ДВНЗ “ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ І. Я. ГОРБАЧЕВСЬКОГО МОЗ УКРАЇНИ”

 

 

 

 

 

 

Навчальна програма

З    МЕДИЧНОЇ ХІМІЇ

Кафедра загальної хімії

Спеціальність 5.12010102 “Сестринська справа”

 

 

 

 

 

 

 

1. Пояснювальна записка і структура дисципліни

 

Програма з дисципліни “Медична хімія” для вищих медичних навчальних закладів України І—ІІІ рівнів акредитації складена для спеціальності 5.12010102 “Сестринська справа” напряму підготовки 1201 “Медицина” відповідно до освітньо-кваліфікаційної характеристики (ОКХ) і освітньо-професійної програми (ОПП) підготовки фахівців, затверджених наказом МОН України 2002 р.

За навчальним планом вивчення медичної хімії здійснюється в І і ІІ семестрах першого року навчання.

Програма дисципліни включає три розділи: біонеорганічна хімія, фізична і колоїдна хімія, біоорганічна хімія.

 

Медична хімія як навчальна дисципліна:

—  ґрунтується на вивченні студентами медичної біології, біофізики, морфологічних дисциплін та інтегрується з цими дисциплінами;

—  закладає основи вивчення студентами молекулярної біології, генетики, фізіології, патології, загальної та молекулярної фармакології, токсикології та пропедевтики клінічних дисциплін;

—  закладає основи клінічної діагностики найпоширеніших захворювань, моніторингу перебігу захворювання, контролю за ефективністю застосування лікарських засобів та заходів, спрямованих на запобігання виникненню та розвитку патологічних процесів.

Видами навчальних занять згідно з навчальним планом є:

—  лекції;

—  практичні заняття;

—  самостійна робота студентів.

 

Теми лекційного курсу розкривають проблемні питання відповідних розділів біонеорганічної хімії, фізичної і колоїдної хімії, біоорганічної хімії.

Практичні заняття за формою є лабораторно-практичними, оскільки передбачають:

—  лабораторні дослідження з виявлення певних класів біонеорганічних та біоорганічних сполук;

—  проведення якісних реакцій та оцінювання показників під час лабораторного дослідження розчинів;

—  вирішення проблемних завдань, які мають експериментальне або клініко-біохімічне значення.

Циклова комісія природничо-наукових дисциплін має право вносити зміни до навчальної програми залежно від організаційних і технічних можливостей, напрямів наукових досліджень, екологічних особливостей регіону, але мають виконати в цілому обсяг вимог з дисципліни згідно з кінцевою метою ОКХ та ОПП за фахом підготовки та навчальними планами.

Засвоєння теми контролюється на практичних заняттях відповідно до конкретних завдань. Рекомендується застосовувати такі засоби діагностики рівня підготовки студентів: комп’ютерні тести, розв’язування ситуаційних задач, тестові завдання, проведення лабораторних досліджень і трактування та оцінювання їх результатів, контроль практичних навичок.

 

Опис навчального плану з дисципліни “Медична хімія”

 

 

 

І. БІОНЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ

Вступ до біонеорганічної хімії

Загальні відомості про біогенні елементи. Якісний та кількісний вміст біогенних елементів в організмі людини. Макроелементи, мікроелементи та домішкові елементи. Вчення В.І. Вернадського про біосферу та роль живої речовини (живих організмів). Зв’язок між вмістом біогенних елементів в організмі людини та їхнім вмістом у довкіллі.

Періодичний закон і періодична система елементів.

Знаходження в періодичній системі біоелементів, будова атомів біоелементів.

 

Вчення про розчини

Роль розчинів у життєдіяльності організмів. Механізм процесів розчинення. Термодинамічний підхід до процесу розчинення. Розчинність речовин.

Розчинність газів у рідинах. Залежність розчинності газів від тиску (закон Генрі—Дальтона), природи газу та розчинника, температури. Вплив електролітів на розчинність газів (закон Сєченова). Розчинність газів у крові. Кесонна хвороба.

Розчинність рідин та твердих речовин у рідинах. Залежність розчинності від температури, природи розчинної речовини та розчинника. Розподіл речовини між двома рідинами, що не змішуються. Закон розподілу Нернста та його значення в явищі проникності біологічних мембран.

Способи вираження кількісного складу розчинів.

 

Кислотно-основна рівновага в біологічних рідинах

Розчини електролітів. Електроліти в організмі людини. Ступінь та константа дисоціації слабких електролітів. Властивості розчинів сильних електролітів. Активність та коефіцієнт активності. Йонна сила розчину. Водно-електролітний баланс – необхідна умова гомеостазу.

 

Водневий показник. Гідроліз солей

Дисоціація води. Йонний добуток води. Водневий показник рН. Значення рН для різних рідин людського організму в нормі та патології.

Теорії кислот та основ. Типи протолітичних реакцій: нейтралізації, гідролізу та йонізації. Гідроліз солей. Роль гідролізу в біохімічних процесах.

 

Буферні системи, класифікація та механізм дії

Буферні розчини, їх класифікація. Рівняння Гендерсона—Гассельбаха. Механізм буферної дії. Типи буферних систем і обчислення рН середовища.

Буферна ємність. Буферні системи організму. Кислотно-основний стан крові.

Буферні розчини. Механізм буферної дії. Приготування буферних розчинів та обчислення рН середовища.

 

Комплексні сполуки

Реакції комплексоутворення. Координаційна теорія А. Вернера. Поняття про комплексоутворювач (центральний йон). Поняття про ліганди. Координаційна ємність (дентатність) лігандів. Внутрішня та зовнішня сфери комплексів. Природа хімічного зв’язку в комплексних сполуках.

Ізомерія комплексних сполук.

Застосування комплексних сполук у медицині.

Будова та номенклатура комплексних сполук. Сучасні уявлення про будову комплексних сполук. Класифікація комплексних сполук за зарядом внутрішньої сфери та за природою лігандів. Номенклатура комплексних сполук. Добування та властивості комплексних сполук.

 

Біогенні s-елементи, їхня біологічна роль та застосування в медицині

s– Елементи (Na, К, Са, Мg). Будова атомів S-елементів та хімічні властивості. Біологічна роль S-елементів та медичне застосування сполук S-елементів. Біологічна роль інших s-елементів та медичне застосування їхніх сполук.

 

Біогенні р-елементи, їхня біологічна роль та застосування в медицині

Органогени. Будова атомів р-елементів та хімічні властивості.

Властивості та біологічна роль органогенних елементів. Лікарські засоби, що вміщують елементи-органогени. Інші біологічно важливі р-елементи (Селен, Йод, Бром, Флуор, Бор, Силіцій, Алюміній, Станум, Плюмбум, Арсен).

Біогенні s- та р-елементи. Електронна структура та електронегативність s- і р-елементів.Типові хімічні властивості S- та р-елементів і їхніх сполук. Зв’язок між місцезнаходженням s- та р-елементів у періодичній системі та їхнім вмістом в організмі.

Якісні реакції катіонів s¹-елементів (К⁺,Na⁺) і s²-елементів (Са²⁺,Mg²⁺).

Якісні реакції аніонів СО₃^2-, SO₄^2-, NO₂^–, SO₃^2- .

 

Біогенні d-елементи, їхня біологічна роль та застосування в медицині

Метали життя. Будова атомів d-елементів та хімічні властивості: кислотно-основні, окисно-відновні.

Біологічна роль d-елементів. Потреба людини в макро- та мікроелементах. Застосування сполук d-елементів у медичній практиці. Токсична дія d-елементів та їхніх сполук.

Біогенні d-елементи. Електронна структура та електронегативність d-елементів. Типові хімічні властивості d-елементів та їх сполук: реакції зі зміною ступеня окиснення.

Якісні реакції йонів d-елементів (Fe²⁺, Fe³⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Mn²⁺).

 

ІІ. Фізична і колоїдна хімія

Основи хімічної термодинаміки та біоенергетики

Предмет хімічної термодинаміки. Основні поняття хімічної термодинаміки: термодинамічна система (ізольована, закрита, відкрита, гомогенна, гетерогенна), параметри стану (екстенсивні, інтенсивні), термодинамічний процес (оборотний, необоротний). Живі організми — відкриті термодинамічні системи. Необоротність процесів життєдіяльності.

Перший закон термодинаміки. Ентальпія. Термохімічні рівняння. Стандартні теплоти утворення та згорання. Закон Гесса. Метод калориметрії. Енергетична характеристика біохімічних процесів. Термохімічні розрахунки для оцінювання калорійності продуктів харчування та складання раціональних і лікувальних дієт.

Самодовільні та несамодовільні процеси. Другий закон термодинаміки. Ентропія. Термодинамічні потенціали: енергія Гіббса, енергія Гельмгольца. Термодинамічні умови рівноваги. Критерії спрямованості самодовільних процесів.

Застосування основних положень термодинаміки до живих організмів. АТФ як джерело енергії для біохімічних реакцій. Макроергічні сполуки. Енергетичні супряження в живих системах: Екзергонічні та ендергонічні процеси в організмі.

 

Кінетика біохімічних реакцій

Хімічна кінетика як основа для вивчення швидкостей та механізму біохімічних реакцій. Швидкість реакції. Залежність швидкості реакції від концентрації. Закон діючих мас для швидкості реакції. Константа швидкості. Порядок реакції. Кінетичні рівняння реакцій першого, другого та нульового порядків. Період напівперетворення — кількісна характеристика зміни концентрації в довкіллі радіонуклідів, пестицидів тощо. Поняття про механізм реакції. Молекулярність реакції.

Залежність швидкості реакції від температури. Правило Вант-Гоффа. Особливості температурного коефіцієнта швидкості реакції для біохімічних процесів.

Енергія активації. Теорія активних співударів. Рівняння Арреніуса. Поняття про теорію перехідного стану (активованого комплексу).

Каталіз та каталізатори. Особливості дії каталізаторів. Гомогенний, гетерогенний та мікрогетерогенний каталіз. Кислотно-основний каталіз. Автокаталіз. Механізм дії каталізаторів. Промотори та каталітичні отрути.

Уявлення про кінетику ферментативних реакцій. Ферменти як біологічні каталізатори. Особливості дії ферментів: селективність, ефективність, залежність ферментативної дії від температури та реакції середовища. Поняття про механізм дії ферментів. Залежність швидкості ферментативних процесів від концентрації ферменту та субстрату. Активація та інгібірування ферментів. Вплив екологічних факторів на кінетику ферментативних реакцій.

Кінетика хімічних реакцій. Хімічна рівновага. Вивчення впливу різних факторів на швидкість розкладу гідрогенпероксиду волюмометричним методом.

 

Розчини електролітів. електроліти в організмі людини. електропровідність розчинів: питома, молярна, гранична

Електрохімічні процеси та їхнє медико-біологічне значення. Розчини електролітів. Електроліти в організмі людини. Електропровідність розчинів: питома, молярна, гранична. Електролітична рухливість йонів у водних розчинах електролітів. Закон Кольрауша — закон незалежності руху йонів. Кондуктометричне визначення ступеня та константи йонізації слабкого електроліту. Закон розведення Оствальда. Кондуктометричне титрування. Застосування кондуктометрії в медицині.

 

Електродні потенціали та механізм їх виникнення

Електродні потенціали та механізм їх виникнення. Рівняння Нернста. Стандартні електродні потенціали. Стандартний водневий електрод. Електроди першого та другого родів. Окисно-відновні електроди. Рівняння Петерса. Йонселективні електроди зі скляними мембранами. Скляний електрод з водневою функцією. Електрохімічні (гальванічні) елементи та електрорушійні сили. Дифузійні та мембранний потенціали, їхнє біологічне значення. Потенціометрія: потенціометричне визначення рН за допомогою воднево-хлорсрібного та хлорсрібного скляного елемента. Потенціометричне титрування.

Електропровідність розчинів електролітів. Електропровідність розчинів слабких електролітів. Кондуктометричне визначення ступеня і константи йонізації слабких електролітів.

Електродні потенціали та електрорушійні сили. Вимірювання електрорушійної сили та електродних потенціалів й вивчення впливу температури, рН та природи середовища.

 

Адсорбція на рухомій та нерухомій межі поділу фаз

Поверхневі явища та їхнє значення в біології й медицині. Поверхневий натяг рідин та розчинів. Ізотерма поверхневого натягу. Поверхнево-активні та поверхнево-неактивні речовини. Поверхнева активність. Правило Дюкло—Траубе.

Адсорбція на межі поділу рідина—газ та рідина—рідина. Рівняння Гіббса. Орієнтація молекул поверхнево-активних речовин у поверхневому шарі. Уявлення про структуру біологічних мембран. Адсорбція на межі поділу тверде тіло—газ. Рівняння Ленгмюра. Адсорбція із розчину на поверхні твердого тіла. Фізична та хімічна адсорбція. Закономірності адсорбції розчинених речовин, парів та газів. Рівняння Фрейндліха.

Фізико-хімічні основи адсорбційної терапії (гемосорбція, плазмосорбція, лімфосорбція, ентеросорбція, аплікаційна терапія). Імуносорбенти.

 

Адсорбція електролітів. Хроматографія та її застосування в біології й медицині

Адсорбція електролітів: специфічна (вибірна) та йонообмінна. Правило Панета—Фаянса. Йонообмінники природні та синтетичні. Роль адсорбції та йонного обміну в процесах життєдіяльності рослин і організмів.

Хроматографія. Класифікація хроматографічних методів аналізу за ознакою агрегатного стану фаз, техніки виконання та механізму розподілу. Адсорбційна, йонообмінна та розподільча хроматографія. Застосування хроматографії в біології та медицині.

Адсорбція на межі поділу фаз. Адсорбція на рухомій та нерухомій межі поділу фаз. Визначення адсорбції ацетатної кислоти на вугіллі.

Одержання, очищення та властивості колоїдних розчинів

Загальна характеристика дисперсних систем: основні визначення та класифікація. Методи очищення колоїдних розчинів: діаліз, електродіаліз, ультрафільтрація, гемодіаліз, апарат “Штучна нирка”. Оптичні властивості дисперсних систем (ефект Тіндаля): ультрамікроскопія, електронна мікроскопія, нефелометрія.

Електричні властивості колоїдно-дисперсних систем: механізм утворення подвійного електричного шару. Рівняння Гельмгольца—Смолуховського. Електрофоретична рухливість. Електрокінетичні явища: електроосмос, електрофорез, потенціали перебігу та седиментації. Застосування електрофорезу в дослідницькій та клініко-лабораторній практиці.

Оптичні та електричні властивості дисперсних систем. Оптичні та електричні властивості дисперсних систем. Електрофорез, електроосмос. Стійкість та коагуляція колоїдно-дисперсних систем. Поріг коагуляції. Колоїдний захист.

 

Коагуляція колоїдних розчинів. Колоїдний захист

Стійкість та коагуляція дисперсних систем. Коагуляція гідрофобних золів під дією електролітів. Поріг коагуляції. Правило Шульце—Гарді. Вплив електролітів на величину електрокінетичного потенціалу. Явище колоїдних частинок. Чергування зон коагуляції. Кінетика коагуляції. Коагуляція золів сумішами електролітів. Взаємна коагуляція золів. Процеси коагуляції під час очищення питної води та стічних вод. Явище звикання золів. Сучасна теорія стійкості і коагуляції гідрофобних золів ДЛФО. Колоїдний захист і його значення для біології, медицини, фармації.

Емульсії. Методи одержання та властивості. Типи емульсій. Емульгатори та механізм їх дії. Застосування емульсій у клінічній практиці. Біологічна роль емульгування.

Аерозолі. Методи одержання, властивості, руйнування. Застосування аерозолів в клінічній та санітарно-гігієнічній практиці. Токсична дія деяких аерозолів. Грубо дисперсні системи з рідинним середовищем. Пасти, їх медичне застосування.

Колоїдні розчини. Визначення порогу коагуляції та коагулюючої здатності коагулюючого йона. Очищення питної види та стічних вод методом коагуляції.

 

Властивості розчинів біополімерів. Ізоелектрична точка білка

Високомолекулярні сполуки — основа живих організмів. Глобулярна та фібрилярна структура білків. Порівняльна характеристика розчинів високомолекулярних сполук, істинних та колоїдних розчинів.

Набухання та розчинення полімерів. Механізм набухання. Вплив рН середовища, температури та електролітів на набухання. Роль набухання у фізіології організму. Драглювання розчинів ВМС. Механізм драглювання. Вплив рН середовища, температури та електролітів на швидкість драглювання. Тиксотропія. Синерезис. Дифузія в драглях. Висолювання біополімерів з розчинів. Коацервація та її роль у біологічних системах.

Аномальна в’язкість розчинів ВМС. В’язкість крові. Мембранна рівновага Доннана.

Ізоелектричний стан білка. Ізоелектрична точка та методи її визначення. Йонний стан біополімерів в водних розчинах.

Властивості розчинів ВМС. Значення високомолекулярних сполук (ВМС) у медицині та фармації. Властивості розчинів ВМС. Набрякання та розчинення полімерів. Вплив рН середовища та електролітів на набрякання. Ізоелектричний стан білка. Ізоелектрична точка й методи її визначення. Ліотропні ряди. Значення набрякання в фізіології організму.

 

ІІІ. біоорганічна хімія

Біоорганічна хімія як наука. Класифікація, будова та реакційна здатність біоорганічних сполук

Види науково обґрунтованих класифікацій та номенклатури, що враховують будову карбонового ланцюга та наявність у молекулі певних функціональних груп.

Ізомерія в органічних сполуках.

Загальна характеристика хімічних реакцій біоорганічних сполук. Класифікація реакцій за механізмом. Характеристика нуклеофілів та електрофілів.

Класифікація і номенклатура органічних сполук.  Ізомерія біоорганічних сполук. Префікси, суфікси та закінчення, які застосовують у назвах біоорганічних сполук, що мають функціональні групи, за міжнародною замісниковою номенклатурою (ІЮПАК).

Внесок О.М. Бутлерова в розробку основних положень ізомерії. Конфігурації молекул. Способи зображення просторової будови молекул біоорганічних сполук. Конформації молекул. Стереоізомерія.

 

Карбонільні сполуки. альдегіди і кетони

Реакції нуклеофільного приєднання (А_N) до оксосполук. Вплив нуклеофілу на утворення з альдегідами і кетонами нових зв’язків: С—О, С—С, С—Н, С—N. Альдольна конденсація та її значення для подовження карбонового ланцюга. Окиснення альдегідів і кетонів.

Дослідження хімічних властивостей альдегідів, кетонів. Якісні реакції на виявлення альдегідної групи (Толленса та Троммера). Реакція диспропорціонування (дисмутації, Канніццаро). Галоформні реакції. Йодоформна проба, її використання в аналітичних цілях.

 

Карбонові кислоти. Вищі жирні кислоти. Ліпіди

Класифікація карбонових кислот, окремі представники монокарбонових кислот.

Реакції нуклеофільного заміщення (S_N) біля sp²-гібридизованого атома Карбону оксогрупи.

Вищі жирні кислоти (ВЖК) як складові нейтральних ліпідів. Будова і властивості нейтральних ліпідів, їх консистенція, гідроліз. Мила. Структура фосфоліпідів, їх біологічне значення.

 

Гетерофункціональні сполуки

Хімічні властивості та біологічне значення гідрокси- та амінокислот. Біологічне значення кетокислот та їх похідних. Кетонові тіла, діагностичне значення, їх визначення при цукровому діабеті.

Фенолокислоти та їх похідні. Використання саліцилової кислоти та її похідних у медицині (метилсаліцилат, салол, аспірин, саліцилати натрію) у вигляді лікарських засобів.

 

 a-Амінокислоти, пептиди, білки

Класифікація амінокислот за будовою карбонового ланцюга, здатністю до синтезу в організмі та полярністю радикала. Хімічні властивості α-амінокислот. Реакції поліконденсації з утворенням пептидів. Якісні реакції на α-амінокислоти, пептиди, білки.

Білки як біополімери. Способи сполучення α-амінокислот у молекулах білків. Зв’язки, що формують первинну, вторинну, третинну та четвертинну структури.

 

Вуглеводи: моносахариди та їхні похідні, дисахаради, полісахариди

Класифікація вуглеводів. Таутомерні форми моносахаридів. Мутаротація. Утворення глікозидів, їхня роль у побудові оліго- та полісахаридів, нуклеозидів, нуклеотидів та нуклеїнових кислот.

Аскорбінова кислота як похідне гексоз, біологічна роль вітаміну С.

Класифікація дисахаридів за здатністю до окисно-відновних реакцій. Два типи зв’язків між залишками моносахаридів та їх вплив на реакційну здатність дисахаридів. Будова, біологічна роль та застосування крохмалю, його складові. Схема будови амілози та амілопектину.

 

Нуклеїнові кислоти

Нуклеозиди та нуклеотиди — продукти неповного гідролізу нуклеїнових кислот.

Структура нуклеотидів — складових компонентів нуклеїнових кислот: АМФ, ГМФ, УМФ, ЦМФ, д-ТМФ. Будова та значення 3’,5’-ц-АМФ, його роль у дії гормонів на клітини. Нуклеїнові кислоти — полінуклеотиди, біополімери, що зберігають, передають спадкову інформацію та беруть участь у біосинтезі білка.

 

Основи медичної хімії

№ з/п	Тема лекції	Кількість годин
1	Загальні відомості про біогенні елементи. Буферні розчини.	2
2	Комплексні сполуки.	2
3.	Вчення про розчини. Основи титриметричного аналізу.	2
4.	Електроліти і неелектроліти.	2
5.	Теоретичні основи біоенергетики. Кінетичні закономірності перебігу біохімічних процесів	2
6.	Фізико-хімія поверхневих явищ.	2
7.	Дисперсні системи. Колоїдні розчини. Фізико-хімічні властивості розчинів біополімерів.	2
8.	Класифікація, будова та реакційна здатність біоорганічних сполук.	2
9.	Карбонільні сполуки. Будова та хімічні властивості карбонових кислот. Ліпіди.	2
10.	Класифікація, будова та хімічні властивості вуглеводів.	2
11.	Гетероциклічні сполуки. Будова, властивості та біологічна роль нуклеїнових кислот	2
12.	Амінокислоти, пептиди, білки.	2
РАЗОМ		24

 

 

 

Основи медичної хімії

№ з/п	Теми практичних занять	Кількість годин
1.	Біогенні  елементи. Характерні реакції іонів деяких макро та мікроелементів..	6
2.	Величини, що характеризують склад розчину. Колігативні властивості розчинів. Водневий показник.	6
3.	Теплові ефекти хімічних реакцій. Визначення теплот розчинення та реакцій нейтралізації. Електродні процеси. Електропровіднісь розчинів електролітів	6
4.	Хімічна кінетика. Вивчення впливу різних факторів на перебіг хімічних реакцій. Каталіз та каталізатори. Вивчення впливу біологічних каталізаторів та ферментів на перебіг хімічних реакцій	6
5.	Адсорбція на поверхні рідин. Визначення впливу ПАР на величину поверхневого натягу. Адсорбція на поверхні твердих адсорбентів.  Іонообмінна адсорбція.	6
6	Добування, очистка і властивості колоїдних розчинів.  Електрофорез. Електроосмос. Коагуляція золів електролітами. Визначення порогів коагуляції. Розчини високомолекулярних сполук (ВМС) та їх захисна дія.	6
7.	Класифікація, номенклатура, ізомерія біоорганічних сполук. Дослідження реакційної здатності спиртів та фенолів.  Дослідження хімічних властивостей альдегідів та кетонів.	6
8	Дослідження хімічних властивостей карбонових кислот. Дослідження реакційної здатності гетерофункціональних сполук.	6
9	Дослідження хімічних властивостей, структури і функцій моно-, ди-, та полісасахаридів.	6
10.	Амінокислоти. Будова і властвоті білків та пептидів.  Реакції осадження білків.	6
РАЗОМ		60

 

 

Завдання для самостійної роботи студентів (СРС)

Біологічно важливі класи органічних сполук. Біополімери та їх структурні компоненти