ФОРМЫ ЗАНЯТИЙ
№
п/п
1.
Наименование раздела дисциплины
2.
Строение атомов, химическая связь и
строение молекул.
Химическая термодинамика и
биоэнергетика. Кинетика химических
процессов
3.
Растворы.
4.
Химия биогенных элементов
5.
Биологически активные вещества
Л
2
2
ПЗ
21
Всего
часов
21
4
14
18
4
44
50
32
32
46
50
2
СРС
5.2. ПЛАН ЛЕКЦИЙ
№
п/п
1.
2.
Тема лекции
Протолитические
равновесия и буферные
системы
Биологически активные
высокомолекулярные
вещества.
Перечень учебных вопросов
1. Протолитические равновесия
2. Буферные системы и их
классификация.
3. Механизм действия.
4. Кислотно-основное состояние
1.Пептиды и белки.
2. Углеводы.
3. Нуклеиновые кислоты.
4. Липиды.
Кол-во
часов
2
2
17
5.3. ПЛАН ПРАКТИЧЕСКИХ (СЕМИНАРСКИХ) ЗАНЯТИЙ
№
п/п
1.
Тема занятия
Элементы
химической
термодинамики и
биоэнергетики.
2.
Скорость и
механизм
химического
процесса. Катализ.
Химическое
равновесие.
3.
Коллигативные
свойства
растворов
4.
Ионное
произведение
18
Перечень учебных вопросов
1. Основные понятия и терминология.
2.Первое начало термодинамики.Энтальпия.
3.Термохимия. Закон Гесса.
4.Второй закон термодинамики.
Энтропия.Энергия Гиббса.
5.Математический аппарат термодинамики.
6. Решение задач.
1. Скорость гомогенных химических реакций.
2. Зависимость скорости реакции от
концентрации веществ. Закон действующих
масс (ЗДМ). Константа скорости.
3. Зависимость скорости от температуры.
Температурный коэффициент.
4.Энергия активации. Уравнение Аррениуса.
5.Катализ, виды катализа (гомогеннный,
гетерогенный).
6.Особенности ферментативного катализа.
7. Химическое равновесие и условия его
смещения. Константа равновесия.
8. Решение задач.
9. Лабораторная работа.
1. Давление насыщенного пара над
жидкостью.
2. Относительное понижение давления
насыщенного пара. Закон Рауля.
3. Криоскопическая и эбулиоскопическая
зависимости.
4. Осмос, его механизм. Закон Вант-Гоффа.
5. Осмотические свойства разбавленных
растворов электролитов и неэлектролитов.
6. Плазмоз, гемолиз, гипо-, гипер- и
изотонические растворы.
7. Решение задач.
8. Лабораторная работа..
5. Объемный (титриметрический) анализ, его
сущность и методы .
6. Решение задач.
7. Лабораторная работа.
1. Ионное произведение воды и водородный
показатель.
2. Активная,
Кол-во
часов
2
2
2
2
воды. pH и pOH
показатели
буферных
растворов.
5.
Биологически
активные
высокомолекулярн
ые соединения..
потенциальная и общая кислотность. Реакция
среды в растворах слабых кислот и оснований.
3. Буферные системы, их квалификация и
механизм действия.
4. Уравнение Гендерсона-Гассельбаха.
5. Буферная емкость и ее определение.
6. Буферные системы и регуляции кислотноосновного равновесия в организме.
7. Решение задач.
8. Лабораторная работа.
1. Нуклеиновые кислоты.
2. Полисахариды.
3. Пептиды. Белки.
4.Липиды
5. Лабораторная работа.
2
Итого
10
5.4. ОСНОВНЫЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
В процессе изучения дисциплины используются как традиционные, так и
инновационные технологии, активные и интерактивные методы и формы
обучения: технология объяснительно-иллюстративного объяснения с
элементами проблемного изложения,
технология профессиональноориентированного обучения, лекции, объяснительно-иллюстративный
метод с элементами проблемного изложения, контрольные и лабораторные
работы, семинары, разбор конкретных ситуаций, решение ситуационных
задач.
ЗАНЯТИЯ, ПРОВОДИМЫЕ В ИНТЕРАКТИВНОЙ ФОРМЕ
№
п/п
1.
3.
Форма
занятия
(Л, ПЗ, СЗ)
Л
Л
ПЗ
Используемые интерактивные
образовательные технологии
Проблемная лекция
Лекция визуализация
Работа в команде
Итого:
Кол-во
часов
1
1
1,2
3,2
19
5.5. САМОСТОЯТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ РАЗДЕЛОВ (ТЕМ)
№
Наименование раздела дисциплины (модуля).
п/п Вопросы, выносимые на самостоятельное изучение
1. Строение атома. Химическая связь.
2
3
Виды СРС
1. Строение ядра атома. Изотопы.
2. Квантово-механические представления о состоянии
электрона в атоме.
Самостоятельн
3. Валентность. Основное и возбужденное состояние ое изучение
атомов.
раздела
4.Основные характеристики атома и периодический
характер их изменения.
5.Типы химических связей, их характеристики.
6. Метод валентных связей. Представление о методе
молекулярных орбиталей.
7. Межмолекулярные взаимодействия.
Свойство растворов. Концентрация растворов.
Титриметрический анализ.
1. Понятие о химическом эквиваленте и факторе
эквивалентности.
2. Определение эквивалента вещества в реакциях
Проработка
обмена и окислительно-восстановительных реакциях.
материала
3. Способы выражения состава раствора: массовая
учебника
доля, мольная доля, молярная и моляльная
по разделу
концентрация, молярная концентрация эквивалента
(нормальная концентрация), титр.
4. Закон эквивалентов. Объемно-аналитические
расчеты.
5. Объемный (титриметрический) анализ, его сущность
и методы .
Окислительно-восстановительные реакции в
растворах.
Проработка
1. Важнейшие окислители и восстановители.
материала
2. Электродные процессы.
учебника
3. Электродвижущие силы.
по разделу
4. Методы составления уравнений окислительновосстановительных реакций.
5. Направление протекания окислительновосстановительных реакций .
.
20
Кол-во
часов
10
12
8
4
5
6
7
8
Коллоидно-дисперсные системы.
1. Характеристика и классификация дисперсных
систем.
2. Коллоидное состояние вещества.
3. Строение двойного электрического слоя.
4. Методы получения и очистки коллоидных
растворов.
5. Основные свойства коллоидных систем, условия их
устойчивости. Коагуляция растворов под действием
электролитов.
6. Структурированные коллоидные системы – гели и
студни.
7. Роль коллоидов в почвообразовании и плодородии
почв.
8
Проработка
материала
учебника
по разделу
Комплексы и их свойства.
6
1. Основные положения координационной теории
А.Вернера.
Самостоятельн
2. Природа химической связи в комплексных
ое изучение
соединениях с позиций метода валентных связей.
раздела
3. Основные классы комплексных соединений.
Номенклатура.
4. Поведение комплексных соединений в растворе.
5. Биологическая роль комплексных соединений.
Химия биогенных элементов s- и d-блоков.
1. Понятие биогенности химических элементов.
Самостоятельн
Классификация.
ое изучение
2.Общая характеристика биогенных s- и d-элементов.
раздела
3. Биологическая роль s- элементов.
Биологические функции d-элементов.
Химия p-элементов.
1. Общая характеристика р-элементов.
Проработка
2. Простые вещества. Физические и химические
материала
свойства. Получение.
учебника
3. Характеристика водородных соединений.
4. Характеристика оксидов и гидроксидов.
5. Биологическая роль.
6. Экология р-элементов.
Основные классы биоорганических соединений.
Проработка
Пространственное и электронное строение молекул.
материала
1.Кассификация и номенклатура органических
учебника
соединений.
2. Пространственное и электронное строение молекул.
4.Стереоизомерия.
10
10
10
21
9
10
11
Сопряжение и ароматичность. Биологически
важные гетероцикличес-кие соединения.
1. Сопряжение. Виды сопряжения .
2. Сопряженные системы с открытой и замкнутой
цепью сопряжения. Ароматичность.
3. Электронные эффекты заместителей.
Электронодонорные и электроно-акцепторные
заместители.
4. Пятичленные гетероциклы с одним и двумя
гетероатомами.
5. Шестичленные гетероциклы с одним и двумя
гетероатомами.
6. Бициклические гетероциклы. Производные пурина.
Алкалоиды.
Поли- и гетеро-функциональные соединения.
1. Полифункциональные соединения.
2. Гетерофункциональные соединения: аминоспирты,
гидрокси-, оксо- и аминокислоты.
3. Биологически важные реакции гидрокси-, оксо- и
аминокислоты.
4. Углеводы. Моно-и дисахариды.
Липиды.
1. Классификация липидов.
2. Естественные жиры как смесь триацилглицеринов.
3. Неомыляемые липиды.
4. Лабораторная работа.
10
Проработка
материала
учебника
Написание
реферата
Проработка
материала
учебника
Написание
реферата
6
Самостоятельн
ое изучение
раздела
12. Написание контрольной работы
ИТОГО:
6. БИБЛИОТЕЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЕ РЕСУРСЫ
6.1. ЛИТЕРАТУРА
а) основная
1. Биоорганическая химия. Тюкавкина Н.А.Биоорганическая химия. – М.:
Дрофа, 2008. – 542 с. (515)
2. Попков В.А. Общая химия: уч-к.– М.:ГЭОТАР -Медиа, 2009.-976с. (596)
3. Попков В.А. Общая химия: уч-к.– М.:ГЭОТАР -Медиа, 2009.-976с. (596)
Общая химия. Учебник для медицинских вузов. (В.А. Попков, С.А.
Пузаков), 976 с. – М. ГЭОТАР Медиа, 2009 г. – Режим доступа:
http://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785970415702.html
22
7
60
157
б) дополнительная
1. Лабораторный практикум по общей химии:уч. пос. /Гончаров и др Ставрополь. 2003 (74)
2. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов:
учебник./ под ред. Ю.А.Ершова.- М,: Высшая школа, 1993.-560с. (719)
3. Слесарев В.И. Химия: Основы химии живого. – СПб, 2000 (367)
4. Биоорганическая химия: рук-во к п /з/ под ред.Н.А. Тюкавкиной.М.:ГЭОТАР Медиа, 2009.-168 с. (575)
5. Братцева И.А. Биоорганическая химия: уч. пос. – Ставрополь: СтГМА,
2008 .-196 с. (110)
в) - ACD Labs, Chemwin, Excel power point, Chem. Lab;
6.2. Базы данных, справочные и поисковые системы,
Интернет-ресурсы, ссылки.
- Сhemlib.ru, Chemist.ru, ACDLabs, MSU.Chem.ru., и др.
7. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА
7.1. ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ
1. К какому типу термодинамических систем принадлежит живая
клетка?
1) открытой;
2) закрытой;
3) изолированной;
4) равновесной.
2. В каком из следующих случаев реакция возможна при любых
температурах:
1) Δ H< 0; Δ S> 0;
2) Δ H< 0; Δ S< 0;
3) Δ H>0; Δ S> 0;
4) ΔH>0; ΔS< 0.
3.Осмос — это:
1) направленный самопроизвольный переход молекул растворителя
через полупроницаемую мембрану из раствора с меньшей
концентрацией в раствор с большей концентрацией;
2) направленный самопроизвольный переход молекул растворителя
через полупроницаемую мембрану из раствора с большей концентрацией в
раствор с меньшей концентрацией;
3) направленный самопроизвольный переход молекул растворенного
вещества через полупроницаемую мембрану из раствора с меньшей
концентрацией в раствор с большей концентрацией;
4) направленный самопроизвольный переход молекул растворенного
вещества через полупроницаемую мембрану из раствора с большей
концентрацией в раствор с меньшей концентрацией.
4. Какая связь между комплексообразователем и лигандами?
23
1) ковалентная по донорно-акцепторному механизму;
2) ковалентная по обменному механизму;
3) ионная;
4) водородная.
5. Какие из перечисленных воздействий приведут к изменению
значения константыравновесия химических реакций:
1) изменение давления;
2) изменение температуры;
3) замена катализатора;
4) изменение концентрации реагирующих веществ.
6. До каких продуктов может быть окислена вода?
а) до O2 и H+; б) до OH- и H2; в) до 2OH-; г) до H+ и OH-.
7. Какие из ниже перечисленных физико-химических методов
можно использовать для разделения белковых смесей на
индивидуальные компоненты?
1) распределительная хроматография;
2) гель-хроматография;
3) электрофорез;
4) диализ.
8. В каком соединении наблюдается π,π – сопряжение в открытой
системе?
1) пропеналь;
2) пентан;
3) фенол;
4) этанол.
9. К ПАВ относятся вещества, обладающие:
1) положительной поверхностной активностью, при этом адсорбция
отрицательная;
2) отрицательной поверхностной активностью, при этом адсорбция
положительная;
3) положительной поверхностной активностью, при этом адсорбция
положительная;
4) отрицательной поверхностной активностью, при этом адсорбция
отрицательная.
10. Какие пути дезаминирования аминокислот преобладают в живом
организме?
1) трансдезаминирование;
2) восстановительное;
3) гидролитическое;
4) внутримолекулярное.
СИТУАЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ
1. С помощью искусственно получаемых радиоактивных изотопов
131
53Э некоторого элемента изучают и лечат щитовидную железу,
проводят диагностику различных заболеваний. Укажите: а) название
24
элемента; б) число протонов и нейтронов в ядре; в) число электронов в
электронной оболочке атома.
Эталон ответа
а) Заряд ядра атома искомого элемента 53 численно совпадает с номером
элемента в периодической системе. Элемент № 53 – йод, символ – I.
б) Порядковый номер элемента йода – 53, следовательно, ядро этого
элемента содержит 53 протона.
Массовое число атома A = 131 – это сумма чисел протонов и нейтронов, A =
N(p) + N(n), следовательно, число нейтронов в данном ядре:
N(n) = A – N(p) = 131 – 53 = 78.
в) Число электронов в атоме равно заряду ядра; в данном случае число
электронов равно 53.
Ответ:
а) Йод;
б) p = 53; n = 78:
в) 53.
2. Какая из приведенных электронных конфигураций нормального
состояния атома является правильной?
d
а)
p
d
б)
p
в)
d
p
p
d
г)
Эталон ответа:
25
1) в случаях а
нарушено правило Хунда;
2) в случаях г нарушен принцип Паули;
3) в случаях а и в энергия атома не минимальна.
Ответ: б.
3. Может ли пойти реакция между HF и SiF4?
Эталон ответа:
1. Число валентных орбиталей кремния больше четырех и часть их не
заселена валентными электронами.
2. Молекула HF может выступать в качестве донора электронной пары.
Ответ: реакция может пойти.
4.В закрытом сосуде находятся 2 стакана: с чистой водой (1) и с
водным раствором сахара (2). Через некоторое время:
1) уровень жидкости в стакане (1) понизится, в стакане (2) повысится
2) уровень жидкости в стакане (1) повысится, в стакане (2) понизится
3) уровень жидкости в обоих стаканах не изменится
4) уровень жидкости в обоих стаканах понизится
Эталон ответа
Так как давление насыщенного пара растворителя над водным
раствором сахара согласно I закона Рауля ниже, чем над чистой водой, то в
закрытом сосуде будет происходить диффузия молекул паров воды от
стакана с чистой водой к стакану с водным раствором сахара. В результате
этого:
а) давление пара растворителя над стаканом с чистой водой
уменьшится, равновесие нарушится, поэтому в соответствии принципом
Ле-Шателье скорость испарения станет больше скорости конденсации, что
приведет к уменьшению уровня жидкости в стакане с чистой водой;
б) давление пара растворителя над стаканом с водным раствором сахара
увеличится, равновесие нарушится, поэтому в соответствии с принципом
Ле-Шателье скорость конденсации станет больше скорости испарения, что
приведет к увеличению уровня жидкости в стакане с водным раствором
сахара.
Ответ: 1
5. Сравните основные (щелочные) свойства пиррола и пирролидина.
Эталон ответа
Основные свойства и пиррола и пирролидина обусловлены наличием в
их молекулах атома азота, имеющего электронную пару.
Электронная пара атома азота в пирроле не является свободной, т.к.
находится на негибридной р-орбитали и участвует в сопряжении с πэлектронами соседних двойных связей.
В пирролидине электронная пара атома азота является свободной
(sp3-гибридизованный
атом),
следовательно,
основные
свойства
пирролидина выражены значительно ярче по сравнению с пирролом.
26
6. При патогенном воздействии ионизирующего излучения
наблюдается
повреждение
клеточных
мембран.
Объяснить
химическую основу повреждения на примере входящего в состав
клеточной мембраны фосфатидилэтаноламина, содержащего остатки
пальмитиновой и олеиновой кислот.
Эталон ответа
Ионизирующее излучение инициирует процесс образования
свободных радикалов, которые приводят к перекисному окислению
липидов. В частности, в молекуле фосфатидилэтаноламина происходит
разрушение длинноцепочечной непредельной жирной кислоты по
соседству с двойной связью. Образуются короткоцепочечные альдегиды и
карбоновые кислоты.
7. Если величина pI для какой-то аминокислоты равна 4,9, в какой
форме будет находиться эта же аминокислота при следующих
значениях рН: 2,0; 4,9; 8,5?
Эталон ответа
При рН 2,0 указанная аминокислота будет находиться в катионной
форме (pH < pI), при рН 4,9 – в виде цвиттериона (pH = pI) ,при рН 8,5 – в
анионной форме (pH>pI).
8. Две аминокислоты имеют значения pI 4,8 и 5,5. Какая из них
обладает большей электрофоретической подвижностью при рН 6,5? В
направлении какого электрода будут двигаться эти аминокислоты при
рН 6,5?
Эталон ответа
И первая, и вторая аминокислоты при рН 6,5 будут находиться в
анионной форме (рН > pI), но первая аминокислота будет в большей
степени ионизирована, чем вторая (сравним ΔрН, соответственно, 6,5 – 4,8
= 1,7 и 6,5 – 5,5 = 1,0) и потому первая аминокислота будет обладать
большей электрофоретической подвижностью. Обе аминокислоты будут
при электрофорезе двигаться к аноду.
8.
МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Аудитории, оснащённые химическими лабораторными столами;
компьютеры; мультимедийные установки; наборы химической посуды;
реактивы; калориметры; иономеры; сталагмометры; вискозиметры;
микроскопы;фотоэлектроколориметры; аналитические весы; водяная баня;
таблицы
9.
РАЗДЕЛЫ ДИСЦИПЛИНЫ И МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ
27
СВЯЗИСО СМЕЖНЫМИ (ПОСЛЕДУЮЩИМИ)
ДИСЦИПЛИНАМИ
№
п/п
Наименование
последующих
дисциплин
1.
2.
3.
Науки о земле
Биохимия
Физиология
животных и
высшей нервной
деятельности
Экология и
рациональное
природопользова
ние
Физиология
растений.
Биофизика
Биология
человека
4.
5.
5.
6.
Номера разделов (тем) данной
дисциплины, необходимые для
изучения последующих дисциплин
1
2
3
4
5
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Согласовано:
(подпись зав.
кафедрами)
9.1. ПРОТОКОЛ
СОГЛАСОВАНИЯ РАБОЧЕЙ УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЫ
КАФЕДРЫ ОБЩЕЙ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ ХИМИЯ С ДРУГИМИ ДИСЦИПЛИНАМИ
Направление подготовки 020400.62-Биология
Профиль - Экология
Дисциплина
Предмет согласования
Биофизика
Периодический закон и периодическая
система элементов Д.И. Менделеева в свете
квантово-механической теории строения
атома.Квантово-механические представления
о строении атомов.Строение ядра. Атомное
ядро как динамическая система протонов и
нейтронов. Характеристика энергетического
состояния электрона системой квантовых
чисел. Принципы заполнения электронами
энергетических уровней и подуровней в атоме:
28
Принято решение
кафедрой,
разработавшей
программу
Рабочая программа
согласована с
кафедрой физики и
математики.
Зав. кафедрой, доц.
Дискаева Е.И.
принцип Паули, принцип минимума полной
энергии атома, правила Клечковского, Хунда.
Периодический закон и периодическая
система Д.И. Менделеева в свете квантовомеханической теории строения атомов. s-, p-,
d- и f-блоки элементов.
Предмет и методы химической
термодинамики. Взаимосвязь между
процессами обмена веществ и энергии в
организме. Химическая термодинамика как
теоретическая основа биоэнергетики.
Основные понятия термодинамики.
Интенсивные и экстенсивные параметры.
Функция состояния. Внутренняя энергия.
Работа и теплота - две формы передачи
энергии. Типы термодинамических систем
(изолированные, закрытые, открытые). Типы
термодинамических процессов
(изотермические, изобарные, изохорные).
Стандартное состояние.
Первое начало термодинамики. Энтальпия.
Стандартная энтальпия образования вещества,
стандартная энтальпия сгорания вещества.
Стандартная энтальпия реакции. Закон Гесса.
Применение первого начала термодинамики к
биосистемам.
Второе начало термодинамики. Обратимые и
необратимые в термодинамическом смысле
процессы. Энтропия. Энергия Гиббса.
Прогнозирование направления
самопроизвольно протекающих процессов в
изолированной и закрытой системах; роль
энтальпийного и энтропийного факторов.
Термодинамические условия равновесия.
Стандартная энергия Гиббса образования
вещества, стандартная энергия Гиббса
биологического окисления вещества.
Стандартная энергия Гиббса реакции.
Примеры экзергонических и эндергонических
процессов, протекающих в организме.
Принцип энергетического сопряжения.
Роль воды и растворов в жизнедеятельности.
Физико-химические свойства воды,
обусловливающие ее уникальную роль как
единственного биорастворителя. Автопротолиз
29
воды. Константа автопротолиза воды.
Зависимость растворимости веществ в воде от
соотношения гидрофильных и гидрофобных
свойств; влияние внешних условий, на
растворимость. Термодинамика растворения.
Понятие об идеальном растворе.
Коллигативные свойства разбавленных
растворов не электролитов. Закон Рауля и
следствия из него: понижение температуры
замерзания раствора, повышение температуры
кипения раствора, осмос. Осмотическое
давление: закон Вант-Гоффа.
Протолитические равновесия и процессы.
Элементы теории растворов сильных
электролитов (Дебая-Хюккеля). Ионная сила
раствора. Активность и коэффициент
активности ионов. Константы кислотности и
основности. Закон Оствальда. Влияние
различных факторов на степень ионизации
протолита. Протолитическая теория
Брёнстеда-Лоури. Электронная теория
(Льюиса) кислот и оснований.
Предмет и основные понятия химической
кинетики. Химическая кинетика как основа
для изучения скоростей и механизмов
биохимических процессов. Скорость реакции,
средняя скорость реакции в интервале,
истинная скорость. Классификации реакций,
применяющиеся в кинетике: реакции,
гомогенные, гетерогенные и
микрогетерогенные; реакции простые и
сложные (параллельные, последовательные,
сопряженные, цепные). Молекулярность
элементарного акта реакции.
Кинетические уравнения. Порядок реакции.
Период полупревращения.
Зависимость скорости реакции от
концентрации. Кинетические уравнения
реакций первого, второго и нулевого порядков.
Экспериментальные методы определения
скорости и константы скорости реакций.
Зависимость скорости реакции от
температуры. Температурный коэффициент
скорости реакции и его особенности для
биохимических процессов. Понятие о теории
30
активных соударении. Энергетический
профиль реакции; энергия активации;
уравнение Аррениуса. Роль стерического
фактора. Понятие о теории переходного
состояния.
Катализ. Гомогенный и гетерогенный катализ.
Энергетический профиль каталитической
реакции. Особенности каталитической
активности ферментов. Уравнение Михаэлиса Ментен и его анализ.
Окислительно-восстановительные (редокс)
реакции. Механизм возникновения
электродного и редокс-потенциалов.
Уравнения Нернста-Петерса. Сравнительная
сила окислителей и восстановителей.
Прогнозирование направления редокспроцессов по величинам редокс-потенциалов.
Адсорбционные равновесия и процессы на
подвижных границах раздела фаз.
Поверхностная энергия Гиббса и
поверхностное натяжение. Адсорбция.
Уравнение Гиббса. Поверхностно-активные и
поверхностно-неактивные вещества.
Изменение поверхностной активности в
гомологических рядах (правило Траубе).
Изотерма адсорбции. Ориентация молекул в
поверхностном слое и структура биомембран.
Адсорбционные равновесия на неподвижных
границах раздела фаз. Физическая адсорбция и
хемосорбция. Адсорбция газов на твердых
телах. Адсорбция из растворов. Уравнение
Ленгмюра. Зависимость величины адсорбции
от различных факторов. Правило
выравнивания полярностей. Избирательная
адсорбция.
Классификация дисперсных систем.
Классификация дисперсных систем по степени
дисперсности; по агрегатному состоянию фаз;
по силе межмолекулярного взаимодействия
между дисперсной фазой и дисперсионной
средой. Природа коллоидного состояния.
Получение и свойства дисперсных систем.
Получение суспензий, эмульсий, коллоидных
растворов. Диализ, электродиализ,
ультрафильтрация. Молекулярно-кинетические
31
свойства коллоидно-дисперсных систем:
броуновское движение, диффузия,
осмотическое давление, седиментационное
равновесие. Оптические свойства: рассеивание
света (Закон Рэлея). Электрокинетические
свойства: электрофорез и электроосмос;
потенциал течения и потенциал седиментации.
Строение двойного электрического слоя.
Электрокинетический потенциал и его
зависимость от различных факторов.
Устойчивость дисперсных систем.
Седиментационная, агрегативная и
конденсационная устойчивость лиозолей.
Факторы, влияющие на устойчивость
лиозолей. Коагуляция. Порог коагуляции и его
определение, правило Шульце-Гарди, явление
привыкания. Взаимная коагуляция. Понятие о
современных теориях коагуляции. Коллоидная
защита и пептизация.
Коллоидные ПАВ; биологически важные
коллоидные ПАВ (мыла, детергенты, желчные
кислоты). Мицеллообразование в растворах
ПАВ. Определение критической концентрации
мицеллообразования. Липосомы.
Полимеры.Свойства растворов ВМС.
Особенности растворения ВМС как следствие
их структуры. Форма макромолекул. Механизм
набухания и растворения ВМС. Зависимости
величины набухания от различных факторов.
Аномальная вязкость растворов ВМС.
Уравнение Штаудингера. Вязкость крови и
других биологических жидкостей.
Осмотическое давление растворов
биополимеров. Уравнение Галлера.
Полиэлектролиты. Изоэлектрическая точка и
методы ее определения. Мембранное
равновесие Доннана. Онкотическое давление
плазмы и сыворотки крови.
Устойчивость растворов биополимеров.
Высаливание биополимеров из раствора.
Коацервация и ее роль в биологических
системах. Застудневание растворов ВМС.
Свойства студней: синерезис и тиксотропия.
Биология
32
Реакции, лежащие в основе образования
Рабочая программа
человека
неорганического вещества костной ткани
гидроксидфосфата кальция. Механизм
функционирования кальций-фосфатного
буфера. Явление изоморфизма: замещение в
гидроксидфосфате кальция гидроксид-ионов
на ионы фтора, ионов кальция на ионы
стронция. Остеотропность металлов.
согласована с
кафедрой анатомии.
Зав. кафедрой,
профессор
Коробкеев А.А.
Физиолог
ия животных
и высшей
нервной
деятельности
Предмет и методы химической
Рабочая программа
термодинамики. Взаимосвязь между
согласована с
процессами обмена веществ и энергии в
кафедрой
организме. Химическая термодинамика как
нормальной
теоретическая основа биоэнергетики.
физиологии.
Первое начало термодинамики. Энтальпия.
Зав. кафедрой,
Стандартная энтальпия образования вещества,
профессор
стандартная энтальпия сгорания вещества.
Никольский В.С.
Стандартная энтальпия реакции. Закон Гесса.
Применение первого начала термодинамики к
биосистемам.
Второе начало термодинамики. Обратимые и
необратимые в термодинамическом смысле
процессы. Энтропия. Энергия Гиббса.
Прогнозирование направления
самопроизвольно протекающих процессов в
изолированной и закрытой системах; роль
энтальпийного и энтропийного факторов.
Термодинамические условия равновесия.
Стандартная энергия Гиббса образования
вещества, стандартная энергия Гиббса
биологического окисления вещества.
Стандартная энергия Гиббса реакции.
Примеры экзергонических и эндергонических
процессов, протекающих в организме.
Принцип энергетического сопряжения.
Коллигативные свойства разбавленных
растворов неэлектролитов. Закон Рауля и
следствия из него: понижение температуры
замерзания раствора, повышение температуры
кипения раствора, осмос. Осмотическое
давление: закон Вант-Гоффа.
Коллигативные свойства разбавленных
растворов электролитов.
Элементы теории растворов сильных
электролитов Дебая- Хюккеля.
Осмоляльность и осмолярность биологических
33
жидкостей и перфузионных растворов.
Роль осмоса в биологических системах.
Буферное действие - основной механизм
протолитического гомеостаза организма.
Механизм действия буферных систем. Зона
буферного действия и буферная емкость.
Расчет рН протолитических систем.
Буферные системы крови: гидрокарбонатная,
фосфатная, гемоглобиновая, протеиновая.
Понятие о кислотно-основном состоянии
организма.
Гетерогенные реакции в растворах
электролитов. Константа растворимости.
Конкуренция за катион или анион:
изолированное и совмещенное гетерогенные
равновесия в растворах электролитов. Общая
константа совмещенного гетерогенного
равновесия. Условия образования и
растворения осадков. Реакции, лежащие в
основе образования неорганического вещества
костной ткани гидроксидфосфата кальция.
Механизм функционирования кальцийфосфатного буфера. Явление изоморфизма:
замещение в гидроксидфосфате кальция
гидроксид-ионов на ионы фтора, ионов
кальция на ионы стронция. Остеотропность
металлов.
Реакции замещения лигандов. Инертные и
лабильные комплексы. Представления о
строении металлоферментов и других
биокомплексных соединений (гемоглобин,
цитохромы, кобаламины). Физико-химические
принципы транспорта кислорода
гемоглобином.
Окислительно-восстановительные (редокс)
реакции. Механизм возникновения
электродного и редокс-потенциалов.
Уравнения Нернста-Петерса. Сравнительная
сила окислителей и восстановителей.
Прогнозирование направления редокспроцессов по величинам редокс-потенциалов.
Константа окислительно-восстановительного
процесса. Влияние лигандного окружения
центрального атома на величину редокспотенциала. Физико-химические принципы
34
Биохимия
транспорта электронов в
электронотранспортной цепи митохондрий.
Общие представления о механизме действия
редокс-буферных систем.
Совмещенные равновесия и конкурирующие
процессы разных типов. Константа
совмещенного равновесия. Совмещенные
равновесия и конкурирующие процессы
разных типов, протекающие в организме в
норме.
Энергетический барьер реакции. Энергия
Рабочая программа
активации. Уравнение Аррениуса. Понятие о
согласована с
теориях активных соударений и переходного
кафедрой общей и
состояния., Энергетический барьер реакции.
биологической
Энергия активации. Уравнение Аррениуса.
химии
Понятие о теориях активных соударений и
Зав. кафедрой,
переходного состояния.Понятие о кинетике
профессор
сложных реакций: параллельных,
Эльбекьян К.С.
последовательных, сопряженных, обратимых,
цепных. Катализ и катализаторы. Механизм
гомогенного катализа. Энергетическая
диаграмма каталитической реакции. Кислотноосновной катализ и его роль в биологических
системах. Ферменты как биологические
катализаторы, особенности их действия.
Общая схема действия ферментов. Уравнение
Михаэлиса–Ментена и его
анализ.Одноосновные (молочная, β- и гидроксимасляные), двухосновные (яблочная,
винные), трехосновные (лимонная)
гидроксикислоты.
аминокислот как гетерофункциональных
соединений.Реакции этерификации,
ацилирования, алкилирования, образование
иминов.
Биологически важные реакц
аминокислот. Реакции дезаминирования
(неокислительного и окислительного).
Реакции гидроксилирования.
-аминокислот - путь к
образованию биогенных аминов и
биорегуляторов (коламин, гистамин,
-аланин,
γ-аминомасляная кислота).Оксокислоты –
альдегидо- и кетонокислоты: глиоксиловая,
35
пировиноградная (фосфо-енолпируват),
ацетоуксусная, щавелевоуксусная,оксоглутаровая. Реакции декарбоксилирования
β-кетонокислот и окислительного
декарбоксилирования кетонокислот. Кетоенольная таутомерия. Биологически активные
высокомолекулярные вещества (строение,
свойства, участие в функционирование живых
систем).Пептиды и белкиБиологически
важные реакции -аминокислот:
дезаминирование, гидроксилирование.
Декарбоксилирование -аминокислот – путь к
образованию биогенных аминов и
биорегуляторов.
Пептиды. Кислотный и щелочной гидролиз
пептидов. Установление аминокислотного
состава с помощью современных физикохимических методов.
Углеводы.Гомополисахариды: (амилоза,
амилопектин, гликоген, декстран, целлюлоза).
Пектины. Гетерополисахариды: гиалуроновая
кислота, хондроитинсульфаты. Гепарин.
Понятие о смешанных биополимерах
(гликопротеины, гликолипиды и др.).
Нуклеиновые кислотыНуклеозидмоно- и
полифосфаты. АМФ, АДФ, АТФ.
Нуклеозидциклофос-фаты (ЦАМФ). Их роль
как макроэргических соединений и
внутриклеточных биорегуляторов.
Липиды.Омыляемые липиды. Естественные
жиры как смесь триацилглицеринов. Понятие
о строении восков. Основные природные
высшие жирные кислоты, входящие в состав
липидов: пальмитиновая, стеариновая,
олеиновая, линолевая, линоленовая,
арахидоновая..
Буферное действие - основной механизм
протолитического гомеостаза организма.
Механизм действия буферных систем. Зона
буферного действия и буферная емкость.
Расчет рН протолитических систем.
Буферные системы крови: гидрокарбонатная,
фосфатная, гемоглобиновая, протеиновая.
Понятие о кислотно-основном состоянии
36
организма. Механизм функционирования
кальций-фосфатного буфера. Явление
изоморфизма: замещение в гидроксидфосфате
кальция гидроксид-ионов на ионы фтора,
ионов кальция на ионы стронция.
Остеотропность металлов. Реакции, лежащие в
основе образования конкрементов: уратов,
оксалатов, карбонатов.
Представления о строении металлоферментов
и других биокомплексных соединений
(гемоглобин, цитохромы, кобаламины).
Физико-химические принципы транспорта
кислорода гемоглобином. Металло-лигандный
гомеостаз и причины его нарушения.
Механизм токсического действия тяжелых
металлов и мышьяка на основе теории
жестких и мягких кислот и оснований
(ЖМКО). Термодинамические принципы
хелатотерапии. Механизм цитотоксического
действия соединений платины.
Окислительно-восстановительные (редокс)
реакции. Механизм возникновения
электродного и редокс-потенциалов.
Уравнения Нернста-Петерса. Сравнительная
сила окислителей и восстановителей.
Прогнозирование направления редокспроцессов по величинам редокс-потенциалов.
Константа окислительно-восстановительного
процесса. Влияние лигандного окружения
центрального атома на величину редокспотенциала. Физико-химические принципы
транспорта электронов
электронотранспортной цепи митохондрий.
Общие представления о механизме действия
редокс-буферных систем.
37