МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Российский национальный исследовательский медицинский университет
имени Н.И. Пирогова»
Министерства здравоохранения Российской Федерации
УТВЕРЖДАЮ
Декан лечебного факультета
______________/А.С.Дворников/
«13» октября 2014
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
(Вузовский компонент)
Химия биомолекул и наносистем
Направление подготовки (специальность): «Лечебное дело»
Форма обучения: очная, очно-заочная
Срок освоения ООП: очная - 6 лет
очно-заочная – 7 лет
Кафедра химии лечебного факультета
При разработке рабочей программы учебной дисциплины в основу положены:
ФГОС ВПО по направлению подготовки (специальности) «Лечебное дело»,
утвержденный Министерством образования и науки РФ «8» ноября 2010 г.
Учебный план по специальности «Лечебное дело», утвержденный Ученым Советом «ГБОУ ВПО «Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова» «16» мая 2011 г., протокол № 10
Рабочая программа учебной дисциплины одобрена на заседании кафедры химии от 9 октября 2014 г., протокол №3.
Рабочая программа учебной дисциплины одобрена Ученым Советом лечебного факультета от «13» октября 2014 г., протокол № 2.
Председатель Ученого Совета /А.С.Дворников/
Разработчики:
Профессор кафедры химии, к.х.н /И.Ю. Белавин/
Заведующий кафедрой химии, профессор, д.х.н. /В.В. Негребецкий/
2. ВВОДНАЯ ЧАСТЬ
2.1. ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью освоения учебной дисциплины «Химия биомолекул и наносистем» является:
формирование необходимых как для обучения последующим учебным дисциплинам, так и для непосредственного формирования врача, системных знаний о физико-химической сущности и механизмах химических процессов, происходящих в организме человека, закономерностях химического поведения основных биологически важных классов неорганических и органических соединений, необходимых для рассмотрения процессов, протекающих в живом организме на молекулярном, надмолекулярном и (или) клеточном уровнях.
2.2. МЕСТО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП УНИВЕРСИТЕТА
2.2.1. Учебная дисциплина «Химия биомолекул и наносистем» относится к циклу математических, естественнонаучных дисциплин С2 по специальности 31.05.01 «Лечебное дело» высшего профессионального медицинского образования, изучается во II семестре 1 курса.
2.2.2. Для изучения данной учебной дисциплины студентам необходимы следующие знания, умения и навыки, формируемые предшествующими дисциплинами:
- «Химия».
Знания: основных химических законов и постулатов, химических формул, строения и свойств неорганических и органических веществ
Умения: писать формулы и уравнения химических реакций, производить расчеты, необходимые для приготовления растворов, рассчитывать осмотическое давление и рН растворов, производить термодинамические и кинетические расчеты, пользоваться правилами химической номенклатуры, предсказывать свойства веществ по их химическому строению.
Навыки: безопасной работы в химической лаборатории.
2.2.3. Перечень последующих учебных дисциплин, для которых необходимы знания, умения и навыки, формируемые данной учебной дисциплиной:
успешное освоение курса химии является непременным условием формирования качественного уровня знаний, необходимого для изучения последующих дисциплин: на младших курсах – гистологии, физики, биологии; на старших курсах – биохимии, нормальной физиологии, патофизиологии, фармакологии, хирургии, терапии, акушерства и гинекологии, гигиены и основ экологии человека, реаниматологии и интенсивной терапии, дерматовенерологии, лучевой диагностики и терапии, неврологии, отолярингологии, офтальмологии, травматологии, общественного здоровья и здравоохранения.
2.3. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Изучение данной учебной дисциплины направлено на формирование у обучающихся по специальности 31.05.01 «Лечебное дело» с квалификацией врач следующих общекультурных (ОК) и профессиональных (ПК) компетенций:
№
п/п
|
Номер/
индекс
компет.
|
Содержание компетенции
(или ее части)
|
В результате изучения учебной дисциплины обучающиеся должны:
|
Оценочные средства
|
Знать
|
Уметь
|
Владеть
|
|
ОК-1
|
способен и готов анализировать социально-значимые проблемы и процессы, использовать на практике методы … естественнонаучных, … наук в различных видах профессиональной и социальной деятельности
|
Основные закономерности и перспективы развития химических наук в приложении к медико-биологическим проблемам
|
Анализировать получаемые экспериментальные результаты и делать соответствующие выводы
|
Навыками выражать сделанные выводы в доступной для понимания форме
|
Собеседование
|
|
ОК-2
|
способен и готов к анализу мировоззренческих, социально и личностно значимых проблем, основных философских категорий, к самосовершенствованию
|
Философские аспекты развития химических наук в приложении к решению медико-биологических задач
|
Обобщать результаты умственной и практической деятельности в изучении химических наук
|
Навыками самостоятельной работы с учебниками, книгами, интернетом
|
Собеседование
|
|
ПК-2
|
выявлять естественно-научную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности врача по специальности «Лечебное дело», использовать для их решения соответствующий физико-химический и математический аппарат
|
Физико-химические характеристики объектов, являющихся предметом изучения общей, неорганической органической и коллоидной химии
|
Оценивать характеристики различных биологических сред (осмотического давления, pH, буферной емкости и других параметров)
|
Навыками извлечения необходимой информации из результатов измерений, оценивать надежность полученных данных
|
Тестирование
письменное;
Контральная
работа;
Собеседование;
Защита лабораторной работы
|
|
ПК-7
|
способен и готов применять методы асептики и антисептики, использовать медицинский инструментарий, проводить санитарную обработку лечебных и диагностических помещений медицинских организаций, владеть техникой ухода за больными
|
Строение и физико-химические свойства веществ, применяемых в санитарно-гигиенической практике
|
Рассчитывать массы и объемы веществ, необходимые для приготовления растворов с необходимым содержание компонентов
|
Навыками приготовления растворов
различных веществ
|
Тестирование
письменное;
Контральная
работа;
Собеседование;
Защита лабораторной работы
|
|
ПК-11
|
способен и готов использовать методы оценки природных и медико-социальных факторов среды в развитии болезней, их коррекции, осуществлять профилактические мероприятия по предупреждению инфекционных, паразитарных и неинфекционных болезней, проводить санитарно-просветительскую работу по гигиеническим вопросам
|
Основы химии биогенных элементов и их соединений, применяемых в медицинской практике
|
Проводить качественные реакции на эти соединения
|
Навыками безопасной работы в химической лаборатории
|
Тестирование
письменное;
Контральная
работа;
Собеседование;
Защита лабораторной работы
|
|
ПК-15
|
способен и готов к постановке диагноза на основании результатов биохимических исследований биологических жидкостей и с учетом законов течения патологии по органам, системам организма в целом
|
Наиболее важные законы химии
|
Применять эти законы к конкретным биологическим системам
|
Навыками расчета наиболее важных параметров и их изменений в приложении к биологическим объектам
|
Тестирование
письменное;
Контральная
работа;
Собеседование;
Защита лабораторной работы
|
|
ПК-20
|
способен и готов назначать адекватное (терапевтическое и хирургическое) лечение в соответствии с выставленным диагнозом, осуществлять алгоритм выбора медикаментозной и немедикаментозной терапии (лечебное питание, двигательный режим и др.) больным с инфекционными и неинфекционными заболеваниями.
|
Наиболее важные законы химии
|
Применять эти законы к конкретным биологическим системам
|
Навыками расчета наиболее важных параметров и их изменений в приложении к биологическим объектам
|
Тестирование
письменное;
Контральная
работа;
Собеседование;
Защита лабораторной работы
|
|
ПК-22
|
способен и готов назначать и использовать медикаментозные средства, проводить мероприятия по соблюдению правил их хранения
|
Наиболее важные законы химии
|
Применять эти законы к конкретным биологическим системам
|
Навыками расчета наиболее важных параметров и их изменений в приложении к биологическим об.
|
Тестирование
письменное;
Контральная
работа;
Собеседование;
Защита лабораторной работы
|
3. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
3.1. ОБЪЕМ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Вид учебной работы
|
Всего часов / зачетных единиц
|
Аудиторные занятия (всего)
|
72
|
В том числе:
|
-
|
Лекции (Л)
|
18
|
Лабораторно-практические занятия (ЛПЗ)
|
54
|
Самостоятельная работа (всего)
|
36
|
В том числе:
|
-
|
Подготовка и оформление лабораторных работ
|
4
|
Другие виды самостоятельной работы
|
|
Самоподготовка
|
32
|
Вид промежуточной аттестации
|
Зачет
|
Общая трудоемкость дисциплины составляет по вариативной части ФГОС ВПО
3 зач.ед./108часов
|
3.2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
3.2.1. Содержание разделов дисциплины
№ п/п
|
Название раздела дисциплины вариативной части ФГОС
|
Содержание раздела
|
1.
|
Биологические окислительно-восстановительные системы
|
Окислительно-восстановительные реакции органических соединений. Реакции гидрирования и дегидрирования. Понятие о системе ФАД–ФАДH2. Реакции окисления спиртов, альдегидов, аминов. Восстановление альдегидов, кетонов, иминов. Понятие о системах НАД+–НАДH и НАДФ+–НАДФH. Окислительно-восстановительные системы хинон–гидрохинон и тиол–дисульфид. Пероксидное окисление C–H-связи. Окисление ненасыщенных и ароматических соединений через эпоксиды. Понятие о реакциях гидроксилирования. Окисление азот- и серосодержащих соединений.
|
2.
|
Биологически важные поли - и гетерофунциональные соединения
|
Особенности химического поведения поли - и гетерофункциональных соединений. Реакции циклизации, хелатообразования, декарбоксилирования, окислительного декарбоксилирования, элиминирования, дегидратации, дезаминирования, фосфорилирования.
Таутомерия. Кето-енольная и енамин-иминная таутомерия как следствие повышенной СН-кислотности альфа-углеродного атома. Лактим-лактамная таутомерия и таутомерия азолов. Цикло-оксо-таутомерия гидроксикарбонильных соединений.
Биологически важные поли- и гетерофункциональные соединения. Многоатомные спирты. Этиленгликоль, глицерин, сорбит, ксилит. Фосфорилирование многоатомных спиртов. Образование комплексных соединений.
Двухатомные фенолы. Пирокатехин, резорцин, гидрохинон. Реакции окисления гидрохинона и пирокатехина. Понятие о витамине E.
Хиноны. Их строение. Восстановление хинонов. Орто- и пара-бензохиноны, нафтохинон. Понятие об убихинонах, витаминах K. Аминоспирты и аминофенолы. Коламин, холин, сфингозин, п-аминофенол. Понятие о катехоламинах. Алкилирование и ацилирование аминоспиртов. Ацетилхолин. Бета-Галогенамины и этиленимины. Причины их высокой алкилирующей активности.
Ненасыщенные карбоновые кислоты. Кротоновая, малеиновая и фумаровая кислоты. Образование их по реакциям дегидрирования, дегидратации, дезаминирования. Гидрирование ненасыщенных кислот. Гидратация a,b-ненасыщенных кислот. Двухосновные карбоновые кислоты. Щавелевая, малоновая, янтарная, глутаровая кислоты. Декарбоксилирование малоновой кислоты.
Гидроксикислоты. Гликолевая, молочная, гидроксимасляные кислоты. Яблочная, винная, лимонная кислоты. Реакции дегидратации и циклизации в ряду гидроксикислот. Лактоны. Салициловая кислота и ее производные. Оксокислоты. Пировиноградная, ацетоуксусная, щавелевоуксусная, a-кетоглутаровая кислоты. Реакция декарбоксилирования b-оксокислот. Окислительное декарбоксилирование a-оксокислот. Восстановительное аминирование a-оксокислот. Угольная кислота и ее производные. Уретаны, мочевина, гуанидин, уреиды кислот
|
3.
|
Стереоизомерия органических соединений
|
Понятие о конформацях органических молекул. Конфигурация органических молекул. Пространственная изомерия. Энантиомерия и диастереомерия. Асимметрический атом углерода. Формулы Фишера. D- и L-ряды. Стереохимические формулы. Оптическая активность
|
4.
|
Углеводы
|
Углеводы. Моносахариды. Классификация и стереоизомерия. D- и L-ряды. Кетозы и альдозы. Глицериновый альдегид и дигидроксиацетон. Рибоза, ксилоза. Глюкоза, манноза, галактоза, фруктоза. Дезокси- и аминосахара. Дезоксирибоза, глюкозамин, маннозамин, галактозамин. Цикло-оксо-таутомерия моносахаридов. Пиранозы и фуранозы. Формулы Фишера и Хеуорса, a- и b-аномеры. Карбонильная группа как прохиральный центр. Ацилирование аминосахаров. Гликозиды. Их образование и гидролиз. Окисление моносахаридов. Гликоновые, гликаровые, гликуроновые кислоты. Понятие об аскорбиновой кислоте. Взаимопревращение альдоз и кетоз (эпимеризация моносахаридов).
Дисахариды. Мальтоза, целлобиоза, лактоза, сахароза. Восстанавливающие и невосстанавливающие дисахариды. Типы гликозидных связей в дисахаридах. Гидролиз дисахаридов. Полисахариды. Строение крахмала, гликогена и целлюлозы.
|
5.
|
Гетероциклические
соединения, нуклеозиды, нуклеотиды, нуклеиновые кислоты
|
Биологически важные гетероциклические системы. Пяти - и шестичленные гетероциклы с одним атомом азота. Пиррол. Пиридин. Их кислотно-основные свойства. Различие пиррольного и пиридинового атома азота. Алкилирование пиридина. Понятие о тетрапиррольных металлокомплексах (гем). Никотиновая и изоникотиновые кислоты. Никотинамид (витамин PP). Пиридоксаль (витамин B6). Индол. Триптофан. Серотонин. Пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомами (азолы). Пиразол, имидазол, тиазол, оксазол. Кислотно-основные свойства и таутомерия азолов. Гистидин и гистамин. Пиримидин. Гидрокси - и аминопроизводные пиримидина. Урацил, тимин, цитозин, барбитуровая кислота. Их таутомерия. Понятие о барбитуратах. Конденсированные гетероциклы с несколькими гетероатомами. Пурин. Гидрокси- и аминопурины. Аденин, гуанин, гипоксантин, ксантин, мочевая кислота. Их таутомерия. Ураты. Нуклеотиды и нуклеозиды. Их строение. Конфигурация гликозидного центра. строение пиримидиновых и пуриновых нуклеозидов. Дезоксинуклеотиды. Мононуклеотиды-биорегуляторы (АТФ и ее гидролиз, АДФ, АМФ). Циклический аденозинмонофосфат (цАМФ). Никотинамидмононуклеотид. Понятие о строении динуклеотидов (кофермент A, НАД+, ФАД). Понятие о строении нуклеиновых кислот
|
6.
|
Липиды
|
Омыляемые липиды. Классификация. Особенности строения жирных кислот, входящих в состав омыляемых липидов. Стеариновая, пальмитиновая, олеиновая, линолевая, линоленовая и арахидоновая кислоты. Воска. Триацилглицерины (жиры) и мыла. Фосфатидовые кислоты. Фосфатиды (фосфатидилсерин, фосфатидилколамины, фосфатидилхолины). Сфинголипиды. Церамиды. Сфингомиелины, цереброзиды. Понятие о ганглиозидах.
|
7.
|
Физико-химические свойства органических наносистем
|
Микрогетерогенные и грубодисперсные систем. Коллоидные ПАВ, их классификация. Механизм самопроизвольного образования органических наносистем в растворах коллоидных ПАВ. Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ). Строение мицелл коллоидных ПАВ. Изменение формы мицелл при изменении концентрации раствора коллоидного ПАВ. Солюбилизация в растворах коллоидных ПАВ. Биологическая роль мицеллообразования и солюбилизации. Эмульсии, их классификация по концентрации и по типу эмульсии. Стабилизация эмульсий, зависимость типа эмульсии от гидрофильно-липофильных свойств эмульгатора. Понятие о гидрофильно-липофильном балансе ПАВ-эмульгаторов. Обращение фаз эмульсий. Пены. Основные характеристики пен: устойчивость, кратность, дисперсность. Стабилизация пен. Аэрозоли. Пути образования аэрозолей. Причины агрегативной неустойчивости аэрозолей. Разрушение эмульсий, пен, аэрозолей.
|
8.
|
α-аминокислоты, пептиды
|
Аминокислоты. Общие свойства аминокислот как бифункциональных соединений. Диполярный ион. Реакция элиминирования b-аминокислот. Реакция циклизации g-аминокислот. Лактамы. a-Аминокислоты, входящие в состав белков. Их классификация и стереоизомерия. Глицин, аланин, лейцин, изолейцин, валин, серин, треонин, цистеин, метионин, фенилаланин, тирозин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты, глутамин, аспаргин, лизин, аргинин, пролин, гистидин, триптофан. Биологически важные реакции a-аминокислот: декарбоксилирование, дезаминирование, окислительное дезаминирование, трансаминирование, элиминирование, гидроксилирование, альдольное расщепление, гидролиз. Образование комплексных соединений. Образование пептидной связи и ее гидролиз. Строение пептидов. Ароматические аминокислоты (п-аминобензойная кислота, п-аминосалициловая кислота). Сульфаниловая кислота и ее производные
|
9.
|
Физико-химические свойства растворов биополимеров
|
Особенности растворов ВМС. Кислотно-основные свойства белков как полиамфолитов: белок-кислота, белок-основание, изоэлектрическое состояние (ИЭС) и изоэлектрическая точка (ИЭТ) белков, pI. Поведение белковых макромолекул в ИЭС и при значениях pH среды, отличных от pI. Электрофорез в растворах белков. Образование растворов ВМС. Набухание ВМС: механизм набухания, стадии набухания, движущие силы стадий набухания. Контракция. Термодинамика набухания. Влияние различных факторов (природы полимера, температуры, электролитов, pH среды, формы макромолекул) на набухание. Ограниченное и неограниченное набухание. Причины ограниченного набухания. Антагонистическое набухание. Устойчивость растворов ВМС. Факторы, обеспечивающие термодинамическую устойчивость растворов белков. Нарушение устойчивости растворов белков: высаливание, коацервация, денатурация. Механизм высаливания, высаливающие агенты. Влияние на процесс высаливания природы высаливающего агента, pH среды, температуры, природы и размеров макромолекул. Обратимость высаливания. Применение высаливания для разделения белковых смесей. Механизм коацервации и вызывающие ее факторы. Обратимость коацервации. Комплексная коацервация. Значение коацервации и комплексной коацервации для биологических систем. Денатурация белков. Сущность процесса денатурации. Физические и химические денатурирующие агенты. Обратимая и необратимая денатурация. Отличие денатурированного белка от нативного. Физиологическое значение денатурации. Процессы структурообразования в золях и растворах ВМС. Механизм гелеобразования и застудневания. Коагуляционные и конденсационно-кристаллизационные структуры. Факторы, влияющие на процессы гелеобразования и застудневания: концентрация золя или раствора ВМС, форма частиц, температура, pH раствора белка. Тиксотропия золей и студней. Синерезис в гелях и студнях и его причины. Физиологическая роль студней, тиксотропии и синерезиса. Молекулярно-кинетические и коллигативные свойства растворов ВМС и золей. Броуновское движение. Уравнение Эйнштейна для расчета сдвига частицы. Диффузия. Уравнение Эйнштейна для расчета коэффициента диффузии. Закон Фика. Зависимость броуновского движения и диффузии от температуры, вязкости среды и размера частиц. Роль диффузии в биологических процессах. Осмотическое давление золей и растворов ВМС. Уравнение Вант-Гоффа для осмотического давления золей. Особенности проявления броуновского движения, диффузии и осмотического давления в растворах ВМС (понятие о сегментном характере молекулярно-кинетических свойств ВМС). Зависимость осмотического давления растворов ВМС от концентрации и pH. Уравнение Галлера. Онкотическое давление плазмы крови. Роль осмоса в биологических системах. Мембранное равновесие Доннана и его анализ. Физиологическое значение мембранного равновесия. Вязкость растворов ВМС и золей. Основы теории Эйнштейна вязкости агрегативно устойчивых разбавленных золей. Уравнение Эйнштейна для расчета вязкости дисперсных систем. Относительная и удельная вязкость. Уравнение Штаудингера для расчета вязкости разбавленных растворов ВМС. Приведенная и характеристическая вязкость. Зависимость вязкости разбавленных растворов ВМС от концентрации, температуры, pH среды и формы макромолекул. Ньютоновские и неньютоновские жидкости. Вязкость концентрированных растворов ВМС, структурная вязкость. Аномалии вязкости: зависимость от давления (отклонение /нарушение/ от закона Ньютона), отклонение /нарушение/ от закона Пуазейля, изменение вязкости при перемешивании или прогревании раствора ВМС. Методы определения ИЭТ белков по степени набухания, вязкости раствора белка, по скорости электрофореза. Методы определения молекулярной массы полимеров: вискозиметрический, осмометрический. Студни
|
10.
|
Хроматография
|
Хроматография как метод исследования биологических систем. Сорбция и десорбция как основной принцип хроматографии. Классификация хроматографических методов разделения веществ по механизму разделения веществ: адсорбционная, ионообменная, молекулярно-ситовая и биоспецифическая хроматография.
|
11.
|
Физиологически активные органические соединения
|
Строение и биологическая активность органических соединений. Химические аспекты токсикологии. Влияние окружающей среды на организм человека.
| |
