Химическая термодинамика

Теоретические основы термодинамики и биоэнергетики

Понятие термодинамической системы. Первое начало термодинамики. Энтальпия. Закон Гесса. Применение первого начала термодинамики к биосистемам. Энтропия. Энергия Гиббса. Прогнозирование направления самопроизвольно протекающих процессов Принцип энергетического сопряжения.

Химическое равновесие

Обратимые и необратимые реакции, константы химического равновесия. Прогнозирование смещения химического равновесия. Буферное действие. Понятие о гомеостазе и стационарном состоянии живого организма.

Свойства растворов и химическая кинетика

Учение о растворах

Роль воды в жизнедеятельности. Коллигативные свойства растворов. Закон Рауля. Осмос и осмотическое давление: закон Вант-Гоффа. Понятие о изоосмии. Роль осмоса в биологических системах. Плазмолиз, гемолиз.

Протолитические равновесия и процессы

Протолитическая теория. Диссоциация воды. Образование водородных связей как фактор самоорганизации живых систем. РН-водородный показатель. Буферные растворы и буферные системы. Теория кислотно-основного равновесия как основа для усвоения закономерностей функционирования протолитических буферных систем крови, лимфы и других биологических жидкостей.

Химическая кинетика и катализ

Химическая кинетика. Скорость реакции. Закон действующих масс. Молекулярность и порядок реакции. Зависимость скорости от концентрации и температуры. Уравнение Аррениуса. Гомо- и гетерогенный катализ. Понятие о ферментах как биологических катализаторах.

Химия биогенных элементов

Химия биогенных элементов

Понятие о биогенности химических элементов. Макро- и микроэлементы. Биосфера. Круговорот биогенных элементов. Кларки элементов. Кумулирование биогенных элементов живыми системами. Классификация элементов по их функциональной роли в организме. Экологические аспекты химии биогенных элементов.

Химия элементов s-блока

Электронные структуры атомов и катионов.

Сравнение свойств ионов элементов IA и II групп. Химическое сходство и биологический антагонизм (натрий-калий, магний-кальций). Биологическая роль натрия, калия, кальция, магния, их медико-биологическое значение. Магний в структуре АТФ. Применение соединений элементов IA и II групп как лекарственных средств.

Активные формы кислорода. Пероксид водорода. ОН-радикалы как повреждающие агенты.

Химия элементов d -блока

Электронные структуры атомов и катионов. Наиболее важные биогенные элементы d -блока - биометаллы: хром-медь, молибден. Окислительно-восстановительные свойства: закономерности устойчивости степеней окисления, диспропорционирование промежуточных степеней окисления. Устойчивость в условиях организма степени окисления. Комплексные соединения d-элементов. Классификация комплексов по заряду и природе лигандов. Координационная теория Вернера. Номенклатура комплексных соединений. Основы лигандообменных равновесий и процессов. Ионные равновесия в растворах комплексных соединений. Константы нестойкости. Роль комплексных соединений в жизнедеятельности организма. Их применение в терапии, экологии.

Краткая сравнительная характеристика и медико-биологическое значение соединений железа, молибдена, вольфрама, кобальта, никеля, меди, серебра, цинка, ртути. Экологические аспекты токсического действия солей ртути, кадмия. Механизм запуска пероксидного окисления. Образование супероксидных ион-радикалов.

Химия элементов p -блока

Электронные структуры атомов и ионов, закономерности в проявлении устойчивых степеней окисления. Особенности реакций комплексообразования. Протолитические свойства соединений р-блока. Неорганические соединения углерода (СО₂, СО), азота (азид-ион, оксонитрид азота, азотистая кислота и нитриты. Фосфор - фосфаты, полифосфаты. Кислород: свойства озона, активные формы кислорода (пероксид водорода, синглетный кислород, гидроксилые, супероксидные анион-радикалы) Сера (тиосульфат натрия, сульфиды, дисульфиды). Хлор: кислородсодержащие соединения хлора, диоксин.

Физико-химия поверхностных явлений и свойства дисперсных систем

Поверхностная энергия Гиббса. Адсорбция. Уравнение Гиббса. Поверхностно-активные и поверхностно неактивные вещества. Ориентация молекул в поверхностном слое и структура биомембран. Строение мицеллы. Мицеллообразование в растворах ПАВ. Липосомы, применение в медицине.

Адсорбция

Адсорбционные равновесия и процессы на неподвижных и подвижных границах раздела фаз. Уравнение Лэнгмюра. Явления адсобции в биологии и медицине.

Дисперсные системы

Классификация дисперсных систем. Получение, свойства и очистка коллоидных растворов. Принципы устойчивости коллоидных растворов. Явления коагуляции.

Полифункциональные соединения

Полифункциональность - признак соединений, участвующих в обеспечении жизнедеятельности. Особенности проявления кислотно- основных свойств (амфолиты). Циклизация и хелатообразование. Взаимосвязь относительного взаимного расположения и взаимного влияния разных характеристических групп. Многоатомные спирты: этиленгликоль, глицерин, инозит. Образование хелатов.

Двухатомные фенолы: гидрохинон, резорцин, пирокатехин. Окисление двухатомных фенолов. Система гидрохинон-хинон. Фенолы как антиоксиданты. Полиамины: кадаверин, путресцеин. Двухосновные карбоновые килоты: щавелевая, малоновая, глутаровая, фумаровая. Превращение янтарной кислоты в фумаровую как пример биологической реакции дегидрирования. Образование лимонной кислоты в результате альдольного присоединения. Представление о строении -лактамных антибиотиков.

Гетерофункциональность (аминоспирты, аминокислоты, кетокислоты).

Аминоспирты: этаноламин, холин, ацетилхолин. Аминофенолы: дофамин, норадреналин, адреналин. Понятие о биологической роли этих соединений. и их производных. Гидрокси- и аминокислоты. Особенности проявления кислотно-основных свойств (амфолиты). Основы стереоизомерии гетерофункциональных соединений Реакции циклизации. Лактоны, лактамы, их гидролиз. Реакции элиминирования -гидрокси и -аминокислот.

Альдегидо- и кетонокислоты: глиоксиловая, пировиноградная, ацето-, щавелевоуксусная, -оксоглутаровая. Реакции декарбоксилирования -кетонокислот и окислительного декарбоксилирования -кетонокислот. Кето-енольная таутомерия.

Биологически важные ароматические и гетероциклические соединения

Делокализация электронов как фактор повышения стабильности молекул, ее распространенность в биологически важных соединениях (каротиноиды, гем, ароматические и гетероциклические соединения).Важнейшие структуры, содержащие ароматический и гетеролциклический фрагмент.

Биополимеры. Пептиды и белки. Свойства растворов ВМС

Важнейшие -аминокислоты, входящие в состав белков. Строение. Номенклатура. Классификация по химической природе радикала и содержащихся в нем заместителей; по кислотно- основным свойствам. Стереоизомерия. Кислотно-основные свойства. Биполярная структура.

Биосинтетические пути образования -аминокислот. Химические свойства -аминокислот как гетерофункциональных соединений. Биологически важные реакции аминокислот: дезаминирование, гидроксилирование. Пептиды. Номенклатура. Первичная структура белков. Частичный и полный гидролиз. Понятие о сложных белках. Гликопротеиды, липопротеиды, нуклеопротеиды.

Углеводы. Монозы.

Моносахариды, Классификация. Стереоизомерия: D- и L-стереохимические ряды. Открытые и циклические формы. Формулы Фишера и формулы Хеуорса. Фуранозы и пиранозы; - и -аномеры. Цикло-оксотаутомерия. Конформация пиранозных форм моносахаридов. Строение наиболее важных пентоз (рибоза, ксилоза); гексоз (глюкоза, манноза, галактоза, фруктоза); дезоксисахаров (2-дезоксирибоза); аминосахаров (глюкозамин, маннозамин, галактозамин). Нуклеофильное замещение у аномерного центра в циклических формах.

O- и N-гликозиды. Гидролиз гликозидов. Окисление моноз. Восстановительные свойства альдозАскорбиновая кислота. Восстановление моноз (ксилит, сорбит, маннит). Образование нейраминовой кислоты.

Дисахариды: мальтоза, целлобиоза, лактоза, сахароза. Строение. Цикло- оксо-таутомерия. Восстановительные свойства. Полисахариды. Крахмал, гликоген, декстран, целлюлоза.

Нуклеиновые кислоты.

Пиримидиновые и пуриновые основания. Ароматические свойства. Лактим-лактамная таутомерия. Реакции дезаминирования. Комплементарность нуклеиновых оснований. Водородная связь в комплементарных парах. Нуклеозиды. Гидролиз нуклеозидов. Нуклеотиды. Строение мононуклеотидов, образующих нуклеиновые кислоты. Гидролиз нуклеотидов. Первичная структура нуклеиновых кислот. Фосфодиэфирная связь. Рибонуклеиновые и дезоксирибонуклеиновые кислоты. Нуклеотидный состав РНК и ДНК. Гидролиз нуклеиновых кислот. Понятие о вторичной структуре ДНК. Роль водородных связей в формировании вторичной структуры. Лекарственные средства на основе модифицированных нуклеиновых оснований (фторурацил, меркаптопурин). Изменение структуры нуклеиновых кислот под действием химических веществ (многоядерных углеводоодов, формальдегида, азотистой кислоты).

Липиды

Омыляемые липиды. Нейтральные липиды. Классификация. Природные высшие жирные кислоты. Липиды "омега-3" и "омега-6" рядов. Биологическая роль. Химические свойства.

Пероксидное окисления фрагментов жирных кислот в клеточных мембранах.

Фосфолипиды. Классификация. Фосфатидные кислоты. Фосфолипиды как компоненты биологических мембран. Физико-химические свойства фосфолипидов. Образование мицелл. Мицеллы - как форма прицельной доставки лекарственных средств. Фосфолипиды - основа лекарственных и парафармацевтических препаратов. Неомыляемые липиды. Токоферол, изопреноиды, убихинон, филлохинон. Системы ферментативной и неферментативной защиты липидов от окисления.