Predmet bioorganickej chémie. Bioorganická chémia (BOC), jej význam v medicíne

“ … Stalo sa toľko úžasných udalostí

Že sa jej teraz nezdalo nič možné ”

L. Carroll „Alica v krajine zázrakov“

Bioorganická chémia vyvinuté na hranici dvoch vied: chémie a biológie. V súčasnosti k nim spája medicína a farmakológia. Všetky tieto štyri vedy využívajú moderné metódy fyzikálneho výskumu, matematickej analýzy a počítačového modelovania.

V roku 1807 Y. I. Berzelius navrhol, že látky ako olivový olej alebo cukor, ktorý je v prírode bežný organický.

Do tejto doby už bolo známych veľa prírodných zlúčenín, ktoré sa neskôr začali definovať ako sacharidy, bielkoviny, lipidy, alkaloidy.

V roku 1812 ruský chemik K. S. Kirchhoff škrob sa zmenil pomocou kyseliny na cukor, ktorý sa neskôr nazval glukóza.

V roku 1820 francúzsky chemik A. Brakonno spracovaním proteínu s želatinou získal glycínovú látku patriacu do triedy zlúčenín, ktorá sa neskôr uskutočnila Berzelius menovaný aminokyseliny.

Za dátum narodenia organickej chémie možno považovať prácu publikovanú v roku 1828 F. Velerakto najskôr syntetizoval látku prírodného pôvodu – močovina z anorganickej zlúčeniny kyanatanu amónneho.

V roku 1825 fyzik Faraday oddelil benzén od plynu, ktorý sa používal na osvetlenie mesta Londýn. Prítomnosť benzénu môže vysvetliť dymový plameň londýnskych lampiónov.

V roku 1842 g. N.N. Zinin vyrobený synté s anilín,

V roku 1845 A.V. Kolbe, študent F. Wöhlera, syntetizoval kyselinu octovú - nepochybne prírodnú organickú zlúčeninu - z počiatočných prvkov (uhlík, vodík, kyslík)

V roku 1854 P. M. Berthelotzahriaty glycerín s kyselinou stearovou a získal sa tristearín, ktorý sa ukázal ako identický (identický) s prírodnou zlúčeninou izolovanou z tukov. Ďalej POPOLUDNIE. Berthelot vzal ďalšie kyseliny, ktoré neboli izolované z prírodných tukov, a získal zlúčeniny veľmi podobné prírodným tukom. Týmto francúzsky chemik dokázal, že je možné získať nielen analógy prírodných zlúčenín, ale aj vytvárať nové, podobné a zároveň odlišné od prírodných.

Mnoho významných úspechov v organickej chémii v druhej polovici 19. storočia súvisí so syntézou a štúdiom prírodných látok.

V roku 1861 vydal nemecký chemik Friedrich August Kekule von Stradonitz (vo vedeckej literatúre vždy nazývaný Kekulé) učebnicu, v ktorej definoval organickú chémiu ako chémiu uhlíka.

V období 1861-1864. Ruský chemik A.M. Butlerov vytvoril jednotnú teóriu štruktúry organické zlúčeniny, ktorý umožnil previesť všetky dostupné úspechy na jeden vedecký základ a otvoril cestu k rozvoju vedy o organickej chémii.

V rovnakom období D.I. Mendeleev. známy po celom svete ako vedec, ktorý objavil a formuloval periodický zákon zmien vlastností prvkov, vydal učebnicu „Organic Chemistry“. Máme k dispozícii jeho 2. vydanie. (Revidované a doplnené, Publikácia verejnoprospešného partnerstva, Petrohrad, 1863, 535 s.)

Veľký vedec vo svojej knihe jasne definoval vzťah medzi organickými zlúčeninami a životne dôležitými procesmi: „Mnoho z tých procesov a látok, ktoré sú produkované organizmami, sa môžeme množiť umelo mimo organizmu. Teda bielkovinové látky, ktoré sa pod vplyvom kyslíka absorbovaného krvou ničia u zvierat, sa premieňajú na amoniakové soli, močovinu, hlienový cukor, kyselinu benzoovú a ďalšie látky, ktoré sa zvyčajne vylučujú močom ... Každý osobitný životný jav nie je dôsledkom nejakej zvláštnej sily , ale vykonávané podľa všeobecných prírodných zákonov„. V tých dňoch sa bioorganická chémia a biochémia ešte nevytvorili

nezávislé smery, spočiatku boli jednotní fyziologická chémiaale postupne sa rozrastali na základe všetkých úspechov do dvoch samostatných vied.

Štúdium prírodných vied o bioorganickej chémii súvislosť medzi štruktúrou organických látok a ich biologickými funkciami, využívajúca hlavne metódy organickej, analytickej, fyzikálnej chémie, ako aj matematiky a fyziky

Hlavným rozlišovacím znakom tohto predmetu je štúdium biologickej aktivity látok v súvislosti s analýzou ich chemickej štruktúry.

Predmety štúdia bioorganickej chémie: biologicky významné prírodné biopolyméry - bielkoviny, nukleové kyseliny, lipidy, nízkomolekulárne látky - vitamíny, hormóny, signálne molekuly, metabolity - látky podieľajúce sa na energetickom a plastickom metabolizme, syntetické lieky.

Medzi hlavné úlohy bioorganickej chémie patria:

1. Vývoj metód izolácie, čistenia prírodných zlúčenín, použitie lekárskych metód na hodnotenie kvality liečiva (napríklad hormónu podľa stupňa aktivity);

2. Stanovenie štruktúry prírodnej zlúčeniny. Používajú sa všetky metódy chémie: stanovenie molekulovej hmotnosti, hydrolýza, analýza funkčných skupín, optické výskumné metódy;

3. vývoj metód syntézy prírodných zlúčenín;

4. Štúdium závislosti biologického pôsobenia na štruktúre;

5. Objasnenie podstaty biologickej aktivity, molekulárnych mechanizmov interakcie s rôznymi štruktúrami buniek alebo s ich zložkami.

Vývoj bioorganickej chémie v priebehu desaťročí súvisí s menami ruských vedcov:D. I. Mendeleeva, A. M. Butlerova, N. N. Zinina, N. D. Zelinský, A. N. Belozerský, N. A. Preobraženský, M. M. Šemyakin, Yu.A. Ovchinnikov.

Zakladateľmi bioorganickej chémie v zahraničí sú vedci, ktorí dosiahli veľa významných objavov: štruktúru sekundárnej štruktúry bielkovín (L. Pauling), kompletnú syntézu chlorofylu, vitamínu B 12 (R. Woodward), použitie enzýmov pri syntéze komplexných organických látok. vrátane génu (G. Korán) a ďalších

Na Urale v Jekaterinburgu v oblasti bioorganickej chémie v rokoch 1928 až 1980. pracoval ako vedúci Katedry organickej chémie akademika UPI I.Ya. Postovského, známeho ako jeden zo zakladateľov vedeckého smeru hľadania a syntézy liekov v našej krajine a autor množstva liekov (sulfónamidy, protinádorové látky, protiradiačné, antituberkulózne) .. Vo výskume pokračujú študenti, ktorí pracujú pod vedením akademikov O. N. Chupakhin, V. N. Charushin na USTU-UPI a na Inštitúte organickej syntézy pomenovanom po ňom A I. Postovský z Ruskej akadémie vied.

Bioorganická chémia úzko súvisí s úlohami medicíny, je nevyhnutná pre štúdium a porozumenie biochémie, farmakológie, patofyziológie a hygieny. Celý vedecký jazyk bioorganickej chémie, prijatý zápis a použité metódy sa nelíšia od organickej chémie, ktorú ste študovali na škole

Predmet bioorganickej chémie.
Štruktúra a izoméria organických látok
spojenia.
Chemická väzba a interakcia
atómy v organických zlúčeninách.
Druhy chemických reakcií.
Poly- a heterofunkčné
spojenia.
Hlavná učebnica - Tyukavkina N.A., Baukov Yu.I.
Bioorganická chémia.
Text prednášok a manuálu "Bioorganická chémia v Bratislave"
otázky a odpovede “nájdete na webovej stránke TSU http://tgumed.ru
záložka "Pomoc študentom", časť "Prednášky o."
učebných osnov “. A samozrejme VK

Bioorganická chémia študuje štruktúru a vlastnosti látok zapojených do procesov života v súvislosti s poznatkami o ich biologických vlastnostiach

Bioorganická chémia študuje štruktúru a vlastnosti látok
účasť na životných procesoch v súvislosti s
vedomosti o ich biologických funkciách.
Hlavné predmety štúdia sú biologické
polyméry (biopolyméry) a bioregulátory.
Biopolyméry
–
vysoká molekulová hmotnosť
prirodzené
zlúčeniny, ktoré sú štrukturálnym základom všetkého živého
organizmy a zohrávajú úlohu v procesoch
životná činnosť. Medzi biopolyméry patria peptidy a
bielkoviny, polysacharidy (sacharidy), nukleové kyseliny. IN
do tejto skupiny patria aj lipidy, ktoré samy o sebe nie sú
sú zlúčeniny s vysokou molekulovou hmotnosťou, ale v
telo je zvyčajne spojené s inými biopolymérmi.
Bioregulátory sú chemické látky
regulovať metabolizmus. Patria sem vitamíny,
hormóny, veľa syntetických biologicky aktívnych
zlúčeniny vrátane liečivých látok.

Súbor chemických reakcií prebiehajúcich v tele sa nazýva metabolizmus alebo metabolizmus. Látky tvorené v bunkách, mk

Súbor chemických reakcií v tele,
nazýva sa metabolizmus alebo metabolizmus. Látky,
tvorené v bunkách, tkanivách a orgánoch rastlín a živočíchov
v procese metabolizmu sa nazývajú metabolity.
Metabolizmus zahŕňa dve oblasti - katabolizmus a
anabolizmus.
Katabolizmus sa týka reakcií rozkladu vstupujúcich látok
do tela s jedlom. Spravidla sú sprevádzané oxidáciou organických zlúčenín a pokračujú v uvoľňovaní
energie.
Anabolizmus je syntéza komplexných molekúl z
jednoduchšie, čo má za následok vznik a obnovu štrukturálnych prvkov živého organizmu.
Metabolické procesy prebiehajú za účasti enzýmov,
tie. špecifické proteíny, ktoré sa nachádzajú v bunkách
organizmus a zohrávajú úlohu katalyzátorov pre biochemické procesy
procesy (biokatalyzátory).

Metabolizmus

katabolizmus
anabolizmus
Rozklad biopolymérov
s dôrazom
energie
Syntéza biopolymérov
s absorpciou
energie
Glycerín a
mastné kyseliny

Hlavné ustanovenia teórie štruktúry organických zlúčenín A.M. Butlerovej

1. Atómy v molekule sa nachádzajú v určitej
sekvencie podľa ich valencie.
Valencia atómu uhlíka v organickej
spojov je štyri.
2. Vlastnosti látok závisia nielen od toho, čo
atómy a v akom množstve sú obsiahnuté v
molekúl, ale aj v poradí, v akom sú
vzájomne prepojené.
3. Atómy alebo skupiny atómov, ktoré tvoria
molekuly sa navzájom ovplyvňujú, z čoho
chemická aktivita a reakcia
schopnosť molekúl.
4. Štúdium vlastností látok vám umožňuje určiť ich
chemická štruktúra.

G o m o l o g a ch e c i y r i d

Homológne
riadok
Rad štruktúrne podobných zlúčenín, ktoré majú
podobné chemické vlastnosti, pri ktorých jednotl
členovia série sa navzájom líšia iba výškou
skupiny -CH2- sa nazýva homologická séria a skupina
CH2 - homológny rozdiel.
Členovia ktorejkoľvek homológnej série majú ohromujúci dojem
väčšina reakcií prebieha rovnakým spôsobom (výnimka
tvoria iba prví členovia série). Preto vediac
chemické reakcie iba jedného člena série, je možné s
s vysokou pravdepodobnosťou tvrdiť, že to isté
typ transformácie postupovať aj u ostatných členov
homológna séria.
Pre každú homológnu sériu je možné odvodiť
všeobecný vzorec odrážajúci pomer medzi atómami
uhlík a vodík v členoch tejto série; taký vzorec
sa nazýva všeobecný vzorec homologickej série.

Klasifikácia organických zlúčenín podľa štruktúry uhlíkového skeletu

Klasifikácia organických zlúčenín podľa prítomnosti funkčných skupín

Funkčná skupina
Trieda
Príklad
atómy halogénu (F, Cl, Br, I) halogénové deriváty СН3СН2Cl (chlóretán)
hydroxyl (–OH)
alkoholy (fenoly)
CH3CH2OH (etanol)
tiol alebo merkapto- (- tioly (merkaptány) CH3CH2SH (etántiol)
SН)
éterický (–O–)
étery
CH3CH2-0-CH2CH3
(dietyl
éter)
ester
karboxyl-C OSN
estery
CH3CH2COOCH3 (metylacetát)
karboxylové kyseliny CH3COOH (kyselina octová)
amid –C ОNН2
amidy
karbonyl (–C \u003d O)
sulfo- (-SO3H)
amino (–NH2)
aldehydy a
ketóny
sulfónové kyseliny
amíny
nitro- (–NO2)
nitrozlúčeniny
kyselín
CH3CONH2 (acetamid)
CH3CHO (etanal)
CH3COCN3 (propanón)
CH3SO3H (kyselina metánsulfónová)
CH3CH2NH2
(etylamín,
primárny amín)
CH3NHCH3
(dimetylamín,
sekundárny amín)
CH3CH2NO2 (nitroetán)

Názvoslovie organických zlúčenín

Izoméria organických zlúčenín

Ak majú dve alebo viac jednotlivých látok
rovnaké kvantitatívne zloženie (molekulárny vzorec),
ale líšia sa od seba vo väzbovej sekvencii
atómy a (alebo) ich usporiadanie v priestore, potom všeobecne
nazývajú sa izoméry.
Pretože štruktúra týchto zlúčenín je odlišná, potom
chemická príp fyzikálne vlastnosti izoméry
líšia sa.
Typy izomérie: štrukturálne (štruktúrne izoméry) a
stereoizoméria (priestorová).
Štrukturálny izomerizmus môže byť troch typov:
- izoméria uhlíkového skeletu (reťazové izoméry),
- pozičné izoméry (viacnásobné väzby alebo funkčné
skupiny),
- izoméry funkčnej skupiny (medzitrieda).
Stereoizoméria je rozdelená
konfigurácia
na
konformačný
a

Toto je taká geometrická izoméria

Rovinné polarizované svetlo

Známky optickej aktivity:
- prítomnosť asymetrického atómu uhlíka;
- absencia symetrických prvkov molekuly

Enantioméry adrenalínu
bielkoviny
Aniónové
Plochý
centrum
povrch
neobsadený
Plochý
Aniónové
povrch
centrum
zaneprázdnený
(+) - adrenalín
(-) - adrenalín
neúplné
súlad
nízka
činnosť
kompletný
súlad
vysoká
činnosť

Biologická aktivita enantiomérov

asparagín
DARVON
analgetikum
NOVRAD
antitusikum
zrkadlo
L-asparagín
D-asparagín
(zo špargle)
(z hrachu)
horká chuť
sladká chuť
enantioméry
Obete talidomidu

Kyslosť a zásaditosť organických zlúčenín

Bronstedové kyseliny (protické kyseliny) -
neutrálne molekuly alebo ióny schopné
darovať protón (darcovia protónov).
Typické Bronstedove kyseliny sú karboxylové
kyselina. Slabšie kyslé vlastnosti majú
hydroxylové skupiny fenolov a alkoholov, ako aj tio-,
amino a imino skupiny.
Bronstedové bázy sú neutrálne molekuly resp
ióny schopné pripojiť protón (akceptory
protóny).
Typickými Bronstedovými bázami sú amíny.
Amfolyty - zlúčeniny, v molekulách
ktoré sú kyslé aj
hlavné skupiny.

Brønstedove typy kyselín a zásad

Hlavné centrá v molekule novokaínu

Využitie základných vlastností na získanie vo vode rozpustných foriem liekov

Hlavný
vlastnosti
liečivé
lieky
sa používajú na získanie ich vo vode rozpustných foriem.
Pri interakcii s kyselinami sa tvoria zlúčeniny
iónové väzby - soli, ktoré sú vysoko rozpustné vo vode.
Takže novokaín na injekciu
používa sa vo forme hydrochloridu.
najsilnejšie hlavné centrum,
spojené protónom

Acidobázické vlastnosti látok a ich príjem do tela

lipid
membrána
Žalúdok pH 1
UNSD
lipid
membrána
krvná plazma
pH 7,4
UNSD
OCOSN3
Žalúdok pH 1
+
OCOSN3
NH3
SOOOOSN3
SOO-
NH2
NH2
OCOSN3
Črevo, pH 7-8
krvná plazma
pH 7,4
Črevo, pH 7-8
Kyslé lieky sa lepšie vstrebávajú zo žalúdka (pH 1 - 3),
a dochádza len k absorpcii liekov alebo xenobiotík
po prechode zo žalúdka do čriev (pH 7-8). Počas
jednu hodinu od žalúdka potkanov je absorbovaných takmer 60% acetylsalicylovej
kyseliny a iba 6% anilínu z podanej dávky. V črevách potkanov
už absorboval 56% podanej dávky anilínu. Taký slabý základ
ako kofeín (pKBH + 0,8), sa vstrebáva súčasne v oveľa väčšej miere
stupňa (36%), pretože aj vo vysoko kyslom prostredí žalúdka kofeín
je prevažne v neionizovanom stave.

Typy reakcií v organickej chémii

Organické reakcie sú klasifikované podľa
nasledujúce znaky:
1. Podľa elektronickej povahy reagencií.
2. Zmenou počtu častíc počas reakcie.
3. Súkromnými značkami.
4. Mechanizmami elementárnych
fázy reakcií.

V závislosti od elektronickej povahy reagencií sa rozlišujú reakcie: nukleofilné, elektrofilné a voľné radikály

Voľné radikály sú elektricky neutrálne častice,
majúci nespárený elektrón, napríklad: Cl, NO2.
Pre alkány sú charakteristické reakcie voľných radikálov.
Elektrofilnými činidlami sú katióny alebo molekuly
ktoré samotné alebo v prítomnosti katalyzátora
- majú zvýšenú afinitu k elektronickému páru alebo -
negatívne nabité centrá molekúl. Tie obsahujú
katióny H +, Cl +, + NO2, + SO3H, R + a molekuly s voľnými
orbitaly AlCl3, ZnCl2 atď.
Elektrofilné reakcie sú charakteristické pre alkény, alkíny,
aromatické zlúčeniny (adícia s dvojnou väzbou,
substitúcia protónov).
Nukleofilné činidlá sú anióny alebo molekuly, ktoré
majúce centrá so zvýšenou hustotou elektrónov. K nim
zahŕňajú anióny a molekuly ako napr
HO-, RO-, Cl-, Br-, RCOO-, CN-, R-, NH3, C2H5OH atď.

Zmenou
počet častíc v priebehu
reakcie rozlišovať
substitučné reakcie,
pristúpenie,
odštiepenie
(eliminácia),
rozklad

Klasifikácia reakcií podľa konkrétnych charakteristík

Reaktivita sa vždy berie do úvahy
iba vo vzťahu k reakčnému partnerovi.
Počas chemickej premeny zvyčajne
nie je ovplyvnená celá molekula, ale iba jej časť -
reakčné centrum.
Organická zlúčenina môže obsahovať
niekoľko nerovnakých reakčných centier.
Reakcie môžu viesť k izomérnym produktom.
Selektívnosť reakcie - kvalitatívna
charakteristický význam prednostný
reakcia prebieha jedným smerom od
niekoľko možných.
Rozlišovať regioselektivitu,
chemoselektivita, stereoselektivita reakcie.

Selektivita reakcií v organickej chémii

Regioselektivita - preferovaný priebeh reakcie
jedno z niekoľkých reakčných centier molekuly.
CH3-CH2-CH3 + Br2
CH3-CHBr-CH3 + HBr
Druhý izomér, 1-brómpropán, sa prakticky netvorí.
Výhodným priebehom reakcie je chemoselektivita
jednou z príbuzných funkčných skupín.
Stereoselektivita je preferovanou tvorbou v reakcii
jeden z niekoľkých možných stereoizomérov.

Polyfunkčné zlúčeniny obsahujú
niekoľko identických funkčných skupín.
Heterofunkčné zlúčeniny obsahujú
niekoľko rôznych funkčných skupín.
Heteropolyfunkčné
zlúčeniny obsahujú ako
rôzne a rovnaké
funkčné skupiny.

Vlastnosti poly- a heterofunkčných zlúčenín

Každá skupina je poly- a heterofunkčná
zlúčeniny môžu vstúpiť do rovnakých reakcií ako
zodpovedajúca skupina v monofunkčné
spojenia

Špecifické vlastnosti poly- a
heterofunkčné zlúčeniny
Cyklizačné reakcie
Tvorba chelatačných komplexov

Polyfunkčné zlúčeniny ako antidotá
Toxický účinok ťažké kovy pozostáva z
väzba tiolových skupín proteínov. V dôsledku toho
životne dôležité enzýmy tela.
Princípom účinku antidotov je tvorba trvácneho
komplexy s iónmi ťažkých kovov.

Grodno "href \u003d" / text / category / grodno / "rel \u003d" bookmark "\u003e Grodno State Medical University", kandidát chemických vied, docent;

Docent na katedre všeobecnej a bioorganickej chémie vzdelávacej inštitúcie „Štátna lekárska univerzita v Grodne“, kandidát biologických vied, docent

Recenzenti:

Katedra všeobecnej a bioorganickej chémie, vzdelávacia inštitúcia „Štátna lekárska univerzita v Gomeli“;

– hlava Katedra bioorganickej chémie Vzdelávacie zariadenie „Bieloruská štátna lekárska univerzita“, kandidát lekárskych vied, docent.

Katedra všeobecnej a bioorganickej chémie vzdelávacieho ústavu „Štátna lekárska univerzita v Grodne“

(zápis od 01.01.01)

Ústredná vedecko-metodická rada vzdelávacej inštitúcie „Štátna lekárska univerzita v Grodne“

(zápis od 01.01.01)

Oddiel o špecializácii 1 Lekárske a psychologické záležitosti vzdelávacieho a metodického združenia univerzít Bieloruskej republiky o lekárskom vzdelávaní

(zápis od 01.01.01)

Zodpovedný za vydanie:

Prvý prorektor vzdelávacej inštitúcie „Štátna lekárska univerzita v Grodne“, profesor, doktor lekárskych vied

Vysvetlivka

Relevantnosť štúdia akademickej disciplíny

„Bioorganická chémia“

Bioorganická chémia je základnou prírodovednou disciplínou. Bioorganická chémia vznikla ako samostatná veda v 2. polovici 20. storočia na styku organickej chémie a biochémie. Dôležitosť štúdia bioorganickej chémie je spôsobená praktickými problémami, ktorým čelí medicína a poľnohospodárstvo (získavanie vitamínov, hormónov, antibiotík, stimulátorov rastu rastlín, regulátorov správania zvierat a hmyzu a ďalších liekov), ktorých riešenie je nemožné bez využitia teoretického a praktického potenciálu bioorganickej chémie.

Bioorganická chémia sa neustále obohacuje o nové metódy izolácie a čistenia prírodných zlúčenín, metódy syntézy prírodných zlúčenín a ich analógov, poznatky o vzťahu medzi štruktúrou a biologickou aktivitou zlúčenín atď.

Najnovšie prístupy k lekárskemu vzdelávaniu spojené s prekonaním reprodukčného štýlu vo výučbe, zabezpečením kognitívnych a výskumných aktivít študentov tiež otvárajú nové vyhliadky na realizáciu potenciálu jednotlivca i tímu.

Účel a ciele disciplíny

Cieľ: formovanie úrovne chemickej spôsobilosti v systéme lekárskeho vzdelávania, ktoré zabezpečuje následné štúdium biomedicínskych a klinických odborov.

Úlohy:

Osvojenie teoretických základov chemických premien organických molekúl vo vzťahu k ich štruktúre a biologickej aktivite;

Formácia: znalosť molekulárnych základov životných procesov;

Rozvoj schopností orientovať sa v klasifikácii, štruktúre a vlastnostiach organických zlúčenín pôsobiacich ako lieky;

Formovanie logiky chemického myslenia;

Rozvoj schopností používať metódy kvalitatívnej analýzy
Organické zlúčeniny;

Chemické znalosti a zručnosti, ktoré tvoria základ chemickej spôsobilosti, prispejú k formovaniu odbornej spôsobilosti absolventa.

Požiadavky na rozvoj akademickej disciplíny

Požiadavky na úroveň zvládnutia obsahu disciplíny „Bioorganická chémia“ sú určené vzdelávacím štandardom vysokoškolského vzdelávania prvého stupňa v cykle všeobecných odborných a špeciálnych disciplín, ktorý je vypracovaný s prihliadnutím na požiadavky kompetenčného prístupu, ktorý označuje minimálny obsah pre danú disciplínu v podobe zovšeobecnených chemických vedomostí a zručností, z ktorých sa skladá bioorganická kompetencia absolvent univerzity:

a) všeobecné vedomosti:

- chápať podstatu predmetu ako vedu a jej vzťah k iným odborom;

Dôležitosť v porozumení metabolických procesov;

Koncept jednoty štruktúry a reaktivity organických molekúl;

Základné zákony chémie potrebné na vysvetlenie procesov prebiehajúcich v živých organizmoch;

Chemické vlastnosti a biologický význam hlavných tried organických zlúčenín.

b) všeobecné zručnosti:

Predpovedajte reakčný mechanizmus na základe poznatkov o štruktúre organických molekúl a metód rozbitia chemických väzieb;

Vysvetliť význam reakcií pre fungovanie živých systémov;

Využiť vedomosti získané pri štúdiu biochémie, farmakológie a iných odborov.

Štruktúra a obsah akademickej disciplíny

V tomto programe štruktúra obsahu odboru „bioorganická chémia“ pozostáva z úvodu do predmetu a z dvoch častí, ktoré sa venujú všeobecným otázkam reaktivity organických molekúl a vlastnostiam hetero- a polyfunkčných zlúčenín zapojených do životne dôležitých procesov. Každá časť je rozdelená do tém, usporiadaných v poradí, ktoré poskytuje optimálne učenie a asimiláciu programového materiálu. Pre každú tému sú prezentované všeobecné vedomosti a zručnosti, ktoré tvoria podstatu bioorganických schopností študentov. V súlade s obsahom každej témy sú definované požiadavky na kompetencie (vo forme systému zovšeobecnených vedomostí a zručností), pre formovanie a diagnostiku ktorých je možné vypracovať testy.

Vyučovacie metódy

Hlavné vyučovacie metódy, ktoré adekvátne spĺňajú ciele štúdia tejto disciplíny, sú:

Vysvetlenie a konzultácie;

Laboratórna hodina;

Prvky problémového učenia (pedagogická a výskumná práca študentov);

Úvod do bioorganickej chémie

Bioorganická chémia ako veda, ktorá študuje štruktúru organických látok a ich premenu v spojení s biologickými funkciami. Predmety štúdia bioorganickej chémie. Úloha bioorganickej chémie pri formovaní vedeckého základu pre vnímanie biologických a lekárskych poznatkov na modernej molekulárnej úrovni.

Teória štruktúry organických zlúčenín a jej vývoj v súčasnej etape. Izoméria organických zlúčenín ako základ rôznych organických zlúčenín. Typy izomérie organických zlúčenín.

Fyzikálnochemické metódy na izoláciu a štúdium organických zlúčenín dôležitých pre biomedicínsku analýzu.

Základné pravidlá systematickej nomenklatúry IUPAC pre organické zlúčeniny: substitučná a radikálno-funkčná nomenklatúra.

Priestorová štruktúra organických molekúl, jej vzťah s typom hybridizácie atómu uhlíka (sp3-, sp2- a sp-hybridizácia). Stereochemické vzorce. Konfigurácia a prispôsobenie. Konformácie s otvoreným reťazcom (zakryté, inhibované, skosené). Energetická charakteristika konformácií. Newmanovy projekčné vzorce. Priestorová konvergencia určitých častí reťazca v dôsledku konformačnej rovnováhy a ako jeden z dôvodov prevládajúcej tvorby päť- a šesťčlenných kruhov. Konformácia cyklických zlúčenín (cyklohexán, tetrahydropyrán). Energetická charakteristika tvarov stoličiek a kúpeľov. Axiálne a rovníkové spojenia. Vzťah priestorovej štruktúry s biologickou aktivitou.

Kvalifikačné požiadavky:

Poznať predmety štúdia a hlavné úlohy bioorganickej chémie,

· Byť schopný klasifikovať organické zlúčeniny podľa štruktúry uhlíkového skeletu a podľa povahy funkčných skupín, používať pravidlá systematickej chemickej nomenklatúry.

· Poznať hlavné typy izomérie organických zlúčenín, byť schopný určiť možné typy izomérov štruktúrnym vzorcom zlúčeniny.

· Poznať rôzne typy hybridizácie atómových orbitalov uhlíka, priestorovú orientáciu väzieb atómu, ich typ a počet v závislosti od typu hybridizácie.

· Poznať energetické charakteristiky konformácií cyklických (stolička, kúpeľ) a acyklických (inhibované, skreslené, zakryté konformácie) molekúl, aby ich bolo možné reprezentovať pomocou Newmanovych projekčných vzorcov.

· Poznať typy stresov (torzné, uhlové, van der Waalsove) vznikajúce v rôznych molekulách, ich vplyv na stabilitu konformácie a molekuly ako celku.

Oddiel 1. Reaktivita organických molekúl v dôsledku vzájomného ovplyvňovania atómov, mechanizmy organických reakcií

Téma 1. Konjugované systémy, aromatickosť, elektronické účinky substituentov

Konjugované systémy a aromatickosť. Konjugácia (p, p - a p, p-konjugácia). Konjugované systémy s otvoreným reťazcom: 1,3-diény (butadién, izoprén), polyény (karotenoidy, vitamín A). Prepojené systémy s uzavretým obvodom. Aromatickosť: kritériá pre aromatickosť, Hückelovo pravidlo aromatickosti. Aromatickosť benzoových (benzén, naftalén, fenantrén) zlúčenín. Konjugačná energia. Štruktúra a dôvody termodynamickej stability karbo- a heterocyklických aromatických zlúčenín. Aromatickosť heterocyklických (pyrol, imidazol, pyridín, pyrimidín, purín) zlúčenín. Atómy dusíka pyrol a pyridín, aromatické systémy s prebytkom a nedostatkom p.

Vzájomný vplyv atómov a spôsoby ich prenosu v organických molekulách. Delokalizácia elektrónov ako jeden z faktorov zvyšujúcich stabilitu molekúl a iónov, jej rozšírený výskyt v biologicky dôležitých molekulách (porfín, hem, hemoglobín atď.). Polarizácia dlhopisov. Elektronické účinky substituentov (indukčné a mezomérne) ako príčina nerovnomerného rozdelenia elektrónovej hustoty a vzhľadu reakčných centier v molekule. Indukčné a mezomérne účinky (pozitívne a negatívne), ich grafické označenie v štruktúrnych vzorcoch organických zlúčenín. Substituenty darujúce elektróny a odoberajúce elektróny.

Kvalifikačné požiadavky:

· Poznať typy konjugácie a vedieť určiť typ konjugácie podľa štruktúrneho vzorca spojenia.

· Poznať kritériá aromatičnosti, vedieť určiť štruktúrnym vzorcom príslušnosť k aromatickým zlúčeninám karbo- a heterocyklických molekúl.

· Vedieť vyhodnotiť elektronický príspevok atómov k vytvoreniu jediného konjugovaného systému, poznať elektronickú štruktúru atómov dusíka pyridínu a pyrolu.

· Poznať elektronické účinky náhrad, dôvody ich vzniku a vedieť graficky znázorniť ich pôsobenie.

· Byť schopný klasifikovať substituenty ako donor elektrónov alebo akceptor elektrónov na základe ich induktívnych a mezomérnych účinkov.

· Byť schopný predpovedať vplyv substituentov na reaktivitu molekúl.

Téma 2. Reaktivita uhľovodíkov. Radikálna substitúcia, elektrofilná adícia a substitučné reakcie

Všeobecné zákony reaktivity organických zlúčenín ako chemický základ pre ich biologické fungovanie. Chemická reakcia ako proces. Pojmy: substrát, činidlo, reakčné centrum, prechodný stav, produkt reakcie, aktivačná energia, rýchlosť reakcie, mechanizmus.

Klasifikácia organických reakcií podľa výsledku (adícia, substitúcia, eliminácia, redox) a podľa mechanizmu - radikálneho, iónového (elektrofilného, \u200b\u200bnukleofilného), konzistentného. Typy reagencií: radikálne, kyslé, zásadité, elektrofilné, nukleofilné. Homolytické a heterolytické štiepenie kovalentnej väzby v organických zlúčeninách a výsledných časticiach: voľné radikály, karbokationty a karbanióny. Elektronická a priestorová štruktúra týchto častíc a faktory, ktoré určujú ich relatívnu stabilitu.

Reaktivita uhľovodíkov. Radikálne substitučné reakcie: homolytické reakcie zahŕňajúce CH väzby sp3-hybridizovaného atómu uhlíka. Mechanizmus radikálnej substitúcie na príklade reakcie halogenácie alkánov a cykloalkánov. Pojem reťazové procesy. Koncepcia regioselektivity.

Spôsoby tvorby voľných radikálov: fotolýza, termolýza, redoxné reakcie.

Elektrofilné adičné reakcie ( AE) v sérii nenasýtených uhľovodíkov: heterolytické reakcie zahŕňajúce p-väzbu medzi sp2-hybridizovanými atómami uhlíka. Mechanizmus hydratačných a hydrohalogenačných reakcií. Kyselinová katalýza. Vláda Markovnikova. Vplyv statických a dynamických faktorov na regioselektivitu elektrofilných adičných reakcií. Vlastnosti reakcií elektrofilného prídavku na diénové uhľovodíky a malé cykly (cyklopropán, cyklobután).

Elektrofilné substitučné reakcie ( SE): heterolytické reakcie zahŕňajúce p-elektrónový oblak aromatického systému. Mechanizmus reakcií halogenácie, nitrácie, alkylácie aromatických zlúčenín: p - a s- komplexy. Úloha katalyzátora (Lewisova kyselina) pri tvorbe elektrofilnej častice.

Vplyv substituentov v aromatickom kruhu na reaktivitu zlúčenín pri elektrofilných substitučných reakciách. Orientačný vplyv substituentov (orientanty typu I a II).

Kvalifikačné požiadavky:

· Poznať pojmy substrát, činidlo, reakčné centrum, produkt reakcie, aktivačná energia, rýchlosť reakcie, reakčný mechanizmus.

· Poznať klasifikáciu reakcií podľa rôznych kritérií (podľa konečného výsledku, podľa spôsobu rozbitia väzieb, podľa mechanizmu) a podľa typov reagencií (radikálnych, elektrofilných, nukleofilných).

· Poznať elektronickú a priestorovú štruktúru reagencií a faktory, ktoré určujú ich relatívnu stabilitu, vedieť porovnávať relatívnu stabilitu rovnakého typu reagencií.

· Poznať metódy tvorby voľných radikálov a mechanizmus radikálových substitučných reakcií (SR) na príkladoch halogénových reakcií s alkánmi a cykloalakánmi.

· Vedieť určiť štatistickú pravdepodobnosť tvorby možných produktov pri radikálnych substitučných reakciách a možnosti regioselektívneho priebehu procesu.

· Poznať mechanizmus reakcií elektrofilnej adície (AE) pri reakciách halogenácie, hydrohalogenácie a hydratácie alkénov, vedieť kvalitatívne posúdiť reaktivitu substrátov na základe elektronických účinkov substituentov.

· Poznať Markovnikovovo pravidlo a byť schopný určiť regioselektivitu hydratačných a hydrohalogenačných reakcií prebiehajúcich z vplyvu statických a dynamických faktorov.

· Poznať vlastnosti reakcií elektrofilného prídavku na konjugované diénové uhľovodíky a malých cyklov (cyklopropán, cyklobután).

· Poznať mechanizmus reakcií elektrofilnej substitúcie (SE) pri reakciách halogenácie, nitrácie, alkylácie, acylácie aromatických zlúčenín.

· Byť schopný na základe elektronických účinkov substituentov určiť ich vplyv na reaktivitu aromatického jadra a ich orientačný účinok.

Téma 3. Kyselinové vlastnosti organických zlúčenín

Kyslosť a zásaditosť organických zlúčenín: teória Bronsted a Lewis. Stabilita kyslého aniónu je kvalitatívnym indikátorom kyslých vlastností. Všeobecné vzorce v zmene kyslých alebo zásaditých vlastností vo vzťahu k povahe atómov v kyslom alebo zásaditom centre, elektronické účinky substituentov v týchto centrách. Kyslé vlastnosti organických zlúčenín s funkčnými skupinami obsahujúcimi vodík (alkoholy, fenoly, tioly, karboxylové kyseliny, amíny, Н-kyslosť molekúl a cabrkácie). p-základy a n- základy. Základné vlastnosti neutrálnych molekúl obsahujúcich heteroatómy s voľnými elektrónovými pármi (alkoholy, tioly, sulfidy, amíny) a aniónmi (hydroxid, alkoxidové ióny, anióny organických kyselín). Acidobázické vlastnosti heterocyklov obsahujúcich dusík (pyrol, imidazol, pyridín). Vodíková väzba ako špecifický prejav acidobázických vlastností.

Porovnávacie charakteristiky kyslých vlastností zlúčenín obsahujúcich hydroxylovú skupinu (jednosýtne a viacsýtne alkoholy, fenoly, karboxylové kyseliny). Porovnávacia charakteristika hlavných vlastností alifatických a aromatických amínov. Vplyv elektronickej povahy substituenta na acidobázické vlastnosti organických molekúl.

Kvalifikačné požiadavky:

· Poznať definície kyselín a zásad podľa protokolytickej teórie Bronsteda a elektronickej teórie Lewisa.

· Poznať klasifikáciu Bronstedových kyselín a zásad v závislosti od povahy atómov kyslých alebo zásaditých centier.

· Poznať faktory ovplyvňujúce pevnosť kyselín a stabilitu báz s nimi konjugovaných, byť schopný vykonať komparatívne hodnotenie sily kyselín na základe stability zodpovedajúcich aniónov.

· Poznať faktory, ktoré ovplyvňujú pevnosť Bronstedových podkladov, byť schopný vykonať komparatívne hodnotenie pevnosti podkladov s prihliadnutím na tieto faktory.

· Poznať dôvody výskytu vodíkových väzieb, vedieť interpretovať vznik vodíkových väzieb ako špecifický prejav acidobázických vlastností látky.

· Poznať príčiny výskytu keto-enol tautomérie v organických molekulách, vedieť ich vysvetliť z hľadiska acidobázických vlastností zlúčenín vo vzťahu k ich biologickej aktivite.

· Vedieť a byť schopný vykonávať vysoko kvalitné reakcie, ktoré umožňujú rozlíšiť viacsýtne alkoholy, fenoly, tioly.

Téma 4. Reakcie nukleofilnej substitúcie na tetragonálnom atóme uhlíka a kompetitívne eliminačné reakcie

Reakcie nukleofilnej substitúcie na sp3-hybridizovanom atóme uhlíka: heterolytické reakcie v dôsledku polarizácie väzby uhlík-heteroatóm (halogénové deriváty, alkoholy). Ľahké a ťažké opustenie skupiny: vzťah medzi ľahkým opustením skupiny a jej štruktúrou. Vplyv rozpúšťadiel, elektronických a priestorových faktorov na reaktivitu zlúčenín pri reakciách mono - a bimolekulárnych nukleofilných substitúcií (SN1 a SN2). Stereochémia nukleofilných substitučných reakcií.

Hydrolýzne reakcie halogénových derivátov. Alkylačné reakcie alkoholov, fenolov, tiolov, sulfidov, amoniaku, amínov. Úloha kyslej katalýzy pri nukleofilnej substitúcii hydroxylová skupina... Halogénované deriváty, alkoholy, estery kyseliny sírovej a fosforečnej ako alkylačné činidlá. Biologická úloha alkylačných reakcií.

Reakcie mono - a bimolekulárnej eliminácie (E1 a E2): (dehydratácia, dehydrohalogenácia). Zvýšená kyslosť CH ako príčina eliminačných reakcií sprevádzajúcich nukleofilnú substitúciu na sp3-hybridizovanom atóme uhlíka.

Kvalifikačné požiadavky:

· Poznať faktory, ktoré určujú nukleofilitu reagencií, štruktúru najdôležitejších nukleofilných častíc.

· Poznať všeobecné vzorce nukleofilných substitučných reakcií na nasýtenom atóme uhlíka, vplyv statických a dynamických faktorov na reaktivitu látky v nukleofilnej substitučnej reakcii.

· Poznať mechanizmy mono - a bimolekulárnej nukleofilnej substitúcie, byť schopný vyhodnotiť vplyv stérických faktorov, vplyv rozpúšťadiel, vplyv statických a dynamických faktorov na priebeh reakcie podľa jedného z mechanizmov.

· Poznať mechanizmy mono - a bimolekulárnej eliminácie, dôvody konkurencie medzi reakciami nukleofilnej substitúcie a eliminácie.

· Poznať Zaitsevovo pravidlo a vedieť určiť hlavný produkt pri reakciách dihydratácie a dehydrohalogenácie nesymetrických alkoholov a halogénovaných alkánov.

Téma 5. Reakcie nukleofilnej adície a substitúcie na trigonálnom atóme uhlíka

Nukleofilné adičné reakcie: heterolytické reakcie zahŕňajúce p-väzbu uhlík-kyslík (aldehydy, ketóny). Mechanizmus reakcií interakcie karbonylových zlúčenín s nukleofilnými činidlami (voda, alkoholy, tioly, amíny). Vplyv elektronických a priestorových faktorov, úloha kyslej katalýzy, reverzibilita nukleofilných adičných reakcií. Poloacetaly a acetály, ich príprava a hydrolýza. Biologická úloha acetalizačných reakcií. Aldolové adičné reakcie. Základná katalýza. Štruktúra enolátu - iónu.

Nukleofilné substitučné reakcie v rade karboxylových kyselín. Elektronická a priestorová štruktúra karboxylovej skupiny. Nukleofilné substitučné reakcie na sp2-hybridizovanom atóme uhlíka (karboxylové kyseliny a ich funkčné deriváty). Acylačné látky (halogenidy, anhydridy, karboxylové kyseliny, estery, amidy), porovnávacie vlastnosti ich reaktivity. Acylačné reakcie - tvorba anhydridov, esterov, tioesterov, amidov - a ich reakcie reverznej hydrolýzy. Acetylkoenzým A je prírodné vysokoenergetické acylačné činidlo. Biologická úloha acylačných reakcií. Pojem nukleofilná substitúcia na atómoch fosforu, fosforylačné reakcie.

Oxidačné a redukčné reakcie organických zlúčenín. Špecifickosť redoxných reakcií organických zlúčenín. Koncept prenosu jedného elektrónu, prenosu hydridových iónov a pôsobenia systému NAD + ↔ NADH. Oxidačné reakcie alkoholov, fenolov, sulfidov, karbonylových zlúčenín, amínov, tiolov. Redukčné reakcie karbonylových zlúčenín, disulfidy. Úloha redoxných reakcií v životných procesoch.

Kvalifikačné požiadavky:

· Poznať elektronickú a priestorovú štruktúru karbonylovej skupiny, vplyv elektronických a stérových faktorov na reaktivitu oxoskupiny v aldehydoch a ketónoch.

· Poznať mechanizmus reakcií nukleofilného prídavku vody, alkoholov, amínov, tiolov na aldehydy a ketóny, úlohu katalyzátora.

· Poznať mechanizmus aldolových kondenzačných reakcií, faktory určujúce účasť zlúčeniny na tejto reakcii.

· Poznať mechanizmus reakcií redukcie oxozlúčenín hydridmi kovov.

· Poznať reakčné centrá v molekulách karboxylových kyselín. Schopnosť vykonať komparatívne hodnotenie sily karboxylových kyselín v závislosti od štruktúry radikálu.

· Poznať elektronickú a priestorovú štruktúru karboxylovej skupiny, byť schopný vykonať komparatívne hodnotenie schopnosti atómu uhlíka oxoskupiny v karboxylových kyselinách a ich funkčných derivátoch (halogenidy, anhydridy, estery, amidy, soli) podstúpiť nukleofilný útok.

· Poznať mechanizmus nukleofilných substitučných reakcií na príkladoch acylácie, esterifikácie, hydrolýzy esterov, anhydridov, halogenidov, amidov.

Téma 6. Lipidy, klasifikácia, štruktúra, vlastnosti

Lipidy sú zmydelniteľné a nezmýdelniteľné. Neutrálne lipidy. Prírodné tuky ako zmes triacylglycerolov. Hlavné prírodné vyššie mastné kyseliny, ktoré tvoria lipidy, sú palmitová, stearová, olejová, linolová a linolénová. Kyselina arachidónová. Vlastnosti nenasýtených mastné kyseliny, n-nomenklatúra.

Peroxidácia fragmentov nenasýtených mastných kyselín v bunkových membránach. Úloha peroxidácie membránových lipidov pri pôsobení nízkych dávok žiarenia na organizmus. Antioxidačné obranné systémy.

Fosfolipidy. Kyseliny fosfatidové. Fosfatidylkolamíny a fosfatidylseríny (cefalíny), fosfatidylcholíny (lecitíny) sú štruktúrnymi zložkami bunkových membrán. Lipidová dvojvrstva. Sfingolipidy, ceramidy, sfingomyelíny. Mozgové glykolipidy (cerebrozidy, gangliozidy).

Kvalifikačné požiadavky:

· Poznať klasifikáciu lipidov, ich štruktúru.

· Poznať štruktúru štruktúrnych zložiek zmydelniteľných lipidov - alkoholov a vyšších mastných kyselín.

· Poznať mechanizmus reakcií tvorby a hydrolýzy jednoduchých a zložitých lipidov.

· Vedieť a byť schopný vykonávať kvalitatívne reakcie na nenasýtené mastné kyseliny a oleje.

· Poznať klasifikáciu nezmýdelniteľných lipidov, mať predstavu o princípoch klasifikácie terpénov a steroidov, ich biologickej úlohe.

· Poznať biologickú úlohu lipidov, ich hlavné funkcie, mať predstavu o hlavných fázach peroxidácie lipidov a dôsledkoch tohto procesu pre bunku.

Oddiel 2. Stereoizoméria organických molekúl. Poly - a heterofunkčné zlúčeniny zapojené do životne dôležitých procesov

Téma 7. Stereoizoméria organických molekúl

Stereoizoméria v sérii zlúčenín s dvojitou väzbou (p-diastereoméria). Cis - a trans izoméria nenasýtených zlúčenín. E, Z - notačný systém p-diastereomérov. Porovnávacia stabilita p-diastereomérov.

Chirálne molekuly. Asymetrický atóm uhlíka ako centrum chirality. Stereoizoméria molekúl s jedným centrom chirality (enantiomerizmus). Optická aktivita. Fisherove projekčné vzorce. Glycerický aldehyd ako konfiguračný štandard, absolútna a relatívna konfigurácia. Systém D, L-stereochemickej nomenklatúry. R, S-systém stereochemickej nomenklatúry. Racemické zmesi a spôsoby ich separácie.

Stereoizoméria molekúl s dvoma alebo viacerými chirálnymi centrami. Enantioméry, diastereoméry, mezoformy.

Kvalifikačné požiadavky:

· Poznať dôvody výskytu stereoizomérie v sérii alkénových a diénových uhľovodíkov.

· Byť schopný určiť možnosť existencie p-diastereomérov redukovaným štruktúrnym vzorcom nenasýtených zlúčenín, rozlíšiť cis - trans - izoméry, posúdiť ich komparatívnu stabilitu.

· Poznať prvky symetrie molekúl, nevyhnutné podmienky pre vznik chirality v organickej molekule.

Vedieť a byť schopný zobraziť enantioméry pomocou projekčné vzorce Fisher, na výpočet počtu očakávaných stereoizomérov na základe počtu chirálnych centier v molekule, princípov určovania absolútnej a relatívnej konfigurácie, D -, L-systému stereochemickej nomenklatúry.

· Poznať spôsoby separácie racemátov, základné princípy systému R, S stereochemickej nomenklatúry.

Téma 8. Fyziologicky aktívne poly- a heterofunkčné zlúčeniny alifatických, aromatických a heterocyklických skupín

Poly - a heterofunkčnosť ako jedna z charakteristické črty organické zlúčeniny, ktoré sa zúčastňujú na životne dôležitých procesoch a sú predkami najdôležitejších skupín drog. Vlastnosti vo vzájomnom ovplyvňovaní funkčných skupín v závislosti od ich relatívneho umiestnenia.

Viacsýtne alkoholy: etylénglykol, glycerín. Estery viacsýtnych alkoholov s anorganickými kyselinami (nitroglycerín, glycerínfosfáty). Diatomické fenoly: hydrochinón. Oxidácia kremelín. Systém hydrochinón-chinón. Fenoly ako antioxidanty (lapače voľných radikálov). Tokoferoly.

Dibázické karboxylové kyseliny: šťavelová, malónová, jantárová, glutarová, fumarová. Konverzia kyseliny jantárovej na kyselinu fumarovú ako príklad biologicky dôležitej dehydrogenačnej reakcie. Dekarboxylačné reakcie, ich biologická úloha.

Aminoalkoholy: aminoetanol (kolamín), cholín, acetylcholín. Úloha acetylcholínu v chemickom prenose nervových impulzov na synapsách. Aminofenoly: dopamín, norepinefrín, adrenalín. Koncept biologickej úlohy týchto zlúčenín a ich derivátov. Neurotoxické účinky 6-hydroxydopamínu a amfetamínov.

Hydroxy a aminokyseliny. Cyklizačné reakcie: vplyv rôzne faktory o procese formovania cyklov (implementácia zodpovedajúcich konformácií, veľkosť formovaného cyklu, faktor entropie). Laktóny. Laktámy. Hydrolýza laktónov a laktámov. Eliminačná reakcia b-hydroxy a aminokyselín.

Aldehyd - a ketokyseliny: pyrohroznová, acetoctová, oxaloctová, a-ketoglutarová. Kyslé vlastnosti a reaktivita... Reakcie dekarboxylácie b-ketokyselín a oxidatívna dekarboxylácia a-ketokyselín. Acetoctový éter, tautoméria keto-enolu. Zástupcovia „ketónových teliesok“ - b-hydroxymaslová, b-ketomaslová kyselina, acetón, ich biologická a diagnostická hodnota.

Heterofunkčné deriváty benzénovej série ako lieky. Kyselina salicylová a jej deriváty (kyselina acetylsalicylová).

Kyselina para-aminobenzoová a jej deriváty (anestezín, novokaín). Biologická úloha kyseliny p-aminobenzoovej. Kyselina sulfanilová a jej amid (streptocid).

Heterocykly s niekoľkými heteroatómami. Pyrazol, imidazol, pyrimidín, purín. Pyrazolón-5 je základom nenarkotických analgetík. Kyselina barbiturová a jej deriváty. Hydroxypuríny (hypoxantín, xantín, kyselina močová), ich biologická úloha. Heterocykly s jedným heteroatómom. Pyrol, indol, pyridín. Biologicky dôležité deriváty pyridínu - nikotínamid, pyridoxal, deriváty kyseliny izonikotínovej. Nikotínamid je štrukturálnou zložkou koenzýmu NAD +, ktorý určuje jeho účasť na OVR.

Kvalifikačné požiadavky:

· Byť schopný klasifikovať heterofunkčné zlúčeniny podľa zloženia a podľa vzájomného usporiadania.

· Poznať špecifické reakcie aminokyselín a hydroxykyselín s a, b, g - usporiadanie funkčných skupín.

· Poznať reakcie vedúce k tvorbe biologicky aktívnych zlúčenín: cholín, acetylcholín, adrenalín.

· Poznať úlohu keto-enol tautomérie pri prejavoch biologickej aktivity keto kyselín (pyrohroznová, oxaloctová, acetoctová) a heterocyklických zlúčenín (pyrazol, kyselina barbiturová, purín).

· Poznať metódy redox transformácií organických zlúčenín, biologickú úlohu redoxných reakcií pri prejavoch biologickej aktivity dvojatómových fenolov, nikotínamidu, tvorbe ketónových teliesok.

Téma9 . Sacharidy, klasifikácia, štruktúra, vlastnosti, biologická úloha

Sacharidy, ich klasifikácia vo vzťahu k hydrolýze. Klasifikácia monosacharidov. Aldózy, ketózy: triózy, tetrózy, pentózy, hexózy. Stereoizoméria monosacharidov. D - a série L stereochemickej nomenklatúry. Otvorené a cyklické formy. Fisherove vzorce a Heworsove vzorce. Furanóza a pyranóza, a - a b-anoméry. Cyklo-oxo-tautoméria. Konformácia pyranózových foriem monosacharidov. Štruktúra najdôležitejších predstaviteľov pentóz (ribóza, xylóza); hexóza (glukóza, manóza, galaktóza, fruktóza); deoxy cukry (2-deoxyribóza); amino cukry (glukozamín, manozamín, galaktozamín).

Chemické vlastnosti monosacharidov. Nukleofilné substitučné reakcie zahŕňajúce anomérne centrum. O- a N-glykozidy. Hydrolýza glykozidov. Fosfáty monosacharidov. Oxidácia a redukcia monosacharidov. Regeneračné vlastnosti aldóz. Kyseliny glykónové, glykánové a glykurónové.

Oligosacharidy. Disacharidy: maltóza, celobióza, laktóza, sacharóza. Štruktúra, cyklo-oxo-tautoméria. Hydrolýza.

Polysacharidy. Všeobecné charakteristiky a klasifikácia polysacharidov. Homo - a heteropolysacharidy. Homopolysacharidy: škrob, glykogén, dextrány, celulóza. Primárna štruktúra, hydrolýza. Pojem sekundárna štruktúra (škrob, celulóza).

Kvalifikačné požiadavky:

Poznať klasifikáciu monosacharidov (podľa počtu atómov uhlíka, podľa zloženia funkčných skupín), štruktúru otvorených a cyklických foriem (furanózy, pyranózy) najdôležitejších monosacharidov, ich pomer k stereochemickej nomenklatúre série D a L, vedieť určiť počet možných diastereomérov, stereoizoméry odkazovať na diastereoméry , epiméry, anoméry.

· Poznať mechanizmus reakcií cyklizácie monosacharidov, dôvody mutarotácie roztokov monosacharidov.

· Poznať chemické vlastnosti monosacharidov: redoxné reakcie, reakcie tvorby a hydrolýzy O - a N-glykozidov, esterifikácia, fosforylačné reakcie.

· Byť schopný vykonávať kvalitatívne reakcie na diolový fragment a prítomnosť redukčných vlastností monosacharidov.

· Poznať klasifikáciu disacharidov a ich štruktúru, konfiguráciu anomérneho atómu uhlíka tvoriaceho glykozidovú väzbu, tautomérne premeny disacharidov, ich chemické vlastnosti, biologickú úlohu.

· Poznať klasifikáciu polysacharidov (vo vzťahu k hydrolýze podľa zloženia monosacharidov), štruktúru najdôležitejších predstaviteľov homopolysacharidov, konfiguráciu anomérneho atómu uhlíka tvoriaceho glykozidovú väzbu, ich fyzikálne a chemické vlastnosti a ich biologickú úlohu. Porozumieť biologickej úlohe heteropolysacharidov.

Téma 10.a-Aminokyseliny, peptidy, bielkoviny. Štruktúra, vlastnosti, biologická úloha

Štruktúra, názvoslovie, klasifikácia a-aminokyselín, ktoré tvoria proteíny a peptidy. Stereoizoméria a-aminokyselín.

Biosyntetické dráhy tvorby a-aminokyselín z oxokyselín: redukčné aminačné a transaminačné reakcie. Esenciálne aminokyseliny.

Chemické vlastnosti a-aminokyselín ako heterofunkčných zlúčenín. Acidobázické vlastnosti a-aminokyselín. Izoelektrický bod, metódy na separáciu a-aminokyselín. Tvorba intrakomplexných solí. Esterifikácia, acylácia, alkylačné reakcie. Interakcia s kyselinou dusitou a formaldehydom, význam týchto reakcií pre analýzu aminokyselín.

kyselina g-aminomaslová je inhibičný mediátor centrálneho nervového systému. Antidepresívny účinok L-tryptofánu, serotonínu - ako spánkového neurotransmiteru. Mediátorové vlastnosti kyselín glycínu, histamínu, asparágovej a glutámovej.

Biologicky dôležité reakcie a-aminokyselín. Deaminačné a hydroxylačné reakcie. Dekarboxylácia a-aminokyselín - cesta k tvorbe biogénnych amínov a bioregulátorov (kolamín, histamín, tryptamín, serotonín.) Peptidy. Elektronická štruktúra peptidovej väzby. Kyselinová a zásaditá hydrolýza peptidov. Stanovenie aminokyselinového zloženia pomocou moderných fyzikálno-chemických metód (Sangerova a Edmanova metóda). Pojem neuropeptidy.

Primárna štruktúra bielkovín. Čiastočná a úplná hydrolýza. Pojem sekundárne, terciárne a kvartérne štruktúry.

Kvalifikačné požiadavky:

· Poznať štruktúru, stereochemickú klasifikáciu a-aminokyselín patriacich do D- a L-stereochemickej série prírodných aminokyselín, esenciálnych aminokyselín.

· Poznať cesty syntézy a-aminokyselín in vivo a in vitro, poznať acidobázické vlastnosti a metódy premeny a-aminokyselín na izoelektrický stav.

· Poznať chemické vlastnosti a-aminokyselín (reakcie amino a karboxylovými skupinami), byť schopný vykonávať kvalitatívne reakcie (xantoproteín, s Cu (OH) 2, ninhydrín).

· Poznať elektronickú štruktúru peptidovej väzby, primárnu, sekundárnu, terciárnu a kvartérnu štruktúru proteínov a peptidov, vedieť určiť zloženie aminokyselín a poradie aminokyselín (Sengerova metóda, Edmanova metóda), byť schopný viesť biuretovú reakciu pre peptidy a proteíny.

· Poznať princíp metódy peptidovej syntézy využívajúcej ochranu a aktiváciu funkčných skupín.

Téma 11. Nukleotidy a nukleové kyseliny

Nukleové bázy, ktoré tvoria nukleové kyseliny. Pyrimidínové (uracil, tymín, cytozín) a purínové (adenín, guanín) bázy, ich aromatickosť, tautomérne premeny.

Nukleozidy, reakcie ich vzniku. Charakter väzby medzi bázou nukleovej kyseliny a sacharidovým zvyškom; konfigurácia glykozidového centra. Hydrolýza nukleozidov.

Nukleotidy. Štruktúra mononukleotidov, ktoré tvoria nukleové kyseliny. Nomenklatúra. Hydrolýza nukleotidov.

Primárna štruktúra nukleových kyselín. Fosfodiesterová väzba. Ribonukleové a deoxyribonukleové kyseliny. Nukleotidové zloženie RNA a DNA. Hydrolýza nukleových kyselín.

Koncept sekundárnej štruktúry DNA. Úloha vodíkových väzieb pri tvorbe sekundárnej štruktúry. Komplementarita nukleových báz.

Lieky na báze modifikovaných báz nukleových kyselín (5-fluóruracil, 6-merkaptopurín). Princíp chemickej podobnosti. Zmeny v štruktúre nukleových kyselín pod vplyvom chemických látok a žiarenia. Mutagénny účinok kyseliny dusitej.

Nukleozidové polyfosfáty (ADP, ATP), vlastnosti ich štruktúry, ktoré im umožňujú vykonávať funkcie vysokoenergetických zlúčenín a intracelulárnych bioregulátorov. Štruktúra cAMP - intracelulárny „mediátor“ hormónov.

Kvalifikačné požiadavky:

· Poznať štruktúru pyrimidínových a purínových dusíkatých báz, ich tautomérne transformácie.

· Poznať mechanizmus reakcií tvorby N-glykozidov (nukleozidov) a ich hydrolýzy, názvoslovie nukleozidov.

· Poznať základné podobnosti a rozdiely medzi prírodnými a syntetickými antibiotickými nukleozidmi v porovnaní s nukleozidmi, ktoré sú súčasťou DNA a RNA.

· Poznať reakcie tvorby nukleotidov, štruktúru mononukleotidov tvoriacich nukleové kyseliny, ich názvoslovie.

· Poznať štruktúru cyklo- a polyfosfátov nukleozidov, ich biologickú úlohu.

· Poznať nukleotidové zloženie DNA a RNA, úlohu fosfodiesterových väzieb pri tvorbe primárnej štruktúry nukleových kyselín.

· Poznať úlohu vodíkových väzieb pri tvorbe sekundárnej štruktúry DNA, komplementaritu dusíkatých báz, úlohu komplementárnych interakcií pri vykonávaní biologickej funkcie DNA.

· Poznať faktory spôsobujúce mutácie a ich princíp konania.

Informačná časť

Zoznam referencií

Hlavná:

1. Romanovský, bioorganická chémia: učebnica v 2 častiach /. - Minsk: BSMU, 20 s.

2. Romanovsky, za workshop o bioorganickej chémii: učebnica / editor. - Minsk: BSMU, 1999. - 132 s.

3. Tyukavkina, N. А., Bioorganic chemistry: učebnica / ,. - Moskva: Medicína, 1991. - 528 s.

Ďalšie:

4. Ovchinnikov, chémia: monografia /.

- Moskva: Vzdelávanie, 1987. - 815 s.

5. Potapov ,: návod /. - Moskva:

Chemistry, 1988. - 464 s.

6. Riles, A. Základy organickej chémie: seminár / A. Rice, K. Smith,

R. Ward. - Moskva: Mir, 1989. - 352 s.

7. Taylor, G. Základy organickej chémie: tutorial / G. Taylor. -

Moskva: Mears.

8. Terney, A. Moderná organická chémia: učebnica v 2 zväzkoch /

A. Terney. - Moskva: Mir, 1981 .-- 1310 s.

9. Tyukavkina, za laboratórne štúdie o bioorganických látkach

chémia: učebnica / [a ďalšie]; upravené N.A.

Tyukavkina. - Moskva: Medicína, 1985. - 256 s.

10. Tyukavkina, N. A., Bioorganická chémia: Učebnica pre študentov

liečebné ústavy / ,. - Moskva.

Plán 1. Predmet a význam bioorganickej chémie 2. Klasifikácia a nomenklatúra organických zlúčenín 3. Metódy zobrazovania organických molekúl 4. Chemická väzba v bioorganických molekulách 5. Elektronické efekty. Vzájomný vplyv atómov v molekule 6. Klasifikácia chemických reakcií a činidiel 7. Koncept mechanizmov chemických reakcií 2

Predmet bioorganickej chémie 3 Bioorganická chémia je nezávislé odvetvie chemickej vedy, ktoré študuje štruktúru, vlastnosti a biologické funkcie chemické zlúčeniny organického pôvodu, ktoré sa podieľajú na metabolizme živých organizmov.

Predmetom štúdia bioorganickej chémie sú nízkomolekulárne biomolekuly a biopolyméry (proteíny, nukleové kyseliny a polysacharidy), bioregulátory (enzýmy, hormóny, vitamíny atď.), Prírodné a syntetické fyziologicky aktívne látky vrátane liečiv a látok s toxickými účinkami. Biomolekuly - bioorganické zlúčeniny, ktoré sú súčasťou živých organizmov a špecializujú sa na tvorbu bunkových štruktúr a účasť na biochemických reakciách, tvoria základ metabolizmu (metabolizmu) a fyziologických funkcií živých buniek a mnohobunkových organizmov všeobecne. 4 Klasifikácia bioorganických zlúčenín

Metabolizmus je súbor chemických reakcií, ktoré prebiehajú v tele (in vivo). Metabolizmus sa tiež nazýva metabolizmus. Metabolizmus môže prebiehať dvoma smermi - anabolizmom a katabolizmom. Anabolizmus je syntéza komplexných látok v tele z relatívne jednoduchých látok. Spotrebováva energiu (endotermický proces). Katabolizmus - naopak, rozklad zložitých organických zlúčenín na jednoduchšie. Prebieha uvoľňovaním energie (exotermický proces). Metabolické procesy prebiehajú za účasti enzýmov. Enzýmy hrajú v tele úlohu biokatalyzátorov. Bez enzýmov by biochemické procesy buď nepokračovali vôbec, alebo by prebiehali veľmi pomaly a telo by nebolo schopné podporovať život. päť

Bioelementy. Zloženie bioorganických zlúčenín okrem atómov uhlíka (C), ktoré tvoria základ akejkoľvek organickej molekuly, zahŕňa aj vodík (H), kyslík (O), dusík (N), fosfor (P) a síru (S). Tieto bioelementy (organogény) sú koncentrované v živých organizmoch v množstve, ktoré je viac ako 200-krát vyššie ako ich obsah v neživých objektoch. Zmienené prvky tvoria viac ako 99% elementárneho zloženia biomolekúl. 6

Bioorganická chémia vznikla z hlbín organickej chémie a je založená na jej myšlienkach a metódach. V histórii vývoja organickej chémie sú priradené nasledujúce etapy: empirické, analytické, štrukturálne a moderné. Obdobie od prvého zoznámenia človeka s organickými látkami do konca XVIII storočia sa považuje za empirické. Hlavným výsledkom tohto obdobia je, že si ľudia uvedomili dôležitosť elementárnej analýzy a stanovenia atómových a molekulových hmotností. Teória vitalizmu - životná sila (Berzelius). Analytické obdobie trvalo do 60. rokov X theX storočia. Poznačilo to skutočnosť, že od konca prvej štvrtiny 19. storočia došlo k mnohým sľubným objavom, ktoré zasadili vitalistickú teóriu zdrvujúcu ranu. Prvý v tomto rade bol Berzeliusov študent, nemecký chemik Wöhler. V roku 1824 urobil množstvo objavov - syntézu kyseliny šťaveľovej z kyanogénu: (CN) 2 HOOC - COOH str. - syntéza močoviny z kyanátu amónneho: NH4CNO NH2 - C - NH2O8

V roku 1853 C. Gerard vyvinul „teóriu typov“ a použil ju na klasifikáciu organických zlúčenín. Podľa Gerarda možno zložitejšie organické zlúčeniny vyrobiť z nasledujúcich štyroch základných druhov látok: НННН typ VODÍK deväť

Hlavné ustanovenia teórie štruktúry organických zlúčenín (1861) 1) atómy v molekulách sú navzájom spojené chemickými väzbami v súlade s ich valenciou; 2) atómy v molekulách organických látok sú navzájom spojené v určitej sekvencii, ktorá určuje chemickú štruktúru (štruktúru) molekuly; 3) vlastnosti organických zlúčenín závisia nielen od počtu a povahy ich základných atómov, ale aj od chemickej štruktúry molekúl; 4) v organických molekulách dochádza k interakcii medzi atómami, navzájom viazanými aj neviazanými; 5) chemická štruktúra látky sa dá určiť štúdiom jej chemických premien a naopak, štruktúrou látky sa dajú charakterizovať jej vlastnosti. desať

Základné ustanovenia teórie štruktúry organických zlúčenín (1861) Štruktúrny vzorec je obrazom sledu väzieb atómov v molekule. Hrubý vzorec - CH40 alebo CH3OH Štruktúrny vzorec Zjednodušené štruktúrne vzorce sa niekedy nazývajú racionálne Molekulárne vzorce - vzorec organickej zlúčeniny, ktorý označuje počet atómov každého prvku v molekule. Napríklad: С 5 Н 12 - pentán, С 6 Н 6 - benzín atď. jedenásť

Etapy vývoja bioorganickej chémie Ako samostatná oblasť vedomostí, ktorá kombinuje koncepčné princípy a metodiku organickej chémie na jednej strane a molekulárnej biochémie a molekulárnej farmakológie, na druhej strane sa bioorganická chémia formovala v rokoch dvadsiateho storočia na základe vývoja chémie prírodných látok a biopolymérov. Moderná bioorganická chémia získala zásadný význam vďaka prácam W. Steina, S. Moora, F. Sengera (analýza zloženia aminokyselín a stanovenie primárnej štruktúry peptidov a proteínov), L. Paulinga a H. Astburyho (objasnenie štruktúry -helixu a -štruktúry a ich významu pri implementácii biologických funkcií molekúl proteínov), E. Chargaffa (dešifrovanie zvláštností nukleotidového zloženia nukleových kyselín), J. Watson, Fr. Crick, M. Wilkins, R. Franklin (ktorým sa ustanovujú zákony priestorovej štruktúry molekuly DNA), G. Korani (chemická syntéza génu) atď. štrnásť

Klasifikácia organických zlúčenín podľa štruktúry uhlíkového skeletu a povahy funkčnej skupiny Veľké množstvo organických zlúčenín viedlo chemikov k ich klasifikácii. Klasifikácia organických zlúčenín je založená na dvoch klasifikačných znakoch: 1. Štruktúra uhlíkového skeletu 2. Povaha funkčných skupín Klasifikácia podľa štruktúry uhlíkového skeletu: 1. Acyklické (alkány, alkény, alkíny, alkadiény); 2. Cyklické 2.1. Karbocyklické (alicyklické a aromatické) 2.2. Heterocyklické 15 Acyklické zlúčeniny sa tiež nazývajú alifatické. Patria sem látky s otvoreným uhlíkovým reťazcom. Acyklické zlúčeniny sa delia na nasýtené (alebo nasýtené) CnH2n + 2 (alkány, parafíny) a nenasýtené (nenasýtené). Posledne uvedené zahŕňajú alkény CnH2n, alkíny CnH2n -2, alkadiény CnH2n -2.

16 Cyklické zlúčeniny obsahujú vo svojich molekulách kruhy (cykly). Ak cykly obsahujú iba atómy uhlíka, potom sa také zlúčeniny nazývajú karbocyklické. Karbocyklické zlúčeniny sa zase delia na alicyklické a aromatické. Alicyklické uhľovodíky (cykloalkány) zahŕňajú cyklopropán a jeho homológy - cyklobután, cyklopentán, cyklohexán atď. Ak sú v cyklickom systéme zahrnuté okrem uhľovodíkov aj ďalšie prvky, potom sa tieto zlúčeniny označujú ako heterocyklické.

Klasifikácia podľa povahy funkčnej skupiny Funkčnou skupinou je atóm alebo skupina atómov viazaných určitým spôsobom, ktorých prítomnosť v molekule organickej látky určuje charakteristické vlastnosti a jej príslušnosť k jednej alebo druhej triede zlúčenín. Podľa počtu a homogenity funkčných skupín sa organické zlúčeniny delia na mono-, poly- a heterofunkčné. Látky s jednou funkčnou skupinou sa nazývajú monofunkčné, s niekoľkými rovnakými funkčnými skupinami, polyfunkčnými. Zlúčeniny obsahujúce niekoľko rôznych funkčných skupín sú hetero-funkčné. Je dôležité, aby sa zlúčeniny tej istej triedy spojili do homológnych sérií. Homológna séria je séria organických zlúčenín s rovnakými funkčnými skupinami a rovnakou štruktúrou, každý zástupca homológnej série sa líši od predchádzajúcej o konštantnú jednotku (CH 2), ktorá sa nazýva homológny rozdiel. Členom homológnej série sa hovorí homológy. 17

Systémy názvoslovia v organickej chémii - triviálne, racionálne a medzinárodné (IUPAC) Chemická nomenklatúra súbor názvov jednotlivých chemických látok, ich skupín a tried, ako aj pravidlá pre zostavovanie ich názvov Chemická nomenklatúra súbor názvov jednotlivých chemických látok, ich skupín a tried, ako aj pravidlá ich mená. Triviálna (historická) nomenklatúra je spojená s procesom získavania látok (pyrogallol je produkt pyrolýzy kyseliny gallovej), zdroja pôvodu, z ktorého bola získaná (kyselina mravčia) atď. Triviálne názvy zlúčenín sa často používajú v chémii prírodných a heterocyklických zlúčenín (citral, geraniol, tiofén, pyrol, chinolín atď.). Triviálna (historická) nomenklatúra je spojená s procesom získavania látok (pyrogallol je produkt pyrolýzy kyseliny gallovej), zdroja pôvodu, z ktorý sa získal (kyselina mravčia) atď. Triviálne názvy zlúčenín sa široko používajú v chémii prírodných a heterocyklických zlúčenín (citral, geraniol, tiofén, pyrol, chinolín atď.). Racionálna nomenklatúra je založená na princípe rozdelenia organických zlúčenín do homológnych sérií. Všetky látky v určitej homológnej sérii sa považujú za deriváty najjednoduchšieho zástupcu danej série - prvej alebo niekedy druhej. Najmä pre alkány - metán, pre alkény - etylén atď. Racionálna nomenklatúra je založená na princípe rozdelenia organických zlúčenín do homológnych sérií. Všetky látky v určitej homológnej sérii sa považujú za deriváty najjednoduchšieho zástupcu danej série - prvej alebo niekedy druhej. Najmä pre alkány - metán, pre alkény - etylén atď. 18

Medzinárodná nomenklatúra (IUPAC). Pravidlá modernej nomenklatúry boli vyvinuté v roku 1957 na 19. kongrese Medzinárodnej únie čistej a aplikovanej chémie (IUPAC). Radikálne funkčné názvoslovie. Tieto názvy sú založené na názve funkčnej triedy (alkohol, éter, ketón atď.), Pred ktorým sú uvedené názvy uhľovodíkových radikálov, napríklad: alylchlorid, dietyléter, dimetylketón, propylalkohol atď. Náhradná nomenklatúra. Pravidlá nomenklatúry. Materská štruktúra je štruktúrny fragment molekuly (hlavný reťazec), ktorý je základom názvu zlúčeniny, hlavného uhlíkového reťazca atómov pre alicyklické zlúčeniny, pre karbocyklické zlúčeniny - cyklus. devätnásť

Chemická väzba v organických molekulách Chemická väzba je jav interakcie vonkajších elektrónových obalov (valenčné elektróny atómov) a atómových jadier, ktorý určuje existenciu molekuly alebo kryštálu ako celku. Atóm spravidla prijíma, daruje elektrón alebo vytvára spoločný elektrónový pár a má tendenciu získavať konfiguráciu vonkajšieho elektrónového obalu podobnú konfigurácii inertných plynov. Organické zlúčeniny sa vyznačujú nasledujúcimi typmi chemických väzieb: - iónová väzba - kovalentná väzba - donor - akceptorová väzba - vodíková väzba Existujú aj niektoré ďalšie typy chemická väzba (kovový, jedno-elektrónový, dvoj elektrónový, trojcentrový), v organických zlúčeninách sa však prakticky nevyskytujú. 20

Typy väzieb v organických zlúčeninách Najcharakteristickejšími organickými zlúčeninami je kovalentná väzba. Kovalentná väzba je interakcia atómov, ktorá sa uskutočňuje vytvorením spoločného elektrónového páru. Tento typ väzby sa vytvára medzi atómami, ktoré majú porovnateľné hodnoty elektronegativity. Elektronegativita je vlastnosť atómu, ktorá ukazuje schopnosť priťahovať elektróny k sebe z iných atómov. Kovalentná väzba môže byť polárna alebo nepolárna. Medzi atómami s rovnakou hodnotou elektronegativity sa vyskytuje nepolárna kovalentná väzba

Typy väzieb v organických zlúčeninách Medzi atómami, ktoré majú rôzne hodnoty elektronegativity, sa vytvára kovalentná polárna väzba. V tomto prípade viazané atómy získavajú čiastočné náboje δ + δ + δ-δ- Špeciálnym podtypom kovalentných väzieb je väzba donor-akceptor. Rovnako ako v predchádzajúcich príkladoch je tento typ interakcie spôsobený prítomnosťou spoločného elektrónového páru, ale ten je poskytovaný jedným z atómov tvoriacich väzbu (donor) a je prijímaný iným atómom (akceptor) 24

Druhy väzieb v organických zlúčeninách Iónová väzba vzniká medzi atómami, ktoré sa veľmi líšia svojimi hodnotami elektronegativity. V tomto prípade sa elektrón menej elektronegatívneho prvku (často kov) úplne prenesie do elektronegatívnejšieho prvku. Tento prechod elektrónu spôsobuje vzhľad kladného náboja v menej elektronegatívnom atóme a záporného v elektronegatívnejšom. Vznikajú teda dva ióny s opačnými nábojmi, medzi ktorými prebieha elektroventenčná interakcia. 25

Typy väzieb v organických zlúčeninách Vodíková väzba je elektrostatická interakcia medzi atómom vodíka, ktorý je viazaný silne polárnou väzbou, a elektrónovými parami kyslíka, fluóru, dusíka, síry a chlóru. Tento typ interakcie je dosť slabá. Vodíková väzba môže byť intermolekulárna a intramolekulárna. Medzimolekulárna vodíková väzba (interakcia medzi dvoma molekulami etylalkoholu) Intramolekulárna vodíková väzba v salicylovom aldehyde 26

Chemická väzba v organických molekulách Moderná teória chemickej väzby je založená na kvantovo-mechanickom modeli molekuly ako systému pozostávajúceho z elektrónov a atómových jadier. Základným kameňom kvantovej mechanickej teórie je atómový orbitál. Atómový orbitál je časť vesmíru, v ktorej je pravdepodobnosť nájdenia elektrónov maximálna. Väzbu teda môžeme považovať za interakciu („prekrytie“) orbitálov, ktoré nesú jeden elektrón s opačnými otáčaniami. 27

Hybridizácia atómových orbitálov Podľa kvantovo-mechanickej teórie je počet kovalentných väzieb tvorených atómom určený počtom atómových orbitálov s jedným elektrónom (počtom nepárových elektrónov). Atóm uhlíka v základnom stave má iba dva nespárené elektróny, možný prechod elektrónu z 2 s na 2 pz však vedie k vytvoreniu štyroch kovalentných väzieb. Stav atómu uhlíka, v ktorom má štyri nespárené elektróny, sa nazýva „vzrušený“. Napriek skutočnosti, že orbitaly uhlíka sú nerovné, je známe, že je možné vytvoriť štyri ekvivalentné väzby vďaka hybridizácii atómových orbitalov. Hybridizácia je jav, pri ktorom sa vytvára rovnaký počet orbitalov rovnakého tvaru a rovnakého počtu z niekoľkých rôznych tvarov a blízkych v energetických orbitáloch. 28

Hybridné stavy atómu uhlíka v organických molekulách PRVÝ HYBRIDNÝ STAV Atóm C je v sp 3 -hybridizačnom stave, vytvára štyri σ-väzby, vytvára štyri hybridné orbitaly, ktoré sú usporiadané vo forme štvorstenu (uhol väzby) σ-väzby 31

Hybridné stavy atómu uhlíka v organických molekulách DRUHÝ HYBRIDNÝ ŠTÁT Atóm C je v stave sp 2 - hybridizácia, vytvára tri σ-väzby, vytvára tri hybridné orbitaly, ktoré sú usporiadané vo forme plochého trojuholníka (uhol väzby 120) σ - väzba π - väzba 32

Hybridné stavy atómu uhlíka v organických molekulách TRETÍ HYBRIDNÝ ŠTÁT Atóm C je v sp-hybridizačnom stave, vytvára dve väzby σ, vytvára dva hybridné orbitaly, ktoré sú usporiadané v jednej línii (uhol väzby 180) σ-väzby π-väzby 33

Charakteristika chemických väzieb POLINGOVÁ stupnica: F-4,0; O - 3,5; Cl - 3,0; N 3,0; Br 2,8; S - 2,5; C-2,5; H-2,1. rozdiel 1.7

Charakteristiky chemických väzieb Polarizovateľnosť väzby je posunutie elektrónovej hustoty pod vplyvom vonkajších faktorov. Polarizovateľnosť väzby je stupeň pohyblivosti elektrónov. S nárastom atómového polomeru sa zvyšuje polarizovateľnosť elektrónov. Preto sa polarizovateľnosť väzby uhlík-halogén zvyšuje takto: C-F

Elektronické efekty. Vzájomný vplyv atómov v molekule 39 Podľa moderných teoretických konceptov je reaktivita organických molekúl predurčená posunom a pohyblivosťou elektrónových mračien, ktoré tvoria kovalentnú väzbu. V organickej chémii sa rozlišujú dva typy elektrónových posunov: a) elektronické posuny vyskytujúce sa v systéme -bonds, b) elektrónové posuny prenášané systémom -bonds. V prvom prípade nastáva takzvaný indukčný efekt, v druhom mezomérny efekt. Indukčným účinkom je redistribúcia elektrónovej hustoty (polarizácia), ktorá je výsledkom rozdielu elektronegativity medzi atómami molekuly v systéme väzieb. Kvôli nevýznamnej polarizovateľnosti spojok indukčný efekt rýchlo vyprchá a po 3-4 spojeniach sa takmer nedostaví.

Elektronické efekty. Vzájomný vplyv atómov v molekule 40 Pojem indukčný efekt zaviedol K. Ingold, ktorý zaviedol aj označenia: –I-efekt v prípade zníženia hustoty elektrónov substituentom + I-efekt v prípade zvýšenia hustoty elektrónov substituentom Alkylové radikály (С 3, C2H5 - atď.). Všetky ostatné uhlíkom viazané substituenty majú negatívny indukčný účinok.

Elektronické efekty. Vzájomný vplyv atómov v molekule 41 Mezomérnym účinkom je redistribúcia elektrónovej hustoty pozdĺž konjugovaného systému. Konjugované systémy zahŕňajú molekuly organických zlúčenín, v ktorých sa striedajú dvojité a jednoduché väzby, alebo keď je atóm umiestnený vedľa dvojitej väzby, ktorá má v p-orbitáli voľný pár elektrónov. V prvom prípade dôjde k - konjugácii a v druhom prípade - p, - konjugácii. Prepojené systémy sú k dispozícii s obvodom otvoreného a uzavretého rozhrania. Príklady takýchto zlúčenín sú 1,3-butadién a benzín. V molekulách týchto zlúčenín sú atómy uhlíka v stave sp2-hybridizácie a v dôsledku nehybridných p-orbitálov vytvárajú β-väzby, ktoré sa navzájom prekrývajú a vytvárajú jediný elektrónový mrak, to znamená, že dochádza ku konjugácii.

Elektronické efekty. Vzájomný vplyv atómov v molekule 42 Existujú dva typy mezomérneho účinku - pozitívny mezomérny účinok (+ M) a negatívny mezomérny účinok (-M). Substituenty predstavujúce p-elektróny v konjugovanom systéme vykazujú pozitívny mezomérny účinok. Patria sem: -O, -S-NH2, -OH, -OR, Hal (halogény) a ďalšie substituenty, ktoré majú negatívny náboj alebo osamelý pár elektrónov. Negatívny mezomérny účinok je charakteristický pre substituenty, ktoré odťahujú elektrónovú hustotu z konjugovaného systému. Patria sem substituenty s viacnásobnými väzbami medzi atómami s rôznou elektronegativitou: - N02; -S03H; \u003e C \u003d O; -UNON a ďalšie. Mesomérny efekt sa graficky odráža ohnutou šípkou, ktorá ukazuje smer posunu elektrónov.Na rozdiel od indukčného účinku mezomérny efekt nehasne. Prenáša sa úplne cez systém bez ohľadu na dĺžku spojovacej reťaze. C \u003d O; -UNON a ďalšie. Mesomérny efekt sa graficky odráža ohnutou šípkou, ktorá ukazuje smer posunu elektrónov.Na rozdiel od indukčného účinku mezomérny efekt nehasne. Prenáša sa úplne cez systém bez ohľadu na dĺžku spojovacej reťaze. "\u003e

Druhy chemických reakcií 43 Chemickú reakciu možno považovať za interakciu činidla a substrátu. V závislosti na spôsobe rozbitia a vytvorenia chemickej väzby v molekulách sa organické reakcie delia na: a) homolytické b) heterolytické c) molekulárne Homolytické alebo voľné radikálové reakcie sú spôsobené štiepením homolytickej väzby, keď každému atómu zostane jeden elektrón, to znamená, že sa tvoria radikály ... K homolytickému prasknutiu dochádza pri vysokých teplotách, pôsobení kvanta svetla alebo katalýze.

Heterolytické alebo iónové reakcie prebiehajú tak, že pár väzbových elektrónov zostáva v blízkosti jedného z atómov a vytvárajú sa ióny. Častica s elektrónovým párom sa nazýva nukleofilná a má záporný náboj (-). Častica bez elektrónového páru sa nazýva elektrofilná a má kladný náboj (+). 44 Druhy chemických reakcií

Mechanizmus chemickej reakcie 45 Reakčný mechanizmus je súbor základných (jednoduchých) stupňov, ktoré tvoria danú reakciu. Reakčný mechanizmus najčastejšie zahrnuje nasledujúce stupne: aktivácia činidla s tvorbou elektrofilu, nukleofilu alebo voľného radikálu. Na aktiváciu činidla je spravidla potrebný katalyzátor. V druhom stupni aktivované činidlo interaguje so substrátom. V tomto prípade sa tvoria medziľahlé častice (medziprodukty). Posledne uvedené zahŕňajú -komplexy, -komplexy (karbokationty), karbanióny, nové voľné radikály. V konečnom štádiu nastáva pridanie alebo vylúčenie častice k (z) medziproduktu vytvoreného v druhom stupni s tvorbou konečného reakčného produktu. Ak činidlo po aktivácii generuje nukleofil, potom je to - nukleofilné reakcie... Sú označené písmenom N - (v indexe). V prípade, že činidlo generuje elektrofil, sú reakcie elektrofilné (E). To isté možno povedať o reakciách voľných radikálov (R).

Nukleofily sú činidlá so záporným nábojom alebo atómom obohateným o elektrónovú hustotu: 1) anióny: OH-, CN-, RO-, RS-, Hal- a ďalšie anióny; 2) neutrálne molekuly s voľnými elektrónovými pármi: NH3, NH2R, H20, ROH a ďalšie; 3) molekuly s nadmernou hustotou elektrónov (s - väzbami). Elektrofily sú činidlá s kladným nábojom alebo atómom ochudobneným o elektrónovú hustotu: 1) katióny: Н + (protón), НS03 + (hydrogénsulfóniový ión), NO 2 + (nitróniový ión), NO (nitrosoniový ión) a ďalšie katióny; 2) neutrálne molekuly s prázdnym orbitálom: AlCl3, FeBr3, SnCl4, BF4 (Lewisove kyseliny), S03; 3) molekuly so zníženou hustotou elektrónov na atóme. 46

49

50

51

52

Bioorganická chémia je základná veda, ktorá skúma štruktúru a biologické funkcie najdôležitejších zložiek živej hmoty, predovšetkým biopolymérov a bioregulátorov s nízkou molekulovou hmotnosťou, so zameraním na objasnenie vzťahov medzi štruktúrou zlúčenín a ich biologickým pôsobením.

Bioorganická chémia je veda na križovatke chémie a biológie, prispieva k odhaleniu princípov fungovania živých systémov. Bioorganická chémia má výraznú praktickú orientáciu, ktorá je teoretickým základom pre získavanie nových cenných zlúčenín pre medicínu, poľnohospodárstvo, chemický, potravinársky a mikrobiologický priemysel. Rozsah záujmov bioorganickej chémie je neobvykle široký - jedná sa jednak o svet látok izolovaných zo živej prírody a hrajúcich dôležitú úlohu v živote, jednak o svet umelo získaných organických zlúčenín s biologickou aktivitou. Bioorganická chémia zahŕňa chémiu všetkých látok v živej bunke, desiatky a stovky tisíc zlúčenín.

Predmety štúdia, výskumné metódy a hlavné úlohy bioorganickej chémie

Predmety štúdia bioorganická chémia sú bielkoviny a peptidy, sacharidy, lipidy, zmiešané biopolyméry - glykoproteíny, nukleoproteíny, lipoproteíny, glykolipidy atď., alkaloidy, terpenoidy, vitamíny, antibiotiká, hormóny, prostaglandíny, feromóny, toxíny, ako aj syntetické regulátory biologických procesov : lieky, pesticídy atď.

Hlavný arzenál výskumných metód metódy bioorganickej chémie; na riešenie štrukturálnych problémov sa používajú fyzikálne, fyzikálnochemické, matematické a biologické metódy.

Hlavné úlohy bioorganická chémia sú:

• Izolácia v individuálnom stave a čistenie študovaných zlúčenín pomocou kryštalizácie, destilácie, rôznych typov chromatografie, elektroforézy, ultrafiltrácie, ultracentrifugácie atď. V takom prípade sa často využívajú špecifické biologické funkcie študovanej látky (napríklad čistota antibiotika sa sleduje podľa jeho antimikrobiálnej aktivity, hormónu - pomocou jeho vplyv na určitý fyziologický proces atď.);
• Stanovenie štruktúry vrátane priestorovej štruktúry na základe prístupov organickej chémie (hydrolýza, oxidačné štiepenie, štiepenie špecifickými fragmentmi, napríklad metionínovými zvyškami pri vytváraní štruktúry peptidov a proteínov, štiepenie 1,2-diolovými skupinami uhľohydrátov atď.) A fyzikálnymi -chemická chémia pomocou hmotnostnej spektrometrie, rôzne typy optickej spektroskopie (IR, UV, laser, atď.), röntgenová štrukturálna analýza, nukleárna magnetická rezonancia, elektrónová paramagnetická rezonancia, disperzia optickej rotácie a cirkulárneho dichroizmu, metódy rýchlej kinetiky atď. s výpočtami na počítači. Na rýchle vyriešenie štandardných problémov spojených so zavedením štruktúry mnohých biopolymérov boli vyvinuté a široko používané automatické zariadenia, ktorých princíp je založený na štandardných reakciách a vlastnostiach prírodných a biologicky aktívnych zlúčenín. Jedná sa o analyzátory na stanovenie kvantitatívneho aminokyselinového zloženia peptidov, sekvencéry na potvrdenie alebo stanovenie sekvencie aminokyselinových zvyškov v peptidoch a nukleotidových sekvencií v nukleových kyselinách atď. Pri štúdiu štruktúry komplexných biopolymérov má veľký význam použitie enzýmov, ktoré konkrétne štiepia študované zlúčeniny na striktne definované väzby. Takéto enzýmy sa používajú pri štúdiu štruktúry proteínov (trypsín, proteinázy štiepiace peptidové väzby na zvyškoch kyseliny glutámovej, prolínu a ďalších aminokyselinových zvyškov), nukleových kyselín a polynukleotidov (nukleázy, reštrikčné enzýmy), polymérov obsahujúcich sacharidy (glykozidázy vrátane špecifických galaktozidáz) , glukuronidáza atď.). Aby sa zvýšila efektívnosť výskumu, analyzujú sa nielen prírodné zlúčeniny, ale aj ich deriváty, ktoré obsahujú charakteristické špeciálne zavedené skupiny a označené atómy. Takéto deriváty sa získavajú napríklad pestovaním výrobcu na médiu obsahujúcom označené aminokyseliny alebo iných rádioaktívnych prekurzorov, ktoré zahŕňajú trícium, rádioaktívny uhlík alebo fosfor. Spoľahlivosť údajov získaných pri štúdiu komplexných proteínov sa významne zvyšuje, ak sa táto štúdia uskutočňuje v spojení so štúdiom štruktúry zodpovedajúcich génov.
• Chemická syntéza a chemická modifikácia študovaných zlúčenín vrátane úplnej syntézy, syntézy analógov a derivátov. Pre zlúčeniny s nízkou molekulovou hmotnosťou je kontraindikácia stále dôležitým kritériom správnosti stanovenej štruktúry. Vývoj metód syntézy prírodných a biologicky aktívnych zlúčenín je nevyhnutný na riešenie ďalšieho dôležitého problému bioorganickej chémie - objasnenia vzťahu medzi ich štruktúrou a biologickou funkciou.
• Objasnenie vzťahu medzi štruktúrou a biologickými funkciami biopolymérov a bioregulátorov s nízkou molekulovou hmotnosťou; štúdium chemických mechanizmov ich biologického pôsobenia. Tento aspekt bioorganickej chémie nadobúda čoraz praktickejší význam. Zdokonalenie arzenálu metód chemickej a chemoenzymatickej syntézy komplexných biopolymérov (biologicky aktívne peptidy, proteíny, polynukleotidy, nukleové kyseliny vrátane aktívne fungujúcich génov) v spojení so stále sa zdokonaľujúcou technikou syntézy relatívne jednoduchších bioregulátorov, ako aj metódami selektívneho štiepenia biopolymérov stále hlbšie. pochopiť závislosť biologického pôsobenia od štruktúry zlúčenín. Použitie vysoko efektívnej výpočtovej technológie umožňuje objektívne porovnať početné údaje od rôznych výskumníkov a nájsť spoločné vzorce. Nájdené konkrétne a všeobecné vzorce zase stimulujú a uľahčujú syntézu nových zlúčenín, čo v mnohých prípadoch (napríklad pri štúdiu peptidov, ktoré ovplyvňujú mozgovú aktivitu) umožňuje nájsť prakticky dôležité syntetické zlúčeniny, ktoré majú lepšiu biologickú aktivitu ako prírodné analógy. Štúdium chemických mechanizmov biologického pôsobenia otvára možnosť vytvárania biologicky aktívnych zlúčenín s vopred určenými vlastnosťami.
• Získanie prakticky cenných liekov.
• Biologické testovanie získaných zlúčenín.

Vznik bioorganickej chémie. Historický odkaz

K formovaniu bioorganickej chémie vo svete došlo koncom 50. - začiatkom 60. rokov, kedy boli hlavným predmetom výskumu v tejto oblasti štyri triedy organických zlúčenín, ktoré hrajú kľúčovú úlohu v živote bunky a tela - bielkoviny, polysacharidy a lipidy. Vynikajúce úspechy v tradičnej chémii prírodných zlúčenín, ako napríklad objav L. Paulinga α-helixu ako jedného z hlavných prvkov priestorovej štruktúry polypeptidového reťazca v proteínoch, stanovenie A. Todda chemickej štruktúry nukleotidov a prvá syntéza dinukleotidu, vývoj F. Sengera metódy stanovenia aminokyselinovej sekvencie v proteínoch a jeho dešifrovanie štruktúry inzulínu, syntéza takých komplexných prírodných zlúčenín, ako je rezerpín, chlorofyl a vitamín B12, R. Woodwarda, syntéza prvého peptidového hormónu oxytocínu, v podstate znamenala transformáciu chémie prírodných zlúčenín na modernú bioorganickú chémiu.

U nás však záujem o bielkoviny a nukleové kyseliny vznikol oveľa skôr. Prvý výskum chémie bielkovín a nukleových kyselín sa začal v polovici 20. rokov 20. storočia. medzi múrmi Moskovskej univerzity a práve tu vznikli prvé vedecké školy, ktoré úspešne pôsobia v týchto najdôležitejších prírodných oblastiach dodnes. Takže v 20. rokoch. z iniciatívy N.D. Zelinsky začal systematický výskum bielkovinovej chémie, ktorého hlavnou úlohou bolo zistiť všeobecné zásady štruktúra bielkovinových molekúl. N. D. Zelinsky vytvoril prvé laboratórium proteínovej chémie v našej krajine, v ktorom sa uskutočnili dôležité práce na syntéze a štrukturálnej analýze aminokyselín a peptidov. Vynikajúca úloha pri vývoji týchto diel patrí M.M. Botvinnik a jej študenti, ktorí dosiahli pôsobivé výsledky v štúdiu štruktúry a mechanizmu účinku anorganických pyrofosfatáz, kľúčových enzýmov metabolizmu fosforu v bunke. Na konci 40. rokov, keď sa začala objavovať vedúca úloha nukleových kyselín v genetických procesoch, M.A. Prokofiev a Z.A. Shabarova začala pracovať na syntéze zložiek nukleových kyselín a ich derivátov, čím položila základ pre chémiu nukleových kyselín v našej krajine. Uskutočnili sa prvé syntézy nukleozidov, nukleotidov a oligonukleotidov, veľký prínos bol dosiahnutý pri vytváraní domácich automatických syntetizátorov nukleových kyselín.

V 60. rokoch. tento smer sa u nás vyvíjal dôsledne a rýchlo, často predstihol podobné kroky a trendy v zahraničí. Pri vývoji bioorganickej chémie zohrali obrovskú úlohu zásadné objavy A.N. Belozersky, ktorý dokázal existenciu DNA vo vyšších rastlinách a systematicky študoval chemické zloženie nukleových kyselín, klasické štúdie V.A. Engelhardt a V.A. Belitser o oxidačnom mechanizme fosforylácie, svetoznáme štúdie A.E. Arbuzov o chémii fyziologicky aktívnych organofosforových zlúčenín, ako aj o základných prácach I.N. Nazarov a N.A. Preobrazhensky o syntéze rôznych prírodných látok a ich analógov a ďalších dielach. Najväčšie zásluhy na tvorbe a vývoji bioorganickej chémie v ZSSR majú akademik M.M. Šemyakin. Začal najmä prácou na štúdiu atypických peptidov - depsipeptidov, ktoré sa následne široko vyvíjali v súvislosti s ich funkciou ako ionofory. Talent, bystrosť a energická činnosť tohto i ďalších vedcov prispeli k rýchlemu rastu medzinárodnej prestíže sovietskej bioorganickej chémie, k jej upevneniu v najdôležitejších oblastiach a k organizačnému posilneniu v našej krajine.

Koncom 60. - začiatkom 70. rokov. Pri syntéze biologicky aktívnych zlúčenín zložitej štruktúry sa začali ako katalyzátory používať enzýmy (tzv. Kombinovaná chemicko-enzymatická syntéza). Tento prístup použil G. Korana pre prvú génovú syntézu. Použitie enzýmov umožnilo uskutočniť prísne selektívnu transformáciu mnohých prírodných zlúčenín a získať nové biologicky aktívne deriváty peptidov, oligosacharidov a nukleových kyselín s vysokým výťažkom. V 70. rokoch. najintenzívnejšie rozvinuté oblasti bioorganickej chémie, ako je syntéza oligonukleotidov a génov, štúdie bunkových membrán a polysacharidov, analýza primárnych a priestorových štruktúr proteínov. Študovali sa štruktúry dôležitých enzýmov (transamináza, β-galaktozidáza, DNA-dependentná RNA polymeráza), ochranných proteínov (γ-globulíny, interferóny), membránových proteínov (adenozíntrifosfatázy, bakteriorodopsín). Veľký význam nadobudli štúdie o štruktúre a mechanizme pôsobenia peptidov - regulátorov nervovej aktivity (tzv. Neuropeptidov).

Moderná domáca bioorganická chémia

V súčasnosti má domáca bioorganická chémia popredné svetové postavenie v mnohých kľúčových oblastiach. Pri štúdiu štruktúry a funkcie biologicky aktívnych peptidov a komplexných proteínov vrátane hormónov, antibiotík a neurotoxínov sa dosiahol značný pokrok. Dôležité výsledky sa dosiahli v chémii membránovo aktívnych peptidov. Boli preskúmané dôvody jedinečnej selektivity a účinnosti pôsobenia dyspepsid-ionoforov a bol objasnený mechanizmus fungovania v živých systémoch. Boli získané syntetické analógy ionoforov s požadovanými vlastnosťami, ktoré majú mnohonásobne vyššiu účinnosť ako prírodné vzorky (VT Ivanov, Yu.A. Ovchinnikov). Jedinečné vlastnosti ionoforov sa používajú na výrobu iónovo-selektívnych senzorov na ich základe, ktoré sa široko využívajú v technológiách. Úspechy dosiahnuté pri štúdiu ďalšej skupiny regulátorov - neurotoxínov, ktoré sú inhibítormi prenosu nervových impulzov, viedli k ich rozšírenému použitiu ako nástrojov na štúdium membránových receptorov a iných špecifických štruktúr bunkových membrán (E.V. Grishin). Vývoj prác na syntéze a štúdiu peptidových hormónov viedol k vytvoreniu vysoko účinných analógov hormónov oxytocínu, angiotenzínu II a bradykinínu, ktoré sú zodpovedné za kontrakciu hladkého svalstva a reguláciu krvného tlaku. Veľkým úspechom bola úplná chemická syntéza inzulínových prípravkov vrátane ľudského inzulínu (N.A. Yudaev, Yu.P. Shvachkin atď.). Bolo objavených a študovaných množstvo proteínových antibiotík, vrátane gramicidínu S, polymyxínu M, aktinoxantínu (G.F. Gauze, A.S. Khokhlov a ďalších). Aktívne sa vyvíjajú práce na štúdiu štruktúry a funkcie membránových proteínov, ktoré vykonávajú receptorové a transportné funkcie. Získali sa fotoreceptorové proteíny rodopsín a bakteriorodopsín a študovali sa fyzikálnochemické základy ich fungovania ako iónovej pumpy závislej na svetle (V.P.Skulachev, Yu.A. Ovchinnikov, M.A. Ostrovsky). Štruktúra a mechanizmus fungovania ribozómov, hlavných systémov biosyntézy bielkovín v bunke, boli široko študované (A.S. Spirin, A.A. Bogdanov). Veľké výskumné cykly sú spojené so štúdiom enzýmov, stanovením ich primárnej štruktúry a priestorovej štruktúry, štúdiom katalytických funkcií (aspartátaminotransferáza, pepsín, chymotrypsín, ribonukleáza, enzýmy metabolizmu fosforu, glykozidáza, cholínesteráza atď.). Boli vyvinuté metódy syntézy a chemickej modifikácie nukleových kyselín a ich zložiek (DG Knorre, MN Kolosov, ZA Shabarova), vyvíjajú sa prístupy k vytváraniu liekov novej generácie na ich báze pre liečbu vírusových, onkologických a autoimunitných ochorení. Pomocou jedinečných vlastností nukleových kyselín a na ich základe, diagnostických prípravkov a biosenzorov sa vytvárajú analyzátory mnohých biologicky aktívnych zlúčenín (V.A. Vlasov, Yu. M. Evdokimov atď.)

Významný pokrok sa dosiahol v syntetickej chémii uhľohydrátov (syntéza bakteriálnych antigénov a tvorba umelých vakcín, syntéza špecifických inhibítorov sorpcie vírusov na povrchu buniek, syntéza špecifických inhibítorov bakteriálnych toxínov (N.K. Kochetkov, A.Ya. Horlin)). Pri štúdiu lipidov, lipoaminokyselín, lipopeptidov a lipoproteínov (L.D. Bergelson, N. M. Sissakian) sa dosiahol značný pokrok. Boli vyvinuté spôsoby syntézy mnohých biologicky aktívnych mastných kyselín, lipidov a fosfolipidov. Bola študovaná transmembránová distribúcia lipidov v rôznych druhoch lipozómov, v bakteriálnych membránach a v pečeňových mikrozómoch.

Dôležitou oblasťou bioorganickej chémie je štúdium rôznych prírodných a syntetických látok schopných regulovať rôzne procesy prebiehajúce v živých bunkách. Ide o repelenty, antibiotiká, feromóny, signálne látky, enzýmy, hormóny, vitamíny a ďalšie (takzvané nízkomolekulárne regulátory). Boli vyvinuté spôsoby syntézy a výroby takmer všetkých známych vitamínov, významnej časti steroidných hormónov a antibiotík. Na získanie mnohých koenzýmov používaných ako terapeutické látky boli vyvinuté priemyselné metódy (koenzým Q, pyridoxal fosfát, tiamíndifrofosfát atď.). Boli navrhnuté nové silné anabolytiká, lepšie pôsobiace ako známe zahraničné lieky (I, V. Torgov, SN Ananchenko). Skúmala sa biogenéza a mechanizmy účinku prírodných a transformovaných steroidov. Pri štúdiu alkaloidov, steroidných a triterpénových glykozidov a kumarínov sa dosiahol značný pokrok. Pôvodný výskum sa uskutočnil v oblasti chémie pesticídov, čo viedlo k uvoľneniu množstva cenných liekov (IN Kabachnik, NN Melnikov atď.). Aktívne sa hľadajú nové lieky potrebné na liečbu rôznych chorôb. Boli získané prípravky, ktoré preukázali svoju účinnosť pri liečbe mnohých onkologických ochorení (dopan, sarkolýzín, ftorafur atď.).

Prioritné smery a perspektívy rozvoja bioorganickej chémie

Prioritnými oblasťami výskumu v oblasti bioorganickej chémie sú:

• štúdium štrukturálnej a funkčnej závislosti biologicky aktívnych zlúčenín;
• návrh a syntéza nových biologicky aktívnych liekov vrátane tvorby liekov a prípravkov na ochranu rastlín;
• výskum vysoko efektívnych biotechnologických procesov;
• štúdium molekulárnych mechanizmov procesov prebiehajúcich v živom organizme.

Orientovaný základný výskum v oblasti bioorganickej chémie je zameraný na štúdium štruktúry a funkcie najdôležitejších biopolymérov a nízkomolekulárnych bioregulátorov vrátane proteínov, nukleových kyselín, sacharidov, lipidov, alkaloidov, prostaglandínov a ďalších zlúčenín. Bioorganická chémia úzko súvisí s praktickými problémami medicíny a poľnohospodárstva (získavanie vitamínov, hormónov, antibiotík a iných liekov, stimulátorov rastu rastlín a regulátorov správania zvierat a hmyzu), chemického, potravinárskeho a mikrobiologického priemyslu. Výsledky vedeckého výskumu sú základom pre vytvorenie vedecko-technickej základne technológií na výrobu moderných prostriedkov lekárskej imunodiagnostiky, reagencií pre lekársky genetický výskum a reagencií pre biochemické analýzy, technológií pre syntézu liečivých látok na použitie v onkológii, virológii, endokrinológii, gastroenterológii, ako aj chemických látkach ochrana rastlín a technológie na ich použitie v poľnohospodárstve.

Riešenie základných problémov bioorganickej chémie je dôležité pre ďalší pokrok v biológii, chémii a množstve technických vied. Bez objasnenia štruktúry a vlastností najdôležitejších biopolymérov a bioregulátorov je nemožné pochopiť podstatu životných procesov a ešte viac nájsť spôsoby, ako riadiť také zložité javy, ako je reprodukcia a prenos dedičných znakov, normálny a malígny rast buniek, imunita, pamäť, prenos nervových impulzov a oveľa viac. Štúdium vysoko špecializovaných biologicky aktívnych látok a procesov prebiehajúcich s ich účasťou zároveň môže otvoriť zásadne nové príležitosti pre rozvoj chémie, chemickej technológie a technológie. Medzi problémy, ktorých riešenie je spojené s výskumom v oblasti bioorganickej chémie, patrí tvorba vysoko špecifických vysoko aktívnych katalyzátorov (na základe štúdia štruktúry a mechanizmu pôsobenia enzýmov), priama premena chemickej energie na mechanickú (na základe štúdia kontrakcie svalov), využitie princípov chemického ukladania v technológii a prenos informácií uskutočňovaných v biologických systémoch, princípy samoregulácie viaczložkových systémov bunky, predovšetkým selektívna permeabilita biologických membrán, a oveľa viac. body pre rozvoj biochemického výskumu, ktorý už súvisí s oblasťou molekulárnej biológie. Šírka a dôležitosť problémov, ktoré sa majú vyriešiť, rozmanitosť metód a úzke prepojenie s inými vednými odbormi zaisťuje rýchly rozvoj bioorganickej chémie. Bulletin Moskovskej univerzity, séria 2, Chémia. 1999. T. 40. č. 5. S. 327-329.

Bender M., Bergeron R., Komiyama M. Bioorganická chémia enzymatickej katalýzy. Za. z angličtiny. M.: Mir, 1987,352 s.

Yakovishin L.A. Vybrané kapitoly z bioorganickej chémie. Sevastopol: Strizhak-press, 2006,196 s.

Nikolaev A.Ya. Biologická chémia. Moskva: Lekárska informačná agentúra, 2001.496 s.