Время консультаций и экзаменов

• Консультации проводит преподаватель согласно расписанию
• Экзамены проводятся согласно расписанию

 

 

 

лекционный комплекс

 

 

По дисциплине - химия, Him 1111

 

для специальности - 5В130100 - «Общая медицина»

 

Кафедра – биологической химии

 

Составители:

Кредит 1 (общая химия)	доцент, к.х.н. Нечепуренко Е.В.
Кредит 2 (органическая химия)	доцент, к.х.н. Алмабекова А.А.

 

Алматы, 2016 г.

 

Краткий курс лекций разработан в соответствии с Рабочей программой.

Обсужден и утвержден на заседании кафедры химии от «_ __ _»___ __ ______2016 г., протокол №__.

 

Заведующий кафедрой, профессор __________________Шарипов К.О.

 

 

Лекция №1

 

Тема: Процессы, происходящие в живом организме – физико-химическая интерпретация

 

Цель: Показать применение основных понятий и законов химической термодинамики и химической кинетикидля изучения закономерностей протекания биохимических процессов в организме. Охарактеризовать особенности состояния поверхностного слоя и значение поверхностных явлений для медицины и биологии.

 

План лекции:

1. Человек как термодинамическая система. Особенности живых организмов как термодинамических систем. Принцип Пригожина

2. Применение основных понятий химической термодинамики в биохимии.

3. Катализ в живых организмах. Ферменты как катализаторы биохимических процессов. Особенности кинетики ферментативных реакций.

4. Поверхностные явления. Основы хроматографии и ее применение в медико-биологических исследованиях.

тезисы лекции:

Химическая термодинамика изучает законы, которые описывают энергетические превращения, сопровождающие физические, химические и биохимические процессы. Первый закон термодинамики – закон сохранения и превращения энергии. На основании его аналитического выражения могут быть рассчитаны тепловые эффекты реакций, изменение внутренней энергии и работа термодинамической системы против внешних сил. Второй закон термодинамики характеризует направление протекания термодинамического процесса.

Организм человека является открытой гетерогенной термодинамической системой, существующей в стационарном состоянии. Жизнедеятельность человека протекает при постоянстве температуры и давления, то есть в изобарно-изотермических условиях. Для описания движения материи в живых организмах используют понятия свободной энергии Гиббса и энтропии. Согласно принципу Пригожина, производство энтропии в некоторый промежуток времени стремится к минимальному положительному значению, что объясняется параллельным протеканием процессов, идущих с увеличением и уменьшением энтропии.

Химическая кинетика - это раздел химии, изучающий скорость химических реакций, ее зависимость от различных факторов, а также механизмы протекания реакций. Основной постулат химической кинетики – закон действующих масс, характеризующий зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ. Химические реакции характеризуются понятиями молекулярность и порядок реакции. Порядок реакции определяется экспериментально на основании кинетической кривой. Принцип Ле Шателье.

Ферменты – это белковые молекулы, ускоряющие химические реакции в живых организмах. Ферментативный катализ характеризуется исключительно высокой каталитической активностью, специфичностью (селективностью) действия к субстрату и катализируемой реакции, чувствительностью к изменениям рН среды и температуры. Оптимальная активность ферментов человеческого организма наблюдается при температуре 310-313 К (температурный оптимум). Кинетические закономерности ферментативных реакций описываются уравнением Михаэлисв-Ментен. Особенностью ферментативных реакций является нелинейная зависимость скорости реакции от концентрации субстрата.

Все биологические системы представляют собой гетерогенные системы, состоящие из двух или более фаз, которые отделены друг от друга поверхностью раздела. На поверхности раздела фаз наблюдаются различные поверхностные явления, например, поверхностное натяжение и адсорбция. Эти явления лежат в основе хроматографических методов, которые широко применяются в медицине и биологии для идентификации веществ, а также для решения большого числа исследовательских, диагностических, клинических, токсикологических задач.

 

иллюстративный материал:

1. Презентация (слайды)

Литература:

Основная:

1. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия.- М., 2001.- С.10-20,101-131, 153-174.

2. Ленский А.С.Введение в бионеорганическую и биофизическую химию.- М.: ВШ, 1989.- С.6-92.

3. Веренцова Л.Г., Нечепуренко Е.В. Неорганическия, физическая и коллоидная химия: учебное пособие - Алматы: «Эверо», 2009.- С 10-41.

Дополнительная:

1. Ершов Ю.А. и др. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов.- М.: ВШ, 2003.- С.10-41, 391-449.

2. Слесарев В.И. Химия. Основы химии живого. - СПб.: Химиздат, 2001.- С. 73-123,681-707.

3. Ленский А.С., Белавин И.Ю., Быликин С.Ю. Биофизическая и бионеорганическая химия: учебник для студентов медицинских ВУЗов.- М.:ООО «медицинское информационное агентство», 2008.- С. 174-178, 182-207.

4. Зеленин К.Н., Алексеев В.В. Химия.- С.-Пб.: ЭЛБИ-СПб, 2003.- С. 107-124.

5. Попков В.А., Пузаков С.А. Общая химия: учебник.- М.: ГЭОТАР-Медия, 2009.- С.150-239, 760-796.

Контрольные вопросы (обратная связь)

1. Приведите примеры открытых, закрытых, изолированных, гомогенных, гетерогенных термодинамических систем.

2. Охарактеризуйте живой организм как термодинамическую систему.

3. Какие законы характеризуют количественные закономерности перехода энергии? Каким образом определяется самопроизвольность и направление протекания процесса?

4. Какие факторы и каким образом влияют на скорость протекания реакции?

5. Что такое ферментативный катализ? В чем его основные отличия от неорганического катализа?

6. Принцип Ле Шателье и принцип адаптивных перестроек: значение для функционирования живого организма.

 

Лекция №2

 

Тема: Водные растворы. Равновесия в жидких средах организма

 

Цель: Показать роль растворов в жизнедеятельности организма. Познакомить с медико-биологической ролью кислотно-основного и окислительно-восстановительного равновесий, а также коллигативных свойств растворов.

 

План лекции:

1. Вода как универсальный растворитель. Значение растворов в жизнедеятельности организма. Истинные, коллоидные и грубодисперсные растворы.

2. Коллигативные свойства растворов и теория осмотического конфликта. Роль осмоса и осмотического давления в биологических системах

3. Протолитическое равновесие и роль буферных систем в поддержании кислотно-основного гомеостаза.

4. Особенности биохимических окислительно-восстановительных процессов. Использование окислителей и восстановителей в медико-санитарной практике.

тезисы лекции:

Организм человека на 60% состоит из воды. Из них 42% приходится на внутриклеточную жидкость, остальная часть – на внеклеточную жидкость. Вода – это не только среда, но и активный участник процессов жизнедеятельности. Если организм человека теряет 20% воды, то в клетках происходят необратимые изменения, и человек погибает.

Практически все биологические жидкости представляют собой водные растворы электролитов. Раствор – это термодинамически устойчивая гомогенная система переменного состава, состоящая из двух и более компонентов, между которыми существует взаимодействие. Различают растворы электролитов и неэлектролитов (по способности проводить электрический ток), ненасыщенные, насыщенные и пересыщенные (по количеству растворенного вещества), истинные, коллоидные и грубодисперсные (по размерам частиц растворенного вещества).

Биологическое значение законов Дальтона, Генри и Сеченова обусловлено тем, что изменение растворимости газов в крови при изменении давления могут вызвать тяжелые заболевания.

К коллигативным свойствам относятся понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором, понижение температуры замерзания раствора, повышение температуры кипения раствора, осмотические явления. Все коллигативные свойства зависят от числа частиц в растворе. Для описания коллигативных свойств растворов электролитов вводится изотонический коэффициент, который учитывает увеличение числа частиц в растворе вследствие диссоциации.

Осмос - преимущественно одностороннее проникновение молекул растворителя (диффузию) через полупроницаемую мембрану из раствора с меньшей концентрацией в раствор с большей концентрацией. По отношению к осмотическому давлению внутриклеточной жидкости различают гипо-, изо- и гипертонические растворы. При помещении эритроцита в гипертонический раствор происходит плазмолиз, при помещении эритроцита в гипотонический раствор происходит гемолиз клетки. Для предотвращения этих явлений растворы для инъекций и глазные капли изотонируют.

Большинство реакций в организме протекает при строго контролируемых значениях рН. Система, поддерживающая протолитический гомеостаз, включает в себя не только физиологические, но и физико-химические механизмы: буферное действие, ионный обмен, диффузию. Главными буферными системами организма являются гидрокарбонатная, гемоглобиновая, фосфатная, белковая, аммиачная. Понятия ацидоз и алкалоз характеризуют отклонения значений рН биологических жидкостей от нормы.

Окислительно-восстановительные процессы в организме протекают ступенчато. Каждый из них имеет свой нормальный потенциал и протекает чаще всего с участием ферментов или коферментов.

 

иллюстративный материал:

1. Презентация (слайды)

Литература:

Основная:

1. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия.- М., 2001.- С.21-51,77-100, 132-149.

2. Ленский А.С.Введение в бионеорганическую и биофизическую химию.- М.: ВШ, 1989.-С. 93-165.

3. Веренцова Л.Г., Нечепуренко Е.В. Неорганическая, физическая и коллоидная химия: учебное пособие - Алматы: «Эверо», 2009.- С. 48-85, 165-191.

Дополнительная:

1. Ершов Ю.А. и др. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов.- М.: ВШ, 2003.- С. 42-140,491-525.

2. Слесарев В.И. Химия. Основы химии живого. - СПб.: Химиздат, 2001.- С. 124-242, 708-765.

3. Ленский А.С., Белавин И.Ю., Быликин С.Ю. Биофизическая и бионеорганическая химия: учебник для студентов медицинских ВУЗов.- М.:ООО «Медицинское информационное агентство», 2008.- С 208-240.

4. Зеленин К.Н., Алексеев В.В. Химия.- С.-Пб.: ЭЛБИ-СПб, 2003.- С.125-143.

5. Попков В.А., Пузаков С.А. Общая химия: учебник.- М.: ГЭОТАР-Медия, 2009.- С.62-91, 240-295, 575, 611, 797-846.

 

Контрольные вопросы (обратная связь)

1. Почему вода является универсальным растворителем для биологических систем?

2. Охарактеризуйте способы классификации растворов.

3. Какие законы описывают растворимост газов в жидкости?

4. Что такое коллигативные свойства растворов? Перечислите их.

5. Что такое осмотический гомеостаз? Кислотно-основной гомеостаз? Концентрационный гомеостаз?

6. Какую роль выполняют в организме буферные растворы? Перечислите их.

 

 

 

Лекция №3

 

Тема: Элементы-органогены. «Металлы жизни». Углерод – основа органических соединений. Где граница между живой и неживой природой?

 

Цель: Ознакомить с элементами, являющимися органогенами, «металлами жизни», токсикантами. Дать представление о специфичности роли элементов и их соединений в живом организме и применении их в медицинской практике.

 

План лекции:

1. Классификации и распространенность химических элементов в организме человека и в окружающей среде.

2. Роль элементов-органогенов и их соединений. Углерод – органоген №1.

3. «Металлы жизни» и их биологическая роль.

4. Комплексные соединения в живых организмах. Применение комплексных соединений в медико-биологической практике.

тезисы лекции:

На сегодняшний день существуют различные подходы к классификации химических элементов, содержащихся в организме человека. Наиболее распространена классификация, предложенная В.И.Вернадским, согласно которой элементы делятся на макроэлементы (содержание в организме >0,01%), микроэлементы (содержание 10^-5 10^-3 %), ультрамикроэлементы (содержание <10^-5 %).

По функциональной роли биогенные элементы можно разделить на группы: 1) органогены – элементы, участвующие в построении основных органических соединений организма; 2) элементы, создающие электролитный фон организма; 3) элементы, участвующие в регуляторной и транспортной функциях организма.

Химический состав живых организмов находится в тесной взаимосвязи с химическим составом земной коры и океанов. Благодаря естественному отбору основу живых систем составляют только шесть элементов. Для органогенов характерно исключительное разнообразие образуемых ими связей, что определяет многообразие биомелекул в живых организмах.

Органогены образуют в основном водорастворимые соединения, что способствует их концентрированию в живых организмах, содержащих более 60% воды.

По содержанию в организме человека углерод относится к макроэлементам (21,15%). Он входит в состав всех тканей и клеток в форме белков, жиров, витаминов, гормонов и пр. В соединениях углерод образует достаточно прочные ковалентные связи между собой и другими органогенами, но эти связи достаточно лабильны. В результате этого может происходить как увеличение реакционной способности этих связей, так и их стабилизация. Именно эти особенности углеродсодержащих соединений обуславливают его биологическую роль.

На долю «металлов жизни» в организме приходится 2,4%. В организме ионы этих металлов находятся или в свободном состоянии, или являются ионами-комплексообразователями, связанными с биолигандами. Наиболее прочные комплексы образуют d-элементы. Для жизнедеятельности человека особенно важны комплексные соединенияMn, Fe, Co, Cu, Zn, Mo. Биогенные s-элементыNa, K, Ca, Mg могут образовывать непрочные комплексные соединения только с лигандами определенной структуры.

Повышенная прочность комплексных соединений с полидентантными лигандами называется хелатным эффектом. Для макроциклических лигандов этот эффект настолько велик, что они могут образовать устойчивые комплексы даже с ионами щелочных и щелочноземельных металлов (например, хлорофилл).

Токсичность тяжелых металлов во многих случаях объясняется образованием бионеорганических комплексов. Если такой комплекс оказывается более прочным, чем комплекс с биогенным металлом, то нормальная жизнедеятельность организма нарушается.

иллюстративный материал:

1. Презентация (слайды)

Литература:

Основная:

1. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия.- М., 2001.- 255 с..

2. Ленский А.С.Введение в бионеорганическую и биофизическую химию.- М.: ВШ, 1989.-С.219-230.

3. Веренцова Л.Г., Нечепуренко Е.В. Неорганическия, физическая и коллоидная химия: учебное пособие - Алматы: «Эверо», 2009.- С. 86-129.

4. Веренцова Л.Г., Нечепуренко Е.В. Неорганическая, физическая и коллоидная химия: сборник задач и упражнений - Алматы, 2011.- 300 с.

 

Дополнительная:

1. Ершов Ю.А. и др. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов.- М.: ВШ, 2003.- С. 141-390.

2. Слесарев В.И. Химия. Основы химии живого. - СПб.: Химиздат, 2001.- С. 284-374.

3. Ленский А.С., Белавин И.Ю., Быликин С.Ю. Биофизическая и бионеорганическая химия: учебник для студентов медицинских ВУЗов.- М.:ООО «медицинское информационное агентство», 2008.- С.119-162.

4. Зеленин К.Н., Алексеев В.В. Химия.- С.-Пб.: ЭЛБИ-СПб, 2003.- С. 268-432.

5. Попков В.А., Пузаков С.А. Общая химия: учебник.- М.: ГЭОТАР-Медия, 2009.- С. 296-572.

 

Контрольные вопросы (обратная связь)

1. Дайте определение понятиям биогенные элементы, макро- и микроэлементы.

2. Охарактеризуйте биологическую роль элементов-органогенов.

3. Какую роль для живых систем играют «металлы жизни»? Приведите примеры.

4. Какие элементы могут быть токсическими для живого организма? Почему?

5. Приведите основные положения теории строения координационных соединений Вернера.

6. Какие комплексные соединения встречаются в организме человека?

7. Принципы хематотерапии.

 

 

Лекция№4

 

Тема: Теоретические основы строения органических соединений и факторы, определяющие их реакционную способность.

Цель:

1. Сформировать у студентов знания о многообразии органических соединений и показать зависимость многообразия со свойствами углерода – способностью к изомерии.

2. Научить студентов связывать реакционную способность соединений с их электронным и пространственным строением.

3. Формировать навыки составления названий органических соединений по номенклатуре ИЮПАК.

4. Сформировать у студентов знания об основных типах и механизмах органических реакций.

 

План лекции:

1) Что такое органические соединения? Классификационные признаки органических соединений.

2) Изомерия и номенклатура органических соединений.

3) Индуктивный и мезомерный электронные эффекты.

4) Типы органических реакций и механизмы реакций.

 

тезисы лекции:

Органическая химия – это наука об органических соединениях (ОС) и законах, которым они подчиняются. Главный элемент ОС - углерод. В настоящее время известно около 5 млн. органических соединений. Причина многообразия ОС обусловлена:1) способностью углеродных атомов к образованию четырех простых, а также кратных связей; 2) склонностью соединяться в прямые и разветвленные цепи, замыкаться в циклы. Большинство их имеет только ковалентные связи между атомами, т.е. химические связи, образованные за счет обобществления электронов связываемых атомов. Существует два типа ковалентной связи: σ- (сигма) и π- (пи) связи. ОС являются носителями жизнедеятельности животных и растительных организмов. ОС классифицируется с учетом строения углеродной цепи (углеродного скелета) и присутствующих в молекуле функциональных групп. По строению углеродного скелета ОС делят на две группы: ациклические - с незамкнутой цепью и циклические - с замкнутой цепью. По присутствию в молекуле функциональных групп – на классы.

Для органических соединений характерно явление изомерии. Изомеры – это различные вещества, имеющие одинаковый состав. Изомеры делят на две группы: структурные и стереоизомеры. Стереоизомеры различаются пространственным расположением атомов в молекуле. Витамин А участвует в процессе зрения. Его 9-цис-изомер почти в 5 раз менее активен. Олл-транс-ретинол (активность 100%). 9-цис-ретинол (активность 22%). Приведенный пример свидетельствует о взаимосвязи биологической активности с пространственным строением.

Для того чтобы дать однозначное название каждому индивидуальному соединению существует система правил - это номенклатура. В настоящее время общепринята систематическая номенклатура ИЮПАК (IUРАС - Международный союз теоретической и прикладной химии). Однако в органической химии сохранились тривиальные названия, особенно распространены они в таких классах природных соединений, как аминокислоты, углеводы, алкалоиды, стероиды. В правилах номенклатуры ИЮПАК представлена в основном заместительная и радикало-функциональная номенклатура.

Реакционная способность соединений в значительной степени зависит от распределения электронной плотности в молекулах. Элементы, входящие в состав органических соединений, имеют неодинаковую электроотрицательность (ЭО), т.е. способность атома притягивать валентные электроны, связывающие его с другими атомами. При соединении атомов с разной электроотрицательностью электронная плотность ковалентной связи смещена в сторону более электроотрицательного атома. Передача электронного влияния заместителя по цепи s–связей называется индуктивным эффектом (I). Мезомерный эффект (эффект сопряжения - М) – смещение электронной плотности под влиянием заместителя, передающийся по сопряженной системе π-связей. Гемм крови имеет в основе гетероциклическую систему порфин, представляющую собой сопряженную систему из 26-π-электронов (11 двойных связей и 2 неподеленных пары электронов пиррольных атомов азота). Энергия сопряжения 840 кДж/моль.

Органические реакции классифицируются несколькими способами. В соответствии с конечными результатами и по характеру изменения связей в субстрате и реагенте. В соответствии с конечным результатом органические реакции делят на следующие основные типы: а) реакции замещения (символ S); б) реакции присоединения (символ А) и обратные им реакции отщепления или элиминирования (символ Е); в) перегруппировки, это внутримолекулярная реакция, в результате которой происходит переход отдельных атомов или групп от одного участка молекулы к другому. По характеру разрыва связей в субстрате все химические реакции могут быть разделены на радикальные, ионные и согласованные. При гомолитическом разрыве ковалентной связи образуются радикалы, при гетеролитическом – образуются электрофилы (символ Е) и нуклеофилы (символ N). Реакции электрофильного замещения (символ S_E) характерны для ароматических соединений, а электрофильного присоединения (символ А_Е) для ненасыщенных углеводородов. Для спиртов, галогенопроизводных и карбоновых кислот характерны реакции нуклеофильного замещения (символ S_N), для альдегидов и кетонов – нуклеофильного присоединения (символ А_N).

Способность вещества вступать в химическую реакцию и реагировать с большей или меньшей скоростью называется его реакционной способностью. Чем больше величина заряда на реакционном центре субстрата, тем быстрее идет реакция, т.е. выше реакционная способность вещества.

Иллюстративный материал: слайды, таблицы, схемы.

Литература:

Основная:

1. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия [Текст]: Учебник /.- Изд.5-е, стереотип. - М.: Дрофа, 2006.- с. 24-47, 85-99.

2. Под ред.проф. Н.А. Тюкавкиной. Биоорганическая химия: руководство к практическим занятиям [Текст]: Учебное пособие.- М.: ГОЭТАР-МЕДИА, 2012.-168 с.

Дополнительная:

1. Алмабекова, А.А. Сборник заданий в тестовой форме по органической химии. [Текст]: учебное пособие. / А.А. Алмабекова.- Алматы.: Эверо, 2009.- 306 с.

Вспомогательная:

1. Асанбаева, Р.Д. Учебно-методическое пособие биоорганической химии для самостоятельной работы студ-в 1 курса лечебного, педиатр., сан.-гигиенич., стоматол. фак-в [Текст]: Ч.1. / Р.Д. Асанбаева; КазНМУ им. С.Д.Асфендиярова.- Алматы, 2004.- 128с.

2. Руководство к лабораторным занятиям по биоорганической химии под ред. Н.А. Тюкавкиной. –М.: Дрова, 2000.

3. Грандберг И.И. Органическая химия. -М.: Дрофа, 2004.-672б.

4. Иванов В.Г. и др. Органическая химия, М., 2005.

На английском языке:

1. Morris Hein, Scott Pattison, Susan Arena. Introduction to General, Organic, and Biochemistry [Text]: Book / 10th Edition.-USA: John Wiley&Sons, Inc, 2012.-1091 p.

Контрольные вопросы (обратная связь)

1. Углеводороды, классификация. Классы органических соединений.

2. Номенклатура и изомерия органических соединений. Конфигурация и конформация органических соединений.

3. Типы и механизмы органических реакций. Субстрат, реагент, реакционный центр. Понятие.

4. Понятие электроотрицательности, поляризуемости атомов.

5. Индуктивный и мезомерный электронные эффекты.

6. Сопряженная система открытая и замкнутая. p,p- сопряжение, р,p- сопряжение. Понятие ароматичности.

7. Реакции радикального замещения, характерные для предельных углеводородов.

8. Реакции электрофильного присоединения, характерные для непредельных углеводородов.

9. Реакции электрофильного замещения, характерные для ароматических углеводородов

10. Реакции окисления и восстановления непредельных и ароматических углеводородов.

 

 

Лекция №5-6

 

Тема: Гетерофункциональные соединения, участвующие в процессах жизнедеятельности.

 

Цель:

Формировать знания о классификации, строении, оптической изомерии, реакционной способности гетерофункциональных соединений и их роли в живом организме.

 

План лекции:

1. Гетерофункциональные соединения. Значение.

2. Оптическая изомерия.

3. Пептиды. Белки.

4. Углеводы.

5. Нуклеотиды. Нуклеиновые кислоты.

6. Липиды.

 

Тезисы лекции:

В биологических процессах участвуют, в основном поли- и гетерофункциональные соединения, т.е. соединения со смешанными функциями. Они являются: 1) метаболитами, веществами, участвующими в обмене веществ в организме; а также 2) родоначальниками важнейших групп лекарственных препаратов.

Для гетерофункциональных органических соединений характерна оптическая или зеркальная изомерия. Оптической активностью обладают только хиральные молекулы. Для органической химии наибольшее значение имеют соединения с хиральным атомом «С», его также называют асимметрическим. Важным следствием хиральности молекул является существование их в виде пары пространственных изомеров – энантиомеров, представляющих несовместимые в пространстве зеркальные изображения (зеркальные антиподы).

Биоорганические вещества, принимающие участие в жизненно важных процессах, в большинстве своем представляют хиральные молекулы. В организме синтезируются и усваиваются лишь определенные оптические изомеры аминокислот, углеводов, липидов и других биологически активных молекул.

Функции белков чрезвычайно разнообразны. Белки катализаторы или, ферменты, обеспечивают протекание химических реакций в клетке; транспортные белки участвуют в переносе веществ в организме; защитные белки обуславливают иммунитет организма; белки являются важнейшим компонентом пищи. Многие белки и пептиды применяются как лекарственные препараты, это ферменты, гормоны, антибиотики. Белки и пептиды построены из α-аминокислот. Свойства белков во многом определяются строением и химическим поведением α-аминокислот.

В состав белков входит около 20 различных α-аминокислот, α – аминокислоты являются амфотерными соединениями. В зависимости от среды аминокислоты могут существовать в виде катионов и анионов. В кислой протонируется аминогруппа, в щелочной карбоксильная группа превращается в анион (карбоксилат - ион). Лишь в среде, близкой к нейтральной, «нейтральные аминокислоты» существуют в виде биполярного иона (внутренние соли).

Первичная структура пептидов и белков это последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Пептидные связи способны подвергаться гидролизу, как в кислой, так и в щелочной среде. На практике предпочтительней кислотный гидролиз, так как в щелочной среде многие α-аминокислоты в достаточно жестких условиях гидролиза подвергаются дальнейшим превращениям. Аминокислоты обладают и специфическими, присущими только им свойствами. Это связано с взаимным влиянием двух функциональных групп.

Углеводы и их производные принимают активное участие в обмене веществ, подвергаются сложным химическим превращениям. При распаде их выделяется значительное количество энергии, которая идет для обеспечения жизнедеятельности организма. Углеводы входят в состав таких важных биоорганических соединений как нуклеиновые кислоты, коферменты, витамины и т.д. Углеводы и их производные применяются также в качестве лекарственных препаратов. Согласно принятой в настоящее время классификация углеводы подразделяют на три основные группы: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

В водных растворах моносахаридов существуют таутомерные равновесия между их ациклическими и циклическими формами. Циклические формы образуются в результате взаимодействия карбонильной группы и одной из гидроксильных групп с образованием внутренних полуацеталей. Гидроксил, образованный из карбонильной группы называется полуацетальным или гликозидным. Он отличается от обычных спиртовых групп большей реакционной способностью, т.к. легко цикл раскрывается и вновь образуется карбонильная форма. В циклических формах появляется новый асимметрический атом углерода. С возникновением которого образуются два новых стереоизомера – a и b-аномеры.

Дисахариды – соединения, молекулы которых состоят из остатков двух одинаковых или разных моносахаридов, связанных между собой гликозидной связью. В образовании гликозидной связи одна молекула моносахарида всегда участвует своим полуацетальным гидроксилом, а другая – либо полуацетальным, либо спиртовым гидроксилом. В этой связи дисахариды подразделяются на восстанавливающие и невосстанавливающие. Восстанавливающие дисахариды в результате таутомерного превращения могут образовывать альдегидную группу и вступают в качественные реакции «серебряного зеркала», Троммера и Фелинга, невосстанавливающие - в эти реакции не вступают.

Липиды являются основными структурными компонентами биологических мембран. Входя в состав мембран клеток, они способствуют обмену веществ в клетках. Липиды являются источниками энергии, необходимой для поддержания жизнедеятельности. Слово липиды возникло от греческого «lipos» – жир, т.к. к липидам относятся жиры. Жиры защищают внутренние органы от механических повреждений. Являясь плохим проводником тепла, способствуют поддержанию температуры тела независимо от изменения температуры внешней среды. Липиды делятся на омыляемые и неомыляемые. Омыляемые липиды могут состоять из 2-3 и более компонентов, подвергаются гидролизу, омылению. Неомыляемые – однокомпонентные, гидролизу не подвергаются. Свойства жиров, физические и химические свойства, зависят от характера высших жирных кислот, входящих в их состав. Если в их составе преобладают насыщенные жирные кислоты, то жиры при комнатной температуре твердые. Если преобладают ненасыщенные жирные кислоты, то жиры жидкие.

Большое распространение среди фосфолипидов имеют фосфоглицериды или фосфатиды, которые представляют собой сложные эфиры фосфатидной кислоты и аминоспиртов - серина, коламина и холина. Фосфатидная кислота – это сложный эфир глицерина, фосфорной кислоты и двух молекул высших жирных кислот. Они в основном, находятся в клеточных мембранах, лишь очень небольшое количество их обнаруживается в составе жировых отложений.

Нуклеиновые кислоты играют важную роль в передаче информации, наследственных признаков, и биосинтезе белка. Это высокомолекулярные органическое соединения, при гидролизе которых образуются пуриновые (аденин и гуанин) или пиримидиновые основания (урацил, тимин, цитозин), пентозы (рибоза или дезоксирибоза), фосфорные кислоты. Пуриновые или пиримидиновые основания с первым углеродным атомом β-рибофуранозы или β-дезоксирибофуранозы, связанные N - гликозидной связью, образуют нуклеозиды, соединяясь сложно – эфирной связью с одной из гидроксильной групп пентозы, чаще всего с ОН – группой у пятого углерода, образуют нуклеотиды.

Нуклеотиды образуют богатые энергией производные нуклеозиддифосфаты, нуклеозидтрифосфаты - являются источниками энергии в организме, особенно АТФ. При разрыве макроэргической связи освобождается энергии в 3 раза больше, чем при разрыве обычной сложно - эфирной связи. Нуклеотиды и их производные могут являться коферментами или входят в состав коферментов. Так, например, они входят в состав кофермента А и коферментов окислительно - восстановительных ферментов: НАД⁺ (никотинамидадениндинуклеотид) и НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат). Большую роль играют циклические формы нуклеотидов, в частности циклическая АМФ, которая участвует в механизме действия гормонов.

Нуклеиновые кислоты являются полинуклеотидами. Различают рибонуклеиновые кислоты (РНК) и дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК). РНК состоит из одной полинуклеотидной цепи, состоящей из рибонуклеотидов. ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, состоящих из дезоксирибонуклеотидов. В полинуклеотидной цепи нуклеотиды соединяются между собой 3^/, 5^/-фосфодиэфирной связью. Это прочная ковалентная связь, которая обеспечивает первичную структуру нуклеиновых кислот.

 

Иллюстративный материал: слайды, таблицы.

 

Литература:

Основная:

1. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия [Текст]: Учебник /.- Изд.5-е, стереотип. - М.: Дрофа, 2006.- с. 47-53, 64-85, 233-245, 255-278.

2. Под ред.проф. Н.А. Тюкавкиной. Биоорганическая химия: руководство к практическим занятиям [Текст]: Учебное пособие.- М.: ГОЭТАР-МЕДИА, 2012.-168 с.

Дополнительная:

1. Алмабекова, А.А. Сборник заданий в тестовой форме по органической химии. [Текст]: учебное пособие. / А.А. Алмабекова.- Алматы.: Эверо, 2009.- 306 с.

Вспомогательная:

1. Асанбаева, Р.Д. Учебно-методическое пособие биоорганической химии для самостоятельной работы студ-в 1 курса лечебного, педиатр., сан.-гигиенич., стоматол. фак-в [Текст]: Ч.1. / Р.Д. Асанбаева; КазНМУ им. С.Д.Асфендиярова.- Алматы, 2004.- 128с.

2. Руководство к лабораторным занятиям по биоорганической химии под ред. Н.А. Тюкавкиной. –М.: Дрова, 2000.

3. Грандберг И.И. Органическая химия. -М.: Дрофа, 2004.-672б.

4. Иванов В.Г. и др. Органическая химия, М., 2005.

На английском языке:

1. Morris Hein, Scott Pattison, Susan Arena. Introduction to General, Organic, and Biochemistry [Text]: Book / 10th Edition.-USA: John Wiley&Sons, Inc, 2012.-1091 p.

Контрольные вопросы (обратная связь)

1. Что такое гетерофункциональные соединения?

2. Оптическая изомерия. Энантиомеры. Д и L ряды. Диастереомеры. Рацемат.

3. Аминоспирты: этаноламин, холин, ацетилхолин. Понятие о биогенных аминах. Дофамин, норадреналин, адреналин, их биологическое значение как гормонов и нейромедиаторов.

4. Гидроксикислоты. Отдельные представители: гликолевая, молочная, яблочная, винная и лимонная кислоты.

5. Альдегидо- и кетокислоты: глиоксиловая, пировиноградная, ацетоуксусная, щавелевоуксусная, α- кетоглутаровая кислоты - важнейшие метаболиты.

6. α-Аминокислоты. Классификация. Незаменимые α-аминокислоты.

7. Пептиды. Строение пептидной группы. Кислотный и щелочной гидролиз пептидов.

8. Качественная реакция на пептидную связь – биуретовая реакция. Качественная реакция на a-аминокислоты в белковой молекуле с нингидрином.

9. Углеводы. Классификация.

10. Строение моносахаридов. Образование циклических форм на примере глюкозы. Формулы Фишера, Хеуорса.

11. Цикло-оксотаутомерия фруктозы. a и b-аномеры.

12. Дисахариды восстанавливающие и невосстанавливающие.

13. Липиды. Классифиция.

14. Высшие жирные кислоты, входящие в состав липидов. Незаменимые высшие жирные кислоты.

15. Твердые и жидкие ТАГ. Иодное число.

16. Основные составные части фосфолипидов. Аминоспирты, входящие в структуру фосфоглицеридов и генетическая связь между ними.

16. Пиримидиновые и пуриновые основания.

17. Нуклеозиды. Нуклеотиды.

18. Певичная структура нуклеиновых кислот.

 

 

методические рекомендации

для лабораторно-практических занятий

 

 

По дисциплине - химия, Him 1111

 

для специальности - 5В130100 - «Общая медицина»

 

Кафедра – биологической химии

 

Составители:

Общая химия:	доцент, к.х.н. Нечепуренко Е.В.
Органическая химия:	доцент, к.х.н. Алмабекова А.А.

 

Алматы, 2016 г.

 

Методические рекомендации для дабораторно-практических занятий разработаны в соответствии с Рабочей программой.

Обсуждены и утверждены на заседании кафедры биохимии от «_ __ _»___ __ ______2016 г., протокол №__.

 

Заведующий кафедрой, профессор __________________Шарипов К.О.

 

 

Практическое занятие №1

 

Тема: Термодинамика живых систем. Термохимия. Термохимические расчеты.

Цели:

· сформировать понятие о живом организме как стационарной термодинамической системе;

· научить рассчитывать энергетические характеристики химических и биохимических процессов;

· научить прогнозировать направление самопроизвольного протекания процессов в организме;

· научить экспериментально измерять тепловой эффект химической реакции на примере реакции ненйтрализации;

· научить принципам проведения химического эксперимента и анализа его результата;

· сформировать правовую компетенцию.

задачи обучения:

· студент сможет давать определение основным понятиям химической термодинамики;

· студент научится пользоваться справочной литературой для нахождения необходимых для расчетов величин термодинамических параметров;

· студент сможет показать связь химической энергии с другими видами энергии и характеризовать живой организм как термодинамическую систему;

· студент сможет экспериментально измерить тепловой эффект реакции нейтрализации, рассчитать стандартную энтальпию реакции и сравнить ее со справочным значением;

· студент научится определять направление протекания биохимических процессов.

Основные вопросы темы:

1. Техника безопасности в химической лаборатории.

2. Основные понятия и законы химической термодинамики.

3.Термохимия. Тепловой эффект химической реакции. Использование термохимических расчетов для энергетической характеристики химических и биохимических процессов.

4.Свободная энергия Гиббса как критерий самопроизвольного протекания процессов. Особенности термодинамики живых систем.

Методы обученияи преподавания:

Комбинированный:

- беседа – совместное обсуждение политики дисциплины и правил техники безопасности с целью формирования правовой компетенции;

- семинар;

- решение задач и выполнение упражнений;

- работа в малых группах (выполнение и обработка результатов лабораторной работы);

- устный и/или письменный опрос.

Литература:

Основная:

1. Веренцова Л.Г., Нечепуренко Е.В. Неорганическая, физическая и коллоидная химия. [Текст]: Учеб.пос./ Алматы: Эверо, 2009.- с10-47.

Дополнительная:

1. Веренцова Л.Г., Нечепуренко Е.В. Неорганическая, физическая и коллоидная химия [Текст]:: Проверочные тесты / КазНМУ им.Асфендиярова.- Алматы: Эверо, 2009. -222 с.

2. Веренцова Л.Г., Нечепуренко Е.В. Неорганическая, физическая и коллоидная химия [Текст]:: Сборник задач и упражнений / КазНМУ им.Асфендиярова.- Алматы: Эверо, 2013.-304 с.

3. Равич-Щербо, Новиков М.И. Физическая и коллоидная химия [Текст] /.- Изд.3-е, испр. и доп.- М., 2001.- 255с.

Вспомогательная:

1. Ленский А.С. Введение в бионеорганическую и биозизическую химию [Текст] /.-М: Высшая школа, 1989,-255 с.

На английском языке:

1. Morris Hein, Scott Pattison, Susan Arena. Introduction to General, Organic, and Biochemistry [Text]: Book / 10th Edition.-USA: John Wiley&Sons, Inc, 2012.-1091 p.

 

 

КОНТРОЛЬ

Оцениваемые компетенции:

- правовая компетенция

- знание

Методы контроля:

- выполнение тестовых заданий или карт. контроль

- собеседование

Контрольные вопросы:

1. Термодинамикалық жүйе. Термодинамикалық жүйенің жіктелуі.

Thermodynamic system. Classification of thermodynamic systems.

2. Состояния термодинамической системы: равновесное, стационарное, переходное.

3. Параметры термодинамической системы: основные, экстенсивные, интенсивные, функции состояния.

4. Первое начало термодинамики. Теплота изобарного и изохорного процессов.

5. Термохимия. Тепловой эффект химической реакции. Термохимические уравнения.

6. Стандартная теплота образования. Теплота сгорания. Теплота нейтрализации.

7. Закон Лавуазье-Лапласа. Закон Гесса и следствия из него.

8. Использование термохимических расчетов для энергетической характеристики химических и биохимических процессов.

9. Принципы расчета калорийности пищевых продуктов.

10. Второе начало термодинамики. Энтропия.

11. Свободная энергия Гиббса как критерий самопроизвольного протекания процессов. Энтальпийный и энтропийный фактор.

12. Особенности термодинамики живых систем. Характеристика стационарного состояния термодинамической системы. Принцип Пригожина.

Упражнения и задачи для решения (по выбору преподавателя):

1. Определить стандартное значение энтальпии реакции гидролиза мочевины

CO(NH₂)_{2 (р-р)} + H₂O_(ж) = СО_{2 (р-р)} + 2NH_{3 (р-р)} , если стандартные энтальпии образования мочевины, воды, углекислого газа и аммиака (водные растворы) равны соответственно -319,2; -285,8; -413,6; -79,9 кДж/моль.

2. Рассчитать энтропию реакции CO(g) + 2H₂(g) àCH₃OH(g), если стандартные энтропии газообразных водорода, угарного газа и метанола равны соответственно 131, 198 и 240 Дж/(моль^.K).

3. В организме человека этанол окисляется в две стадии: до ацетальдегида (ΔН⁰₁= -256 кДж/моль), затем до уксусной кислоты (ΔН⁰₂= -237 кДж/моль): С₂Н₅ОН → СН₃СОН → СН₃СООН. Рассчитать тепловой эффект реакции окисления этанола до уксусной кислоты.

4. Приведите пример энергетического сопряжения биохимических реакций.

5*. Как изменится внутренняя энергия системы «раствор глюкозы в воде», если в ней происходит спиртовое брожение глюкозы с поглощением теплоты? Объясните, почему.

6*. Будут ли в стандартных условиях самопроизвольно протекать процессы:

а) 2N₂(g) + O₂(g) ↔ 2N₂O(g); ΔH⁰₂₉₈>0;

б) 2C(s) + O2(g) ↔ 2CO(g); ΔH⁰₂₉₈<0.

Объясните, почему.

7*. Для какой из реакций:

а) 3C₂H₂(g) ↔ C₆H₆(l); ΔH⁰_r<0; ΔS⁰_r<0;

б) FeO(s) + H₂(g) ↔ Fe(s) + H₂O(g); ΔH⁰_r>0; ΔS⁰_r>0

вероятность самопроизвольного протекания уменьшается со снижением температуры? Объясните, почему.

8. Вычислить стандартную энергию Гиббса реакции денатурации трипсина при 50^оС, если стандартные энтальпия и энтропия реакции равны соответственно 283 кДж/моль и 288 Дж/(моль∙К). Оцените вклад энтальпийного и энтропийного факторов.

9. Рассчитать энергию Гиббса реакции и сделать вывод, есть ли возможность того, что оксид азота (I), применяемый в медицине для наркоза, будет окисляться кислородом воздуха до токсичного оксида азота (II). Величины свободной энергии Гиббса для газообразных оксида азота (I), оксида азота (II) и кислорода равны соответственно103,7; 87,6; 0 кДж/моль.

10. Образование ATP из ADP и H₂PO₄^- является несамопроизвольным процессом. Однако эта реакция сопряжена с гидролизом креатин-фосфата, имеющим отрицательное значение изменения энергии Гиббса.

ADP + H₂PO₄^-àATP + H₂O; Δ G ^o = +30 кДж

Creatine-phosphate + H₂O à creatine + phosphate; Δ G ^o = -43 кДж

Используя принцип термодинамического сопряжения, доказать возможность само-произвольного протекания в организме процесса:

Creatine-phosphate + ADP à Creatine + ATP.

 

 

Практическое занятие №2

Тема: Основы кинетики биохимических реакций. Роль ферментативного катализа в жизнедеятельности организма

Цели:

· сформировать основные понятия химической кинетики;

· научить прогнозировать влияние различных факторов на скорость реакции;

· выделить особенности действия ферментов как катализаторов биохимических процессов

· экспериментально доказать влияние различных факторов на скорость химической реакции;

· совершенствовать навыки самостоятельной работы с информацией.

задачи обучения:

· студент сможет описывать протекание химических и биохимических реакций с помощью кинетических уравнений;

· студент приобретет навыки расчета изменения скорости химической реакции при изменении температуры, концентрации реагирующих веществ и давления в системе, научится применять принцип Ле-Шателье для рассмотрения химического равновесия;

· студент сможет описать применение принципов химической кинетики в медико-биологических исследованиях и в фармации;

· студент сможет охарактеризовать особенности ферментативного катализа и определение порядка ферментативных реакций с использованием уравнения Михаэлиса-Ментен;

· студент сможет доложить результаты выполнения лабораторных работ.

Основные вопросы темы:

1. Факторы, влияющие на скорость реакции. Закон действующих масс. Правило Вант-Гоффа.

2. Молекулярность и порядок реакции. Кинетическая классификация реакций.

3. Химическое равновесие. Принцип Ле-Шателье.

4. Ферментативный катализ. Уравнение Михаэлиса-Ментен.

 

Методы обучения:

Комбинированный:

- семинар (групповое обсуждение студентами темы учебной программы под руководством преподавателя);

- выполнение упражнений;

- работа в малых группах (выполнение и обработка результатов лабораторной работы);

- игровой метод обучения «Молекулярные гонки»

- устный и/или письменный опрос.

Литература:

Основная:

1. Веренцова Л.Г., Нечепуренко Е.В. Неорганическая, физическая и коллоидная химия. [Текст]: Учеб.пос./ Алматы: Эверо, 2009.- с10-47.

Дополнительная:

1. Веренцова Л.Г., Нечепуренко Е.В. Неорганическая, физическая и коллоидная химия [Текст]:: Проверочные тесты / КазНМУ им.Асфендиярова.- Алматы: Эверо, 2009. -222 с.

2. Веренцова Л.Г., Нечепуренко Е.В. Неорганическая, физическая и коллоидная химия [Текст]:: Сборник задач и упражнений / КазНМУ им.Асфендиярова.- Алматы: Эверо, 2013.-304 с.

3. Равич-Щербо, Новиков М.И. Физическая и коллоидная химия [Текст] /.- Изд.3-е, испр. и доп.- М., 2001.- 255с.

Вспомогательная:

1. Ленский А.С. Введение в бионеорганическую и биозизическую химию [Текст] /.-М: Высшая школа, 1989,-255 с.

На английском языке:

1. Morris Hein, Scott Pattison, Susan Arena. Introduction to General, Organic, and Biochemistry [Text]: Book / 10th Edition.-USA: John Wiley&Sons, Inc, 2012.-1091 p.

 

КОНТРОЛЬ

Оцениваемые компетенции:

- Знание

- Практические навыки

Методы контроля:

- выполнение тестовых заданий или карт. контроль

- решение ситуационных задач или выполнение упражнений

Контрольные вопросы:

1. Химиялық реакцияның жылдамдығы. Орташа және шынайы жылдамдық. Кинетикалық қисықтар.

Reaction rate. Average and instantaneous reaction rate. Kinetic curves

2. Факторы, влияющие на скорость реакции: природа реагирующих веществ, концентрация реагентов, температура, наличие катализатора.

3. Закон действующих масс.

4. Взаимосвязь константы равновесия обратимой реакции с энергией Гиббса.

5. Молекулярность и порядок реакции. Определение порядка реакции.

6. Кинетические уравнения и кинетические кривые для реакций различных порядков. Единицы измерения константы скорости реакций различных порядков.

7. Зависимость скорости реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа. Уравнение Аррениуса. Энергия активации.

8. Кинетическая классификация реакций: простые, сложные, обратимые, параллельные, последовательные, сопряженные, цепные.

9. Ферментативный катализ. Уравнение Михаэлиса-Ментен, его анализ. Порядок ферментативной реакции по субстрату и по ферменту.

10. Особенности ферментативного катализа. Влияние температуры и кислотности среды на протекание биохимических реакций.

11. Принцип Ле-Шателье. Смещение химического равновесия при изменении концентрации реагирующих веществ, концентрации продуктов реакции, температуры, давления. Принцип адаптивных перестроек.

 

Упражнения и задачи для решения (по выбору преподавателя):

1. Как изменится скорость прямой реакции 2NО(г) + O₂(г) ↔ 2NО₂(г), если: а) увеличить давление в системе в 2 раза; б) уменьшить объем системы в 3 раза; в) повысить концентрацию NО в 4 раза?

2. Для реакций нулевого, первого, второго порядков приведите кинетические уравнения и покажите графически, как зависит скорость реакции от концентрации

3. Можно ли сравнивать между собой константы скоростей реакций разных порядков? Поясните Ваш ответ.

4. Во сколько раз уменьшится скорость бимолекулярной реакции при уменьшении концентрации реагентов в два раза?

5. Как изменится скорость растворения железа в 5%-ном растворе хлороводородной кислоты при повышении температуры на 30 градусов, если температурный коэффициент скорости растворения равен 2,8.

6. При 100^оС реакция, для которой температурный коэффициент равен 2,4, заканчивается за 30 минут. Рассчитать время, необходимое для завершения реакции при 80 и 130 ^оС.

7. В каком направлении сместится равновесие для реакции СО₃^2- + Н₂О ↔ НСО₃^- + ОН^- при прибавлении к раствору щелочи?

8. В каком направлении сместится равновесие СО₂(г) + С(т) ↔ 2СО(г), ΔН=171 кДж; при повышении температуры?

9. Какое значение имеет константа равновесия при 289 К, если ΔG=0?

10. Для некоторой реакции в прямом направлении ΔG_r<0. В каком соотношении находятся величины констант скорости прямой и обратной реакций? Ответ поясните.

11. Ядовитый газ фосген образуется из СО и Cl₂. Равновесие в системе Cl₂(g) + CO(g) ↔ COCl₂(g) установилось, когда 80% СО вступило в реакцию. Рассчитать величину константы равновесия для этого процесса, если известно, что исходные концентрации CO, Cl₂ и COCl₂ были равны 2; 2 и 0 моль/л соответственно.

Приложение

Лабораторная работа «Изучение зависимости скорости реакции от различных факторов»

 

Опыт 1.«Влияние концентрации реагирующих веществ на скорость химической реакции»

Цель: Установить влияние концентрации реагирующих веществ на скорость химической реакции.

Изучаемая реакция:

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = S↓ + Na₂SO₄ + H₂O

Ход работы: В три пронумерованные пробирки наливают 1М раствор тиосульфата натрия: в первую – 7 капель, во вторую – 14 капель, в третью – 21 каплю. Затем к содержимому первой пробирки добавляют 14 капель воды, во вторую пробирку – 7 капель воды. В три другие пробирки наливают по 7 капель серной кислоты.

Для определения скорости реакции необходимо измерить секундомером время от момента сливания растворов тиосульфата натрия и серной кислоты до появления первых признаков выделяющейся серы (слабое помутнение раствора). Поочередно к каждой пробирке с тиосульфатом натрия прибавляют заранее приготовленный раствор серной кислоты (7 капель) и отмечают, через сколько секунд после сливания начинается помутнение раствора.

Оформление результатов работы:

Полученные данные заносят в таблицу:

№ пробирки	Объем раствора (капли)	Общий объем раствора (капель)	Относительная концентрация тиосульфата натрия (C)	Время появления помутнения t, с	Относительная скорость реакции w=1/t (с-1)
Na2S2O3	H2O	H2SO4
		-

 

Относительную скорость реакции рассчитывают как величину, обратную времени (w=1/t). По результатам опыта строят графическую зависимость относительной скорости реакции от относительной концентрации тиосульфата натрия (по оси абцисс откладывается концентрация, по оси ординат – скорость реакции).

Вывод: Охарактеризуйте зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ. Каков порядок этой реакции по тиосульфату натрия?

 

Опыт 2.«Влияние температуры на скорость химической реакции»

Цель: Установить влияние температуры на скорость химической реакции.

Изучаемаяреакция:

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = S↓ + Na₂SO₄ + H₂O

Ход работы: В три пронумерованные пробирки наливают по 10 капель раствора тиосульфата натрия с концентрацией 1 моль/л. В три другие пробирки наливают по 10 капель 1М раствора серной кислоты.

Первую пару пробирок (кислота – тиосульфат натрия) и термометр помещают в стакан с водой комнатной температуры, и через 5 минут, когда температура в пробирках выровняется, записывают показания термометра. Содержимое пробирок сливают и встряхивают, измеряя время от момента сливания до момента появления помутнения.

Вторую пару пробирок помещают на 5 минут в стакан с водой, температура которой на 10 градусов выше комнатной.

Далее все манипуляции производят так же, как с первой парой пробирок. Аналогично поступают с третьей парой пробирок, повысив температуру еще на 10 градусов.

Оформление результатов работы:

Полученные данные заносят в таблицу:

№ пробирки	Объем раствора, капли	Температура, оС	Время появления мути, с	Относительная скорость реакции w=1/t (с-1)
Na2S2O3	H2SO4

 

По результатам опыта строят графическую зависимость относительной скорости реакции от температуры (по оси абцисс откладывается температура, по оси ординат – скорость реакции).

Рассчитайте средний температурный коэффициент реакции по уравнению Вант-Гоффа. Так как ΔТ = 10, температурный коэффициент равен отношению скоростей:

; ;

Вывод: Охарактеризуйте зависимость скорости реакции от температуры и приведите рассчитанное значение температурного коэффициента данной реакции.

 

Практическое занятие №3

Тема: Растворы. Способы выражения состава растворов. Коллигативные свойства растворов

Цели:

· ознакомить с основными понятиями теории растворов, коллигативных свойствах раствора и биологической ролью растворов в живой природе;

· научить рассчитывать концентрации растворов, изотоничных крови;

· обосновать применение в медицине изо- и гипертонических растворов;

· развивать у студентов мотивацию изучения химии посредством применения полученных знаний для характеристики растворов, используемых в медицинской практике;

· научить находить и использовать необходимую для решения ситуационных задач информацию.

задачи обучения:

· студент сможет рассчитывать различные виды концентраций и переходить от одних способов выражения состава раствора к другим;

· студент сможет приготовить раствор заданной концентрации из более концентрированного раствора и раствор из данной навески, рассчитать его концентрацию;

· студент будет понимать физико-химическую сущность закона Рауля и следствий из него, закона Вант-Гоффа;

· студент сможет продемонстрировать на примерах роль осмоса в живых системах (тургор, гемолиз, плазмолиз, деплазмолиз, осмолярность и осмоляльность биологических жидкостей);

· студент сможет показать возможность использования методов криометрии, эбуллиометрии и осмометрии для определения молярной массы растворенного вещества, степени диссоциации и изотонического коэффициента в медико-биологических исследованиях;

· студент сможет объяснить ход решения задач на расчет изотонических концентраций и осмотического давления.

Основные вопросы темы:

1. Основные понятия теории растворов. Способы выражения состава раствора.

2. Роль растворов в жизнедеятельности организма и применение их в медицинской практике.

3. Коллигативные свойства растворов.

4. Медико-биологическое значение осмотических явлений.

Методы обученияи преподавания:

Комбинированный:

- беседа;

- семинар;

- выполнение упражнений и решение ситуационных задач;

- работа в малых группах (выполнение и обработка результатов лабораторной работы);

- устный и/или письменный опрос.

Литература:

Основная:

1. Веренцова Л.Г., Нечепуренко Е.В. Неорганическая, физическая и коллоидная химия. [Текст]: Учеб.пос./ Алматы: Эверо, 2009.- с. 48-66.

Дополнительная:

1. Веренцова Л.Г., Нечепуренко Е.В. Неорганическая, физическая и коллоидная химия [Текст]:: Проверочные тесты / КазНМУ им.Асфендиярова.- Алматы: Эверо, 2009. -222 с.

2. Веренцова Л.Г., Нечепуренко Е.В. Неорганическая, физическая и коллоидная химия [Текст]:: Сборник задач и упражнений / КазНМУ им.Асфендиярова.- Алматы: Эверо, 2013.-304 с.

3. Равич-Щербо, Новиков М.И. Физическая и коллоидная химия [Текст] /.- Изд.3-е, испр. и доп.- М., 2001.- 255с.

Вспомогательная:

1. Ленский А.С. Введение в бионеорганическую и биозизическую химию [Текст] /.-М: Высшая школа, 1989,-255 с.

На английском языке:

1. Morris Hein, Scott Pattison, Susan Arena. Introduction to General, Organic, and Biochemistry [Text]: Book / 10th Edition.-USA: John Wiley&Sons, Inc, 2012.-1091 p.

КОНТРОЛЬ

Оцениваемые компетенции:

- Знание

- Практические навыки

Методы контроля:

- выполнение тестовых заданий или карт. контроль

- решение ситуационных задач или выполнение упражнений

Контрольные вопросы:

1. Ерітінділердің жіктелуі (бөлшектердің өлшемі бойынша, еріген зат мөлшері бойынша, электролиттік диссоциацияға ұшырау шегі бойынша).

Classification of solutions (particle size, amount of solute, electrolytic dissociation)

2. Вода как универсальный растворитель. Значение водных растворов в жизнедеятельности организмов.

3. Что такое растворимость вещества? Коэффициент растворимости? Какие законы описывают растворимость газов в жидкости?

4. Способы выражения состава раствора: Массовая доля, молярная концентрация, молярная концентрация эквивалента, моляльная концентрация, титр раствора, мольная доля растворенного вещества. Определение, формулы для расчета, единицы измерения.

5. Диффузия. Роль диффузии в процессах жизнедеятельности организма.

6. Коллигативные свойства разбавленных растворов неэлектролитов.

7. Первый закон Рауля. Следствия из закона Рауля.

8. Осмос. Осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа. Осмомолярность раствора.

9. Роль осмоса в биологических системах. Онкотическое давление. Что такое изотонические растворы? Приведите примеры растворов, изотоничных плазме крови, применяемых в медицине.

10. Дайте определения понятиям гипер- и гипотонический раствор. На чем основано применение гипертонических растворов в медицинской практике? Что происходит с клеткой в гипо- и гипертоническом растворах? Дайте определения понятиям тургор, гемолиз, плазмолиз, деплазмолиз.

11. Особенности коллигативных свойств растворов электролитов. Объясните физический смысл изотонического коэффициента. Как он рассчитывается?

12. Криоскопия, эбуллиоскопия, осмометрия. Дайте определения понятиям осмолярность, осмоляльность. Как рассчитываются эти величины?

Упражнения и задачи для решения (по выбору преподавателя):

1. Определить массу растворенного вещества и массу воды, которые необходимы для приготовления: а) 750 г 15%-ного раствора HCl; б) 200 мл 0,01 М KMnO₄; в) 250 мл 0,2 н СаCl₂ (плотность разбавленных