litceysel.ru
добавить свой файл
1
ВВЕДЕНИЕ



Современный этап развития естественных наук характеризуется резко возросшим интересом представителей различных специальностей к познанию сущности процессов жизнедеятельности. Он характеризуется стремительным проникновением на уровень молекулярных и межмолекулярных взаимодействий в клеточных и тканевых системах.

Осмысление того, что «жизнь – это особая форма существования биополимерных тел (систем), характеризующихся хиральной чистотой и способностью к самоорганизации и саморепликации в условиях постоянного обмена с окружающей средой веществом, энергией и информацией» (акад. В.Гольданский, 1986 г.), делает особо значимой фундаментальную химическую подготовку студентов медицинских вузов.

Сегодня очевидно, что именно химические взаимодействия управляют деятельностью клеток, что вся программа жизнедеятельности клетки закодирована на молекулярном уровне в структуре нуклеиновых кислот, что в реализации этой программы основную роль выполняют регуляторные белки, ферменты, биологически активные вещества. Последние распознавая и взаимодействуя со специфическими рецепторами на поверхности мембран (полипептидные гормоны, медиаторы, катехоламины), в цитоплазме (стероидные гормоны ) или ядре клетки (тиреоидные гормоны) управляют биохимическими и физиологическими процессами.

Одной из динамично развивающихся и перспективных наук, занимающейся исследованием пространственной структуры (конфигурации и конформаций), спецификой и функцией биологически важных соединений является биоорганическая химия. Возникновение этой науки связывают с ее первыми достижениями – установлением структуры инсулина (Ф.Сенгер, 1953-1963 гг.), и искусственным химическим синтезом первого полипептидного гормона – окситоцина (Дю Винью, 1953 г.). Становление и развитие биоорганической химии как самостоятельной науки связано с выделением в чистом виде таких природных соединений как алкалоиды, стероиды, антибиотики и др., исследованием их структуры, искусственным синтезом и выяснением биологической роли. Развитие стереохимических представлений и конформационного анализа (Бартон, 1950 г. и др.), позволило перейти и к изучению динамики биологических макромолекул – белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов и их надмолекулярных комплексов.


Специфическая особенность биоорганического подхода к изучению процессов жизнедеятельности – использование «молекулярных моделей», т.е. синтетических пептидов, олигонуклеотидов, других биологически значимых молекул и биорегуляторов, их модифицированных аналогов, проведение исследований как in vivo так и in vitro. Такой подход позволяет рассматривать изолированно друг от друга параметры, которые в биологических системах находятся в едином целом и где значительно труднее выявлять закономерности и корреляции.

Таким образом, биоорганическая химия – та дисциплина, которая в комплексе с подходами других медико-биологических наук дает возможность не только узнать, но и с позиций современных химических представлений понять почему клетка, ее структуры, макромолекулы устроены и функционируют именно так, а не иначе.

Биоорганическая химия находится в тесной родственной связи с биохимией, молекулярной биологией, физиологией, фармакологией и другими дисциплинами. Объединяющее начало этих научных направлений – природные гетерофункциональные органические вещества, лежащие в основе процессов жизнедеятельности или влияющие на эти процессы. Поэтому целью изучения биоорганической химии, как учебной дисциплины является формирование системных знаний о взаимосвязи строения, химических свойств и функций биологически важных классов природных и синтетических органических соединений. Врач должен знать физико-химические свойства, структуру соединений и, на их основании, особенности распределения в организме и механизм действия лекарственных средств, большая часть которых органические соединения. Большинство лекарственных средств – это конкретные химические вещества с особенностями их пространственной организации и химическими свойствами, благодаря которым они способны специфически взаимодействовать с определенными рецепторами и изменять течение биохимических и физиологических процессов в организме. Одна из основных задач биоорганической химии – создание лекарственных средств, аналогов естественных биорегуляторов или антиметаболитов, позволяющих управлять процессами жизнедеятельности.


Обучение биоорганической химии, кроме теоретического курса лекций, включает и обязательное проведение лабораторных занятий (двухчасовых). Лабораторное занятие по дисциплине включает следующие обязательные компоненты: контроль усвоения темы, лабораторную работу, контроль ее выполнения и оформление протокола о выполненных опытах.

Контроль усвоения темы осуществляется путем устного опроса или письменного программированного контроля. Цель этой части занятия – диагностика, коррекция, творческое развитие и закрепление полученных в результате самоподготовки знаний. Необходимые исходные знания студент приобретает в процессе самостоятельной работы – при изучении темы по учебнику, пособию, конспекту лекций. Организовать эту самоподготовку и призвано данное учебное пособие, в котором к каждой теме определена цель занятия, исходный уровень знаний, приведены вопросы для обсуждения и указан перечень литературы, необходимой для подготовки.

В информационной части пособия приводятся основные термины, определения и понятия по каждой теме, а также примеры типичной реакционной способности соединений данного класса, качественные реакции на функциональные группы или определенные структурные фрагменты и их внешние проявления. В ряде случаев даются типичные обучающие задачи и эталоны их решения. Большинство занятий включает лабораторную работу, требующую постановки опытов. Цель этой части занятия – формирование умений выполнять типовые качественные реакции на некоторые функциональные группы определенные структурные фрагменты и непредельность органических соединений. Опыты проводятся в соответствии с методическими указаниями, приведенными в пособии.

В процессе самоподготовки студенту необходимо прочитать описание опытов и частично заполнить протокол лабораторной работы. В пособии приводится единая стандартная форма протокола, которая включает 7 разделов:

1) порядковый номер опыта;

2) название опыта;

3) ход выполнения опыта;


4) уравнение реакций с указанием механизма процесса;

5) условия проведения;

6) наблюдаемые изменения;

7) выводы.

Разделы 1-3 уже заполнены, студенту необходимо при самоподготовке к занятию заполнить разделы 4 и 5 по каждому из опытов. Преподаватель в начале занятия проверяет у каждого студента наличие такой заготовки протокола.

По ходу выполнения опытов студент фиксирует в протоколе наблюдаемые изменения и записывает вывод по каждому из опытов. Правильно сделанный вывод свидетельствует об осознанном и прочном усвоении учебного материала.

После выполнения всех опытов и оформления протокола студент делает общее заключение, в котором должен отразить типичную реакционную способность данного класса соединений, обосновать, почему таким соединениям присущ именно данный механизм реакций. В выводах желательно отразить биологическое и медицинское значение той или иной реакции или соединения.

Оформив протокол, студент представляет пробирки с результатами опытов преподавателю, отвечает на 1-2 вопроса по выводам и заключению. Если преподаватель засчитывает данную тему, он подписывает протокол.

В конце занятия студенты моют использованную химическую посуду и приводят в порядок рабочее место, сдавая его лаборанту.


В результате изучения дисциплины «биоорганическая химия» студент и будущий специалист должен знать:

— электронное и пространственное строение основных функциональных групп природных гетерофункциональных соединений, участвующих в процессах метаболизма;

— основные механизмы химических превращений, идущих с участием радикалов и функциональных групп природных соединений (свободнорадикальные SR, AR и ионные — АЕ, SЕ, АN и SN);

— особенности пространственного строения (хиральность, конфигурация, конформации) гетерофункциональных соединений;

— закономерности во взаимосвязи между электронным, пространственным строением и реакционной способностью природных и синтетических органических соединений (высшие жирные кислоты, аминоспирты, гидрокси- и кетокислоты, аминокислоты, моносахариды, гетероциклические азотистые основания, нуклеотиды, витамины, гормоны, лекарственные вещества, пестициды, полимеры и др.);

— основные факторы, влияющие на термодинамическую (сопряжение, ароматичность), конформационную (торсионное, вандерваальсово, угловое напряжение, водородные связи, 1,3-диаксиальное взаимодействие) и конфигурационную устойчивость органических молекул и уметь их использовать для объяснения принципов самоорганизации биологических макромолекул и их функционирования.

Студент должен уметь:

— классифицировать органические соединения по строению углеродного скелета и природе функциональных групп;

— пользоваться правилами химической номенклатуры и на основании структурной формулы составлять название и по названию писать структурную формулу основных представителей биологически важных классов органических, в том числе и гетерофункциональных соединений;

— определять в структуре молекул наличие реакционных центров, устанавливать их характер (кислотный, основной, электрофильный, нуклеофильный), качественно оценивать физико-химические свойства (кислотность, основность, полярность, растворимость и др.), реакционную способность, токсичность и возможные механизмы превращений органических соединений;

— писать проекционные формулы Фишера хиральных гетерофункциональных соединений, участвующих в процессах жизнедеятельности (аминокислот, гидроксикислот, моносахаридов и др.), называть их по D-, L-номенклатуре, понимать принципы R-, S- номенклатуры.

Приобрести навыки:


  • проведения качественных реакций на важнейшие функциональные группы, непредельность, кислотно-основные и восстановительные свойства органических молекул;

  • использования справочников физико-химических величин и табличных данных;


  • проведения простейших химических экспериментов с последующим анализом и оформлением результатов в виде протокола;

  • проведения термически инициируемой свободно-радикальной полимеризации акриловых полимеров;

- безопасной работы в химической лаборатории.

Правила по технике безопасности при работе в химической лаборатории

Приходить на занятия в химическую лабораторию студенты обязаны в хлопчатобумажных халатах. За студентами закрепляются постоянные рабочие места, которые они должны содержать в порядке. Во время выполнения эксперимента каждый студент должен находиться на своем рабочем месте. Во время работы в лаборатории следует соблюдать тишину, порядок и чистоту, не допускать торопливости.

Категорически запрещается:

— выполнение экспериментов, не связанных с выполнением учебного практикума;

— работать с реактивами в отсутствие преподавателя;

— принимать пищу в лаборатории;

— пробовать химические вещества на вкус.

Окончив эксперимент, каждый студент должен отчитаться за проделанную работу, после чего вымыть посуду, убрать рабочее место и сдать его дежурному, который назначается старостой группы до начала занятия.

Обязанности дежурного студента

— получать у дежурного лаборанта необходимое оборудование;

— следить за порядком в лаборатории;

— дежурный студент должен уходить из лаборатории последним, получив разрешение у дежурного лаборанта.

Меры предосторожности при работе со спиртовками

Небрежная работа со спиртовкой может привести к возникновению пожара, поэтому при работе необходимо выполнять следующие требования:

— фитиль спиртовки должен плотно входить в отверстие металлической втулки, сверху должен быть выдвинут на 1 см и распушен;


— втулка должна плотно закрывать отверстие спиртовки, которая заполняется спиртом не более чем на 2/3 объема;

— зажигать спиртовку только спичками, категорически запрещается зажигать спиртовку от спиртовки, так как при наклоне втулка может сдвинуться и выходящие пары спирта могут воспламениться;

— в зажженном состоянии спиртовка должна находиться на удобном для работы месте;

— гасить пламя спиртовки можно, только накрывая его колпачком;

— нагревать вещества в стеклянной посуде необходимо только в верхней или средней части пламени, не касаясь фитиля, так как фитиль всегда холодный, и горячее стекло при контакте с ним лопается.

Меры предосторожности при работе со стеклянной посудой

Нагревание веществ в стеклянной посуде следует производить постепенно, слегка вращая ее и, время от времени, осторожно встряхивая содержимое. При нагревании пробирки с жидкостью на открытом огне возможно выбрасывание жидкости из нее. В связи с этим, отверстие пробирки надо направлять в сторону от себя и от соседей. Особенно надо остерегаться попадания брызг в глаза, поэтому нельзя наклоняться и смотреть в пробирку. При нагревании пробирка должна находиться в наклонном положении (45), тогда брызги будут ударяться о стенки посуды и не будут выбрасываться наружу.

При работе с газоотводной трубкой нужно следить, чтобы конец газоотводной трубки находился в жидкости, через которую проходит газ. Убирать спиртовку из-под пробирки с реакционной смесью можно только после того, как нижний конец газоотводной трубки удален из жидкости. Если жидкость начинает подниматься по газоотводной трубке, надо немедленно опустить пробирку, чтобы уровень жидкости в ней стал ниже конца газоотводной трубки, и продолжать нагревать до тех пор, пока выделяющийся газ не вытолкнет жидкость из газоотводной трубки.

Меры предосторожности при работе с химическими реактивами

Необходимые для работы реактивы, кроме легко воспламеняющихся жидкостей, сильнодействующих и токсических веществ, находятся на рабочем столе и помещаются в штативах с пронумерованными гнездами. Такой же номер и на бутылочке с соответствующим реактивом. Бутылочки с жидкостями закрыты резиновыми пробками, в которые вмонтированы пипетки. Вынимать бутылочки из гнезд штатива не рекомендуется. Для набора вещества левой рукой следует прижать бутылочку ко дну гнезда, а правой осторожно вынуть пробку с пипеткой, набрать нужное количество реактива пипеткой и закрыть бутылочку этой же пробкой. Для набора кристаллических реактивов в пробку вмонтирован шпатель (стеклянная лопаточка).


Меры предосторожности при работе с легковоспламеняющимися жидкостями (ЛВЖ)

ЛВЖ (диэтиловый эфир, спирт, толуол, ацетон, ацетоуксусный эфир) находятся в небольших количествах в вытяжном шкафу. Работы с этими веществами проводятся под тягой, вдали от открытого огня и включенных плиток. При воспламенении ЛВЖ в сосуде его следует быстро накрыть противопожарным одеялом. Если горящая жидкость разлилась, ее тушат песком, который затем убирают. Если на человеке загорелась одежда, то его быстро и плотно закутывают в противопожарное одеяло.

Меры предосторожности при работе с кислотами и щелочами

Концентрированные растворы азотной, серной, хлороводородной кислот, нитрующая смесь находятся в вытяжном шкафу. Все работы с концентрированными кислотами и щелочами проводятся только в вытяжном шкафу. Разбавлять концентрированные кислоты можно только путем приливания кислоты к воде, а не наоборот. Случайно пролитые на пол кислоты и щелочи необходимо засыпать песком и после этого провести уборку.

Меры предосторожности при работе с токсическими веществами

Токсические органические вещества — анилин, метиламин, толуол, пикриновая кислота находятся в вытяжном шкафу. Необходимо осторожно обращаться с этими веществами, не вдыхать их пары, избегать попадания на руки, так как они могут проникать через кожу. Если эти вещества попадают на руки, следует быстро вымыть руки теплой водой с мылом. При вдыхании паров — немедленно выйти на свежий воздух.

Оказание первой помощи при несчастных случаях

— при порезе рук стеклом надо прежде всего удалить пинцетом кусочки стекла из раны, затем обработать рану спиртовым раствором иода и наложить повязку.

— при термических ожогах обожженное место следует обработать 70 % раствором этилового спирта.

— при ожогах растворами кислот, щелочей нужно быстро промыть пораженный участок водой, наложить асептическую повязку.

— при попадании кислот или щелочей в глаза, их следует тщательно промыть водой и направить пострадавшего в поликлинику.


— при ожогах кожи бромом следует быстро смыть его этиловым спиртом и нанести на пораженное место противоожоговую эмульсию.

— при ожогах горячими органическими жидкостями необходимо промыть обожженное место этиловым спиртом.

— при ожогах жидким фенолом следует растереть побелевший участок кожи глицерином, пока не восстановится нормальный цвет кожи, затем промыть водой и наложить марлевую повязку, смоченной раствором глицерина.

— после оказания первой помощи, при необходимости, следует обратиться в здравпункт университета или поликлинику.