Теоретические основы термодинамики и биоэнергетики

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации

(ГБОУ ВПО ТюмГМА Минздравсоцразвития России)

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

_______________Суплотова Л.А.

«__»______________ 2011 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

По Химии

Для специальности 060103 Педиатрия

Факультет педиатрический

Курс первый

Семестр 1

Модули 3

Зачетные единицы 3

Лекции 21

Экзамен нет

Зачет 1 семестр

Практические (семинарские) занятия 26 час

Лабораторные занятия 25 час

Самостоятельная работа 36 (час.)

Всего часов 108

Тюмень, 2011 год

Рабочая программа составлена на основании требований Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 060103 «Педиатрия» (2010 г.), учебного плана (2011 г.), примерной типовой программы по химии.

Индекс С2.Б3.

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры общей и биоорганической химии

(протокол № 2 от « 5 » сентября 2011 г).

Заведующий кафедрой общей и биоорганической химии,

д.х.н., профессор Н.М. Сторожок

Согласовано:

Декан факультета, д.м.н., профессор К.А. Лебедева

Председатель ЦМК, д.м.н., профессор Д.Г. Губин

« _20_ » __сентября_ 2011 г.

Программа заслушана и утверждена на заседании ЦКМС (протокол

№____« _____» ____________2011 г).

Председатель ЦКМС, д.м.н. профессор Л.А. Суплотова

Составитель программы:

Заведующий кафедрой общей и биоорганической химии

д.х.н., профессор Н.М.Сторожок

Рецензенты:

Профессор кафедры аналитической, органической химии ГБОУ ВПО

ТюмГМА, д.х.н., профессор А.И. Сичко

Заведующий кафедрой общей химии ГБОУ ВПО УГМА,

д.х.н., профессор Н.А Белоконова

I. Цели освоения дисциплины

Цель – формирование у студентов системных знаний и умений выполнять расчеты параметров физико-химических процессов, при рассмотрении их физико-химической сущности и механизмов взаимодействия веществ, происходящих в организме человека на клеточном и молекулярном уровнях, а также при воздействии на живой организм окружающей среды.

Наряду с этим ставится цель воспитания личности студентов. В процессе изучения дисциплины, обучающиеся должны не только приобретать современные знания и профессиональные навыки, но и формировать активную жизненную позицию, вырабатывать личностные качества, позволяющие быть

- гражданином и патриотом России;

- проявлять толерантность и веротерпимость;

- не допускать националистических проявлений, экстремизма;

- обладать широким кругозором, устоявшимся мировоззрением;

- быть коммуникабельным человеком, способным к диалогу с оппонентом.

Студент должен приобретать также такие личностные качества, как:

- способность к состраданию;

- осмысление ценности и уникальности человеческой жизни;

- умение оценивать последствия своих действий;

- стремление к самосовершенствованию, к постоянному пополнению своих знаний;

- способность к обдуманному риску, основанному на профессиональных знаниях и умениях.

Задачи:

- ознакомление студентов с принципами организации и работы химической лаборатории;

- ознакомление студентов с мероприятиями по охране труда и технике безопасности в химической лаборатории, с осуществлением контроля за соблюдением и обеспечением экологической безопасности при работе с реактивами;

- формирование у студентов представлений о физико-химических аспектах как о важнейших биохимических процессах и различных видах гомеостаза в организме: теоретические основы биоэнергетики, факторы, влияющие на смещение равновесия биохимических процессов;

- изучение студентами свойств веществ органической и неорганической природы; свойств растворов, различных видов равновесий химических реакций и процессов жизнедеятельности; механизмов действия буферных систем организма, их взаимосвязь и роль в поддержании кислотно-основного гомеостаза; особенностей кислотно-основных свойств аминокислот и белков;

- изучение студентами закономерностей протекания физико-химических процессов в живых системах с точки зрения их конкуренции, возникающей в результате совмещения равновесий разных типов; роли биогенных элементов и их соединений в живых системах; физико-химических основ поверхностных явлений и факторов, влияющих на свободную поверхностную энергию; особенностей адсорбции на различных границах разделов фаз; особенностей физхимии дисперсных систем и растворов биополимеров;

- формирование у студентов навыков изучения научной химической литературы;

- формирование у студентов умений для решения проблемных и ситуационных задач;

- формирование у студентов практических умений постановки и выполнения экспериментальной работы.

2. Место дисциплины в структуре ООП :

Дисциплина, относится к циклу Математических, естественнонаучных дисциплин.

Основные знания, необходимые для изучения дисциплины формируются:

Обучение студентов осуществляется на основе преемственности знаний и умений, полученных в курсе Химии общеобразовательных учебных заведений.

Является предшествующей для изучения дисциплин: биохимия; гистология, биологическая и медицинская физика, эмбриология, цитология; нормальная физиология; патофизиология, клиническая патофизиология; фармакология; микробиология, вирусология; клинические дисциплины.

3. Перечень компетенций в процессе освоения дисциплины:

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

способности и готовности анализировать социально-значимые проблемы и процессы, использовать на практике методы гуманитарных, естественнонаучных, медико-биологических и клинических наук в различных видах профессиональной и социальной деятельности (ОК-1);

способность и готовность к пониманию и анализу мировоззренческих, социально и личностно значимых философских проблем, основных философских категорий, к самосовершенствованию (ОК-2);

готовность к логическому и аргументированному анализу, к публичной речи, ведению дискуссии и полемики, подготовке текстов профессионального содержания, к осуществлению воспитательной и и педагогической деятеьности, к сотрудничеству и разрешению конфликтов, к толерантности (ОК-5);

способность и готовность к письменной и устной коммуникации на государственном языке и владению одним из иностранных языков на уровне бытового общения (ОК-6);

способность и готовность осуществлять свою деятельность с учетом принятых в обществе моральных и правовых норм; к соблюдению правил врачебной этики, сохранению врачебной тайны; к соблюдению законов и нормативных актов по работе с конфиденциальной информацией (ОК-8);

способности и готовности выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности врача, использовать для их решения соответствующий физико-химический и математический аппарат (ПК-2);

способности и готовности к формированию системного подхода к анализу медицинской информации, опираясь на всеобъемлющие принципы доказательной медицины, основанной на поиске решений с использованием теоретических знаний и практических умений в целях совершенствования профессиональной деятельности (ПК-3);

способность и готовность анализировать результаты собственной деятельности для предотвращения врачебных ошибок, осознавая при этом ответственность дисциплинарную, административную, гражданско-правовую, уголовную (ПК-4);

В результате изучения дисциплины студент должен:

Знать:

- термодинамические и кинетические закономерности, определяющие протекание химических и биохимических процессов;

- физико-химические аспекты важнейших биохимических процессов и различных видов гомеостаза в организме: теоретические основы биоэнергетики, факторы, влияющие на смещение равновесия биохимических процессов;

- свойства воды и водных растворов сильных и слабых электролитов;

- способы выражения концентрации веществ в растворах, способы приготовления растворов заданной концентрации;

- основные типы равновесий и процессов жизнедеятельности: протолитические, гетерогенные, лигандообменные, редокс;

- механизмы действия буферных систем организма, их взаимосвязь и роль в поддержании кислотно-основного гомеостаза; особенности кислотно-основных свойств аминокислот и белков;

- закономерности протекания физико-химических процессов в живых системах с точки зрения их конкуренции, возникающей в результате совмещения равновесий разных типов;

- роль коллоидных поверхностно-активных веществ в усвоении и переносе малополярных веществ в живом организме;

- строение и химические свойства основных классов биологически важных биологических соединений;

- роль биогенных элементов и их соединений в живых системах;

- физико-химические основы поверхностных явлений и факторы;

- влияющие на свободную поверхностную энергию; особенности адсорбции на различных границах разделов фаз;

- особенности физико-химии дисперсных систем и растворов биополимеров;

- физико-химические методы анализа в медицине (титриметрический, электрохимический, хроматографический, вискозиметрический).

Уметь:

- пользоваться физическим и химическим оборудованием;

- работать с увеличительной техникой (микроскопами, оптическими и простыми лупами);

- классифицировать химические соединения, основываясь на их структурных формулах;

- прогнозировать результаты физико-химических процессов, протекающих в живых системах, опираясь на теоретические положения;

- научно обосновывать наблюдаемые явления;

- производить физико-химические измерения, характеризующие те или иные свойства растворов, смесей и других объектов, моделирующих внутренние среды организма;

- представлять данные экспериментальных исследований и виде графиков и таблиц;

- производить наблюдения за протеканием химических реакций и делать обоснованные выводы;

- представлять результаты экспериментов и наблюдений в виде законченного протокола исследования;

- решать типовые практические задачи и овладеть теоретическим минимумом на более абстрактном уровне;

- решать ситуационные задачи, опираясь на теоретические положения, моделирующие физико-химические процессы, протекающие в живых организмах;

- умеренно ориентироваться в информационном потоке (использовать справочные данные и библиографию по той или иной причине).

Владеть:

- навыками самостоятельной работы с учебной, научной и справочной литературой; вести поиск и делать обобщающие выводы;

- навыками безопасной работы в химической лаборатории и умения обращаться с химической посудой, реактивами, работать с газовыми горелками и электрическими приборами.

4. Структура и содержание дисциплины (модуля):

4.1 Модуль 1 Основы химической термодинамики и кинетики, свойства растворов, редокс-процессы

4.2 Модуль 2 Биологически активные неорганические соединения (строение, свойства, участие в функционировании живых систем). Физико-химия поверхностных явлений и свойства дисперсных систем

4.3 Модуль 3 Низкомолекулярные биорегуляторы и биологически активные высокомолекулярные соединения (строение, свойства, участие в функционировании живых систем)

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы 108 час.

Вид учебной работы

Всего часов

Семестры I Аудиторные занятия (всего) 72 В том числе: Лекции (Л) 21 Практические занятия (ПЗ) 26 Семинары (С) Лабораторные работы (ЛР) 25 Самостоятельная работа (всего) 36 В том числе: Реферат Составление и заполнение картотеки Вид промежуточной аттестации зачет зачет Общая трудоемкость часы зачетные единицы 108

Содержание дисциплины

Химическая термодинамика

Химическое равновесие

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

Учение о растворах

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

Химия биогенных элементов

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

Химия элементов s -блока

Электронные структуры атомов и катионов.

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

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

Химия элементов d -блока

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

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

Химия элементов p -блока

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

Адсорбция

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

Дисперсные системы

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

Углеводы. Монозы.

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

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

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

Нуклеиновые кислоты.

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

Липиды

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

Пероксидное окисления фрагментов жирных кислот в клеточных мембранах.

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

План лекций

№ п/п	Содержание лекции	часы
1	Введение в предмет. Элементы химическо термодинамики. 1 и 2 закон термодинамики. Химическое равновесие. Термодинамика растворения.	+
2	Роль воды в жизнедеятельности организма. Теория растворов сильных и слабых электролитов. Коллигативные свойства разбавленных растворов. Закон Рауля и следствия из него. Осмос.	+
3	Протолитические реакции. Гидролиз солей. Амфолиты Буферные системы организма.	+
4	Основы химической кинетики	+
5	Лигандообменные процессы. Строение металлоферментов, биокомплексных соединений. Металло-лигандный гомеостаз.	+
6	Биогенные элементы. Химия биогенных элементов s-блока	+
7	Химия биогенных элементов d-блока	+
8	Химия биогенных элементов р-блока	+
9	Физико-химия поверхностных явлений в функционировании живых систем	+
10	Физико-химия дисперсных систем в функционировании живых организмов	+
11	Полифункциональные соединения (многоатомные спирты и фенолы, полиамины, двухосновные карбоновые кислоты). Циклизация и хелатообразование.
12	Гетерофункциональность (аминоспирты, аминокислоты, углеводы). Особенности проявления кислотно- основных свойств (амфолиты). Основы стереоизомерии гетерофункциональных соединений.Оптическая активность.
13	Сопряжение и ароматичность как факторы повышения стабильности молекул. Биологически важные ароматические и гетероциклические соединения. Порфирины.	+
14	Биополимеры. Пептиды и белки. Свойства растворов ВМС.	+
15	Углеводы. Монозы, полиозы
16	Нуклеиновые кислоты	+
17	Липиды

4.5 Тематический план лабораторных и практических занятий

№ п/п

Название темы лабораторного или практического занятия

Часы

П/п

Наименование обеспечиваемых

(последующих) дисциплин

№ № разделов данной дисциплины,

Активные формы обучения

(выполнение опытов)

ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ К ЗАЧЕТУ

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ

11. Рассчитайте молярное соотношение компонентов буферной системы, содержащей NH₄ОН и NH₄C1, имеющей рН - 9,86. Кв(NН₄0Н) = 1,79´10^-5.

12. Вычислите массу ацетата натрия, которую следует добавить к раствору уксусной кислоты С(СН₃СООН) = 0,316 моль/л и объемом 2 л, чтобы получить буферный раствор с рН = 4,87 (изменением объема пренебречь).

13. Определить рН буферного раствора, содержащего в 10 мл 0,1 моль эфедрина (одноатомное основание) и 0,1 моль эфедрина гидрохлорида (соль), если рК эфедрина 4,64.

14. Диапазон изменений концентраций [Н⁺] lO´lO^-8 ± l,8´lO^-8 моль/л отвечает совместимому с жизнью состоянию. Каковы пределы рН, отвечающие этому состоянию?

15. Определите концентрацию [H⁺] в чистом желудочном соке, если рН его 1,1.