Реферат: Составители: О. Н. Ринейская

Составители:

О.Н. Ринейская – заведующий кафедрой биоорганической химии Учреждения образования «Белорусский государственный медицинский университет», кандидат медицинских наук, доцент;

И.В.Романовский – профессор кафедры биоорганической химии Учреждения образования «Белорусский государственный медицинский университет», кандидат медицинских наук, профессор;

В.В.Пинчук – доцент кафедры биоорганической химии Учреждения образования «Белорусский государственный медицинский университет», кандидат биологических наук, доцент


Рецензенты:

Кафедра общей и биоорганической химии Учреждения образования «Гродненский государственный медицинский университет»


А.И.Грицук, заведующий кафедрой биологической химии Учреждения образования «Гомельский государственный медицинский университет», доктор медицинских наук, профессор


^ Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой биоорганической химии Учреждения образования «Белорусский государственный медицинский университет»

(протокол № 9 от 21 апреля 2008 г.)


Научно-методическим советом Учреждения образования «Белорусский государственный медицинский университет»

(протокол № 9 от 19 мая 2008 г.)


Секцией по специальности 1-79 01 01 Лечебное дело Учебно-методического объединения вузов Республики Беларусь по медицинскому образованию (протокол № 3 от 20 мая 2008 г.)


Секцией по специальности 1-79 01 02 Педиатрия Учебно-методического

объединения вузов Республики Беларусь по медицинскому образованию (протокол № 4 от 21мая 2008 г.)


Секцией по специальности 1-79 01 03 Медико-профилактическое дело Учебно-методического объединения вузов Республики Беларусь по медицинскому образованию (протокол № 5 от 22 мая 2008 г.)


Ответственный за выпуск:


Пояснительная записка

Биоорганическая химия является областью науки, изучающей структуру и механизмы функционирования биологически активных молекул с позиций органической химии. Дисциплина находится в родственной связи с фармакологией, физиологией, другими медико-биологическими дисциплинами, объединенными принципами, базирующимися на молекулярных основах процессов жизнедеятельности.

Основная цель изучения дисциплины – формирование системных знаний о взаимосвязи строения, химических свойств биологически важных органических соединений как основы для понимания сути метаболизма и его регуляции на молекулярном уровне.

Основными задачами преподавания биоорганической химии в медицинских университетах является формирование современных представлений:

- о строении природных биологически значимых соединений;

- об основных факторах, влияющих на термодинамическую устойчивость органических молекул;

- о механизмах и особенностях химических превращений поли- и гетерофункциональных органических соединений in vitro как основы для последующего понимания процессов ферментативного катализа in vivo;

- о принципах синтеза и самоорганизации (in vitro и in vivo) биологических макромолекул.

Исходными документами для разработки типовой учебной программы являются:

образовательные стандарты по специальностям высшего медицинского образования первой ступени, утвержденные и введенные в действие Постановлением Министерства образования Республики Беларусь № 40 от 02.05.2008:

1-79 01 01 Лечебное дело (регистрационный № ОС РБ 1-79 01 01-2008);

1-79 01 02 Педиатрия (регистрационный № ОС РБ 1-79 01 02-2008);

1-79 01 03 Медико-профилактическое дело (регистрационный № ОС РБ 1-79 01 03-2008).

типовые учебные планы по специальностям (специализациям) высшего медицинского образования, утвержденные Министерством образования Республики Беларусь 16.04.2008:

1-79 01 01 Лечебное дело (регистрационный № L 79-005/тип.);

1-79 01 01 Лечебное дело, специализации 1-79 01 01 01 Военно-медицинское дело (регистрационный № L 79-006/тип.);

1-79 01 02 Педиатрия (регистрационный № L 79-007/тип.);

1-79 01 03 Медико-профилактическое дело (регистрационный № L 79-008/тип).


Материал программы представлен в виде 3 крупных разделов:

1. Теоретические основы строения и общие закономерности реакционной способности органических соединений

2. Биологически важные гетерофункциональные соединения

3. Биополимеры и их структурные компоненты

В программе усилено внимание к биологически важным реакциям алкилирования, декарбоксилирования, йодирования, гликирования, окисления и восстановления и др.; уделено также внимание структуре и биологической роли таких важных соединений как сложные тиоэфиры, некоторые витамины, коферменты, гормоны, циклические нуклеотиды, фосфоинозитолы и др.

Основными формами обучения являются лекции и лабораторные занятия. Учитывая небольшое число часов, отводимых на лекционный курс, лекции должны носить проблемный, установочный характер, в них целесообразно освещать основные, ключевые вопросы программы. В дополнение к лекционному материалу необходимо разрабатывать и издавать учебные пособия по лекционному курсу с использованием схем реакций, другого иллюстративного материала.

На лабораторных занятиях программные вопросы обсуждаются и закрепляются через стадию экспериментальной работы. В ходе ее выполнения приобретаются предусмотренные программой умения и практические навыки. Ряд вопросов программы изучается только на лабораторных занятиях (например, классификация органических соединений, принципы номенклатуры и др.). При выполнении лабораторных работ студент ведет протокол, при оформлении которого особое внимание обращается на умение грамотно фиксировать наблюдаемые во время проведения опытов изменения и способность делать правильные выводы на основании сопоставления экспериментальных данных и теоретических знаний. Для экономии времени и организации этого раздела работы кафедры могут использовать специально подготовленные учебно-методические пособия к лабораторным занятиям со стандартизованными формами протоколов-отчетов.

Контроль усвоения знаний, умений и навыков осуществляется как в форме традиционного устного и письменного опроса, так и в форме тестов. В течение семестра проводятся 2 коллоквиума по следующим разделам «Теоретические основы строения и общие закономерности реакционной способности органических соединений» и «Биологически важные гетерофункциональные соединения». Завершающей формой контроля является экзамен.

На изучение дисциплины «Биоорганическая химия» образовательным стандартом высшего образования первой ступени по циклу естественнонаучных дисциплин определено 150 часов. Из них 80 аудиторных часов, в том числе 24 часа на лекции и 56 часов на лабораторные занятия. Продолжительность лекции составляет 2 академических часа, лабораторного занятия – 3 часа.


В результате изучения дисциплины студент должен знать:

место биоорганической химии в системе естественных наук как отрасли химических наук, изучающей органические вещества, участвующие в процессах жизнедеятельности;

роль биоорганической химии в профессиональной подготовке врача и специфику биоорганического подхода к изучению процессов жизнедеятельности;

современные физико-химические методы исследования структуры и свойств органических соединений;

современную теорию строения атома, типы химических связей, взаимосвязь между природой веществ, их строением, реакционной способностью и биологической значимостью;

принципы симметрии, хиральность и стереоизомерию природных гетерофункциональных органических соединений;

основные факторы, влияющие на термодинамическую и конформационную устойчивость органических молекул, принципы самоорганизации биологических макромолекул и их функционирования;

новейшие химические открытия и перспективы их использования в профессиональной деятельности.

Студент должен 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;

безопасной работы в химической лаборатории.

Студент должен уметь использовать:

основные фундаментальные законы химии, необходимые для объяснения процессов, протекающих в живых организмах;

правила международной химической номенклатуры;

электронные эффекты заместителей, приводящие к формированию в молекуле реакционных центров, типичную реакционную способность по основным функциональным группам и возможный механизм превращений органических соединений in vitro и in vivo;

общие химические закономерности, лежащие в основе процессов, протекающих в организме;

химические свойства и биологическую значимость основных классов органических соединений, участвующих в процессах жизнедеятельности.


^ Примерный тематический план




Наименование раздела (темы)

Количество

аудиторных часов

Лекции

Лабораторные

1. Введение

1

1

2.Теоретические основы строения и общие закономерности реакционной способности органических соединений

7

23

2.1. Пространственное строение и стереоизомерия

1

5

2.2. Взаимное влияние атомов и способы его передачи в органических молекулах

2

3

2.3. Кислотные и основные свойства органических соединений

2

3

2.4. Общие закономерности реакционной способности органических соединений как химическая основа их биологического функционирования

2

12

^ 3. Биологически важные гетерофункциональные соединения

2

9

3.1. Поли- и гетерофункциональность как один из характерных признаков органических соединений, участвующих в процессах жизнедеятельности и являющихся родоначальниками важнейших групп лекарственных средств

1

3

3.2. Гетерофункциональные производные бензольного ряда как лекарственные средства

1

3

3.3. Биологически важные гетероциклические соединения

-

3

^ 4. Биополимеры и их структурные компоненты

14

23

4.1. Липиды

2

3

4.2. Углеводы

4

7

4.3. Пептиды и белки

4

6

4.4. Нуклеиновые кислоты

2

3

4.5. Некоторые природные и синтетические биологически активные соединения

2

4

Количество часов:

24

56

Всего:

80
^ Содержание учебного материала
1. Введение

Биоорганическая химия как область науки, изучающая строение и механизмы функционирования биологически активных молекул с позиций теоретической органической химии. Органическая химия природных соединений – фундаментальная основа биоорганической химии. Предмет и задачи биоорганической химии как учебной дисциплины в медицинских вузах, ее роль в формировании научной основы для восприятия биологических и медицинских знаний на современном молекулярном уровне.

Объекты, изучаемые биоорганической химией: 1) низкомолекулярные биорегуляторы и 2) биологические макромолекулы и их структурные компоненты.

Теория строения органических соединений А.М. Бутлерова и ее развитие на современном этапе. Специфическое явление органической химии – изомерия – и обусловленное ею многообразие органических соединений. Структурная изомерия.

Основные правила систематической номенклатуры органических соединений; заместительная и радикально-функциональная номенклатура.

Физико-химические методы выделения и исследования органических соединений, имеющие значение для биомедицинского анализа (экстракция, хроматография, поляриметрия, ультрафиолетовая спектроскопия, инфракрасная спектроскопия, спектроскопия ядерного магнитного резонанса, рентгеноструктурный анализ и др.).


^ 2. Теоретические основы строения и общие закономерности

реакционной способности органических соединений

2.1. Пространственное строение и стереоизомерия

Связь пространственного строения с типом гибридизации атома углерода: sp3, sp2, sp-гибридизация. Молекулярные модели (шаростержневые, полусферические); стереохимические формулы. Важнейшие понятия стереохимии – конфигурация и конформации.

Конформации открытых цепей. Вращение вокруг одинарной связи как причина возникновения различных конформаций; факторы, затрудняющие свободное вращение. Энергетическая характеристика конформационных состояний; заслоненные, заторможенные, скошенные конформации. Проекционные формулы Ньюмена. Пространственное сближение определенных участков цепи как следствие конформационного равновесия и как одна из причин преимущественного образования пяти- и шестичленных циклов.

Конформации циклических соединений (циклогексан, тетрагидропиран); их относительная потенциальная энергия. Аксиальные и экваториальные связи.

Элементы симметрии молекул. Хиральные молекулы. Асимметрический атом углерода как центр хиральности. Стереоизомерия молекул с одним центром хиральности (энантиомерия). Оптическая активность. Проекционные формулы Фишера. Глицериновый альдегид как конфигурационный стандарт. Относительная D- и L – система стереохимической номенклатуры. Абсолютная конфигурация стереоизомеров. Понятие о R, S-номенклатуре.

Стереоизомерия молекул с двумя и более центрами хиральности: энантиомерия и диастереомерия. Мезоформы. Рацемические смеси. Понятие о методах разделения рацемических смесей.

Стереоизомерия в ряду соединений с двойной связью (π-диастереомерия). E,Z- Номенклатура.

2.2. Взаимное влияние атомов и способы его передачи в органических молекулах

Сопряжение (,- и р,-сопряжение). Сопряженные системы с открытой цепью: 1,3-диены (бутадиен, изопрен, аллильный карбокатион); полиены (каротиноиды, витамин А); гетеросопряженные системы (α, β-непредельные карбонильные соединения, карбоксильная группа).

Сопряженные системы с замкнутой цепью. Ароматичность: критерии ароматичности, правило ароматичности Хюккеля. Ароматичность бензоидных (бензол, нафталин, фенантрен), небензоидных (циклопентадиенильный анион) и гетероциклических (фуран, тиофен, пиррол, имидазол, пиридин, пиримидин, пурин) соединений. Энергия сопряжения (делокализации). Пиррольный и пиридиновый атомы азота, -избыточные и -недостаточные ароматические системы.

Делокализация электронов как один из важных факторов повышения устойчивости молекул и ионов, ее широкая распространенность в биологически важных молекулах (порфин, гем, хлорофилл, гемоглобин и др.).

Поляризация связей. Электронные эффекты – индуктивный и мезомерный как причина неравномерного распределения электронной плотности и возникновения реакционных центров в молекуле. Электронодонорные и электроноакцепторные заместители.

2.3. Кислотные и основные свойства органических соединений

Теории Бренстеда и Льюиса. Общие закономерности в изменении кислотных или основных свойств во взаимосвязи с природой атомов в кислотном или основном центре, электронными эффектами заместителей при этих центрах и сольватационными эффектами.

Стабильность аниона кислоты – качественный показатель кислотных свойств. Кислотные свойства органических соединений с водородсодержащими функциональными группами (спирты, фенолы, тиолы, карбоновые кислоты, амины).

Основные свойства нейтральных молекул, содержащих гетероатомы с неподеленными парами электронов (спирты, тиолы, простые эфиры, сульфиды, карбонильные соединения, амины) и анионов (гидроксид-, алкоксид-, енолят-ионы; анионы органических кислот). π-Основания.

Кислотно-основные свойства азотсодержащих гетероциклов (пиррол, имидазол, пиридин). Водородная связь как специфическое проявление кислотно-основных свойств. Ионизация органических кислот и оснований в зависимости от рН среды. Роль ионизации в проявлении биологической активности.

2.4.Общие закономерности реакционной способности органических соединений как химическая основа их биологического функционирования

Химическая реакция как процесс. Понятия – субстрат, реагент, реакционный центр, продукт реакции, энергия активации, скорость реакции, механизм.

Классификация органических реакций по результату (замещения, присоединения, элиминирования, перегруппировки, окислительно-восстановительные) и по механизму – радикальные, ионные (электрофильные, нуклеофильные), согласованные. Типы реагентов: радикальные, кислотные, основные, электрофильные, нуклеофильные. Способы разрыва ковалентной связи в органических соединениях и образующиеся при этом частицы: свободные радикалы (гомолитический разрыв), карбкатионы и карбанионы (гетеролитический разрыв). Электронное и пространственное строение этих частиц и факторы, обусловливающие их относительную устойчивость.

Реакционная способность углеводородов. Реакции свободно-радикального замещения: гомолитические реакции с участием С-Н связей sр3 –гибридизованного атома углерода. Механизм свободнорадикального замещения на примере реакции галогенирования алканов. Региоселективность реакций свободнорадикального замещения. Пути образования свободнорадикальных частиц – фотолитическое или термическое разложение, окислительно-восстановительные реакции с участием ионов металлов переменной валентности. Понятие о цепных процессах. Роль свободнорадикальных реакций окисления в биологических процессах.

Реакции электрофильного присоединения в ряду алкенов и алкадиенов: гетеролитические реакции с участием π-связи между sр2-гибридизованными атомами углерода. Механизм реакций гидрогалогенирования и гидратации. Кислотный катализ. Влияние статических и динамических факторов на региоселективность реакций присоединения. Правило Марковникова. Особенности электрофильного присоединения к сопряженным системам: гидратация α, β- ненасыщенных карбоновых кислот на примере акриловой кислоты.

Реакции электрофильного замещения: гетеролитические реакции с участием π-электронного облака ароматической системы. Механизм реакций галогенирования, нитрования, сульфирования и алкилирования ароматических соединений; π - и σ- комплексы. СН-кислотность σ-комплексов. Роль катализаторов в образовании электрофильной частицы (кислоты Льюиса; кислотный катализ в алкилировании алкенами и спиртами).

Влияние заместителей в ароматическом ядре и гетероатомов в гетероциклических соединениях на реакционную способность в реакциях электрофильного замещения. Ориентирующее влияние заместителей и гетероатомов.

Реакции нуклеофильного замещения у sp3-гибридизованного атома углерода: гетеролитические реакции, обусловленные поляризацией связи углерод – гетероатом (галогенопроизводные, спирты). Легко и трудно уходящие группы; связь легкости ухода группы с её строением. Влияние электронных и пространственных факторов на реакционную способность соединений в реакциях нуклеофильного замещения (SN1 и SN2-механизмы). Стереохимия реакций нуклеофильного замещения.

Реакции гидролиза галогенопроизводных. Реакции алкилирования спиртов, фенолов, тиолов, аммиака и аминов. Роль кислотного катализа в нуклеофильном замещении гидроксильной группы. Галогенопроизводные, спирты, эфиры серной и фосфорной кислот как алкилирующие реагенты. Биологическая роль реакций алкилирования.

Реакции элиминирования (дегидрогалогенирование, дегидратация). Повышенная СН-кислотность как причина реакций элиминирования, сопровождающих нуклеофильное замещение у sp3- гибридизованного атома углерода. Теория «жестких» и «мягких» кислот и оснований Пирсона.

Реакции нуклеофильного присоединения: гетеролитические реакции с участием π-связи углерод – кислород (альдегиды, кетоны). Механизм реакций карбонильных соединений с водой, спиртами, тиолами, первичными аминами. Влияние электронных и пространственных факторов, роль кислотного катализа, обратимость реакций нуклеофильного присоединения. Гидролиз ацеталей и иминов.

Реакции альдольного присоединения. Основной катализ. Строение енолят-иона. Альдольное расщепление как реакция обратная альдольному присоединению. Биологическое значение этих процессов. Формальдегид, формалин, параформ, ацетон – свойства, значение, применение.

Реакции окисления и восстановления органических соединений. Специфика окислительно-восстановительных реакций органических соединений. Понятие об одноэлектронном переносе. Активные формы кислорода. Перенос гидрид-иона в системе НАД+ – НАДН. Реакции окисления спиртов, тиолов, фенолов, карбонильных соединений, аминов. Реакции восстановления карбонильных соединений, дисульфидов, иминов.

Реакции нуклеофильного замещения в ряду карбоновых кислот. Электронное и пространственное строение карбоксильной группы. Характеристика кислотных свойств карбоновых кислот: одно-, двухосновных, предельных, непредельных, ароматических. Реакции нуклеофильного замещения у sp2-гибридизованного атома углерода карбоновых кислот и их функциональных производных. Реакции ацилирования – образования ангидридов, сложных эфиров, сложных тиоэфиров, амидов – и обратные им реакции гидролиза. Мочевина как полный амид угольной кислоты.

Ацилирующие реагенты (ангидриды, галогенангидриды, карбоновые кислоты, сложные эфиры, сложные тиоэфиры), сравнительная активность этих реагентов. Ацилфосфаты и ацилкофермент А – природные макроэргические ацилирующие реагенты. Биологическая роль реакций ацилирования.

Понятие о реакциях фосфорилирования.


^ 3. Биологически важные гетерофункциональные соединения

3.1. Поли- и гетерофункциональность как один из характерных признаков органических соединений, участвующих в процессах жизнедеятельности и являющихся родоначальниками важнейших групп лекарственных средств

Особенности химического поведения поли- и гетерофункциональных соединений: особенности проявления кислотно-основных свойств (амфолиты); циклизация и хелатообразование – свойства, присущие только поли- и гетерофункциональным соединениям; особенности во взаимном влиянии функциональных групп в зависимости от их относительного расположения.

Многоатомные спирты: этиленгликоль, глицерин, инозит. Понятие о краун-эфирах как избирательных комплексообразователях. Образование хелатных комплексов как качественная реакция на диольный фрагмент. Сложные эфиры многоатомных спиртов с неорганическими кислотами (нитроглицерин, фосфаты глицерина и инозита).

Двухатомные фенолы: гидрохинон, резорцин, пирокатехин. Окисление двухатомных фенолов. Система гидрохинон-хинон. Фенолы как антиоксиданты. Токоферолы.

Полиамины: этилендиамин, тетра- и пентаметилендиамины, спермин.

Двухосновные карбоновые кислоты: щавелевая, малоновая, янтарная, глутаровая, фумаровая. Превращение янтарной кислоты в фумаровую как пример биологически важной реакции дегидрирования. Реакции декарбоксилирования, их биологическая роль.

Аминоспирты: аминоэтанол, холин; ацетилхолин. Аминофенолы: дофамин, норадреналин, адреналин. Понятие о биологической роли этих соединений и их производных.

Гидрокси- и аминокислоты. Реакции циклизации; влияние различных факторов на процесс образования циклов (реализация соответствующих конформаций, размер образующегося цикла, энтропийный фактор). Лактоны. Лактамы. Гидролиз лактонов, лактамов. Реакции элиминирования β-гидрокси- и β-аминокислот. Отдельные представители гидроксикислот: молочная, яблочная, винная кислоты: стереоизомерия, химические свойства, биологическое значение. Лимонная кислота, цитраты.

Альдегидо- и кетонокислоты: пировиноградная, ацетоуксусная, щавелевоуксусная, α-кетоглутаровая. Кислотные свойства и реакционная способность. Реакции декарбоксилирования β- кетокислот и окислительного декарбоксилирования α-кетокислот. Ацетоуксусный эфир и кето-енольная таутомерия. β-Гидроксимасляная, β-кетомасляная кислоты, ацетон как представители «кетоновых тел», их биологическое и диагностическое значение.

3.2. Гетерофункциональные производные бензольного ряда как лекарственные средства

Салициловая кислота и ее производные (ацетилсалициловая кислота, метилсалицилат, фенилсалицилат).

п-Аминобензойная кислота и ее производные (анестезин, новокаин). Биологическая роль п-аминобензойной кислоты (фолиевая кислота как ростовой фактор). Совресенные анестезирующие средства.

Сульфаниловая кислота и ее амид. Сульфаниламидные препараты. Понятие об антиметаболитах.

3.3. Биологически важные гетероциклические соединения.

Гетероциклы с одним гетероатомом. Пиррол, индол, пиридин, хинолин. Биологически важные производные пиридина – никотинамид, пиридоксаль, изоникотиновая кислота и её производные.

Гетероциклы с несколькими гетероатомами. Пиразол, имидазол, пиримидин, пурин.

Барбитуровая кислота и ее производные (фенобарбитал).

Гидроксипурины: гипоксантин, ксантин, мочевая кислота.


^ 4. Биополимеры и их структурные компоненты

4.1. Липиды

Классификация. Биологическое значение. Нейтральные жиры. Понятие о строении восков. Основные природные высшие жирные кислоты, входящие в состав липидов: пальмитиновая, стеариновая, олеиновая, линолевая, линоленовая, арахидоновая. Особенности ненасыщенных жирных кислот, -номенклатура. Роль свободных жирных кислот в энергообеспечении и терморегуляции.

Фосфолипиды. Фосфатидные кислоты. Фосфатидилэтаноламины и фосфатидилсерины, фосфатидилхолины (лецитины), фосфатидилинозитолы – структурные компоненты клеточных мембран. Роль фосфолипидов в дифференцировке тканей мозга и легких. Понятие о составе и роли сурфактанта.

Сфинголипиды и гликолипиды, их роль в миелинизации нервных волокон.

Прогоркание жиров – цепной свободнорадикальный процесс как модель пероксидного окисления ненасыщенных жирных кислот в клеточных мембранах, его механизм и биологическая роль. Роль пероксидного окисления липидов мембран в реализации повреждающего действия факторов окружающей среды. Понятие о системах антиоксидантной защиты.

4.2.Углеводы

Простые углеводы. Классификация моносахаридов. Альдозы, кетозы: триозы, тетрозы, пентозы, гексозы. Глицериновый альдегид и дигидроксиацетон как простейшие представители моносахаридов.

Стереоизомерия моносахаридов. D- и L- стереохимические ряды. Открытые и циклические формы. Формулы Фишера, Колли-Толленса и Хеуорса. Фуранозы и пиранозы; α- и β- аномеры. Цикло-оксо-таутомерия. Мутаротация. Конформации пиранозных форм моносахаридов. Строение наиболее важных представителей пентоз (рибоза, 2-дезоксирибоза, ксилоза); гексоз (глюкоза, манноза, галактоза, фруктоза). Аминосахара (глюкозамин, маннозамин, галактозамин), их свойства. Нейраминовая кислота, сиаловые кислоты.

Нуклеофильное замещение у аномерного центра в циклических формах моносахаридов. О- и N- гликозиды. Гидролиз гликозидов. Фосфаты моносахаридов. Ацилирование аминосахаров.

Окисление моносахаридов. Восстановительные свойства альдоз. Гликоновые, гликаровые, гликуроновые кислоты.

Восстановление моносахаридов в глициты (ксилит, сорбит, маннит). Реакции эпимеризации моносахаридов, взаимопревращение альдоз и кетоз, ендиольная форма. Аскорбиновая кислота – строение, свойства, биологическое значение.

Общая характеристика и классификация полисахаридов. Олигосахариды. Дисахариды: мальтоза, лактоза, лактулоза, сахароза, целлобиоза. Строение, цикло-оксо-таутомерия. Восстановительные свойства. Гидролиз. Конформационное строение мальтозы, целлобиозы, лактозы. Роль олигосахаридов группы лактозы в формировании непатогенной микрофлоры в кишечнике, необходимой для нормального пищеварения.

Полисахариды. Гомо- и гетерополисахариды. Гомополисахариды: крахмал, (амилоза, амилопектин), гликоген, декстраны, целлюлоза. Первичная структура, гидролиз. Понятие о вторичной структуре (амилоза, целлюлоза). Пектины (полигалактуроновая кислота). Плазмозамещающие растворы на основе декстрана и крахмала.

Гетерополисахариды: гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты. Первичная структура. Понятие о смешанных биополимерах (протеогликаны, гликопротеины, гликолипиды).

4.3. Пептиды и белки

Аминокислоты, входящие в состав белков. Строение, номенклатура. Стереоизомерия. Кислотно-основные свойства, биполярная структура. Незаменимые аминокислоты.

Классификация протеиногенных аминокислот с учетом различных признаков: по кислотно-основным свойствам, по химической природе радикала и содержащихся в нем заместителей (алифатические, ароматические, гетероциклические, содержащие гидроксильную, аминогруппу, карбоксильную или амидную группу, серосодержащие); по характеру радикалов.

Методы получения α-аминокислот: гидролиз белков, синтез из α-галогенпроизводных карбоновых кислот. Реакции восстановительного аминирования и реакции переаминирования. Пиридоксалевый катализ.

Химические свойства α-аминокислот как гетерофункциональных соединений. Образование внутрикомплексных солей. Реакции этерификации, ацилирования, алкилирования, дезаминирования, образования иминов. Качественные реакции α-аминокислот.

Биологически важные реакции α-аминокислот. Декарбоксилирование α-аминокислот – путь к образованию биогенных аминов и биорегуляторов (этаноламин, гистамин, триптамин, серотонин, дофамин, β-аланин, γ-аминомасляная кислота). Роль γ-аминомасляной кислоты для морфофункционального созревания мозга. Понятие о нейромедиаторах. Реакции окислительного и неокислительного дезаминирования. Реакции гидроксилирования (фенилаланин → тирозин, триптофан → 5-гидрокситриптофан, пролин → 4-гидроксипролин). Окисление цистеина. Дисульфидная связь.

Пептиды. Электронное и пространственное строение пептидной связи. Кислотный и щелочной гидролиз пептидов. Отдельные представители пептидов: аспартам, глутатион, нейропептиды, инсулин.

Установление первичной структуры пептидов. Понятие о стратегии искусственного синтеза пептидов.

Первичная структура белков. Частичный и полный гидролиз. Понятие о вторичной, третичной (домены) и четвертичной структурах. Гемоглобин, строение гема. Функциональная классификация белков.

Понятие о сложных белках: гликопротеины, фосфопротеины, металлопротеины, гемопротеины, нуклеопротеины и др.

4.4. Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые основания, входящие в состав нуклеиновых кислот. Пиримидиновые (урацил, тимин, цитозин) и пуриновые (аденин, гуанин) основания. Ароматические свойства. Лактим-лактамная таутомерия. Реакции дезаминирования.

Нуклеозиды. Характер связи нуклеинового основания с углеводным остатком; конфигурация гликозидного центра. Гидролиз нуклеозидов.

Нуклеотиды. Строение мононуклеотидов, входящих в состав нуклеиновых кислот. Номенклатура. Гидролиз нуклеотидов.

Первичная структура нуклеиновых кислот. Фосфодиэфирная связь. Рибонуклеиновые и дезоксирибонуклеиновые кислоты. Нуклеотидный состав РНК и ДНК. Гидролиз нуклеиновых кислот. Строение и свойства и-РНК, т-РНК, Si-РНК.

Понятие о вторичной структуре ДНК. Роль водородных связей в формировании вторичной структуры. Комплементарность нуклеиновых оснований. Водородные связи в комплементарных парах нуклеиновых оснований. Стэкинг-взаимодействие. Третичная структура ДНК.

Лекарственные средства на основе модифицированных нуклеиновых оснований. Принцип химического подобия. Изменение структуры нуклеиновых оснований под действием химических мутагенов, ультрафиолетового излучения и радиации.

Нуклеозидмоно- и полифосфаты. АМФ, АДФ, АТФ. Роль АТФ как аккумулятора и переносчика энергии в клетке. Макроэргическая связь. Нуклеозидциклофосфаты (цАМФ и цГМФ) как вторичные посредники в регуляции метаболизма клетки. Понятие о коферментах. Строение НАД+ и его фосфата НАДФ+. Система НАД+ – НАДН; гидридный перенос как одна из стадий биологических реакций окисления – восстановления с участием этой системы.

4.5. Некоторые природные и синтетические биологически активные соединения

Понятие о биологически активных соединениях и биорегуляторах. Особенности и значение пространственной структуры и физико-химических свойств биорегуляторов в их взаимодействии с рецепторами и реализации действия на молекулярном уровне.

Стероиды. Представление об их биологической роли. Гонан (стеран, циклопентанпергидрофенантрен), стереохимическое строение 5α- и 5β-стеранового скелета. Углеводороды – родоначальники групп стероидов: эстран, андростан, прегнан, холан, холестан.

Стероидные гормоны. Эстрогены, андрогены, гестагены, кортикостероиды. Строение, биологическая роль.

Желчные кислоты – холевая, гликохолевая, таурохолевая, строение, биологическая роль.

Холестерин – представитель стеринов, его конформационное строение. Свойства, роль в обмене и структуре мембран, в развитии сердечно-сосудистой патологии. 7-Дегидрохолестерин, превращение в витамин Д3.

Эргостерин, превращение его в эргокальциферол. Роль витаминов группы Д в регуляции кальций-фосфорного обмена.

Понятие об алкалоидах. Классификация алкалоидов по видам содержащих их растений и химической структуре входящих гетероциклов.

Алкалоиды яды и лекарственные средства. Строение и действие на организм человека никотина, хинина, папаверина, морфина, атропина.

Метилированные производные ксантина – теобромин, теофиллин, кофеин и их применение в медицинской практике.

Терпены. Лимонен, ментол, камфара. Сопряженные полиены. Каротиноиды, витамин А, их биологическая роль.
^ Информационная часть
Литература

Основная:

Биоорганическая