Перечень вопросов для подготовки к экзамену по дисциплине Основы молекулярной биомедицины
 Скачать 1.51 Mb.
|
|
12. Объясните принцип спектрофотометрических методов: количественный и качественный спектрофотометрический анализ. Спектральные методы исследования – это методы анализа веществ, основанные на изучении их оптических свойств. Главное преимущество спектральных методов состоит в том, что вещество в процессе исследования не разрушается. К спектральным методам исследования относятся: фотометрические методы, спектральный и люминесцентный анализы. К фотометрическим методам относят спектрофотометрию и фотоколориметрию. Эти методы основаны на измерении поглощения света изучаемым веществом в видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра. Фотометрические (абсорбционные) методы основаны па избирательном поглощении света исследуемым веществом и подчиняются закону Бугера — Ламберта — Бера (поглощение света пропорционально концентрации поглощающего вещества и толщине поглощающего слоя). При фотометрических методах анализ проводят по поглощению монохроматического света. Спектрофотометрия — один из наиболее точных фотометрических методов анализа, применяемых в биохимии. Спектральный анализ — качественный и количественный метод определения состава веществ, основанный на исследовании их спектров испускания, поглощения, отражения. Различают атомный и молекулярный спектральный анализ, задачи которых состоят в определении соответственно элементного и молекулярного состава вещества. Эмиссионный спектральный анализ проводят по спектрам испускания атомов, ионов или молекул, возбужденных различными способами, абсорбционный спектральный анализ – по спектрам поглощения электромагнитного излучения исследуемыми объектами. Качественный анализ производят по положению спектральных линий, количественный — по их интенсивности. 13. Расскажите о физико-химических свойствах крови, укажите основные константы. Цвет крови - зависит от гемоглобина. Артериальная кровь яркокрасня, в ней много гемоглобина, связанного с кислородом (оксигемоглобина). Венозная кровь – темнокрасная с синеватым оттенком. Такой цвет крови связан с наличием в ней не только оксигемоглобина, но восстановленного гемоглобина. Вязкость крови – или внутреннее трение. Часто определяется по отношению к воде, если последнюю принять за 1,0, то вязкость крови в норме составляет 4,0-5,0. У новорожденных этот показатель равен 10,0-14,0. Но уже к месячному возрасту, он становится таким же, как и у взрослых людей. У девочек вязкость крови меньше, чем у мальчиков. Плотность крови – 1,056- 1,060. Увеличивается при сгущении крови, уменьшается – при разжижении ее. Величина плотности зависит от форменных элементов крови и белков. Осмотическое давление – сила, которая заставляет переходить воду из менее концентрированного раствора в более концентрированный. В его поддержании большую роль играет хлорид натрия (до 60% этого давления зависит от него). Во всех элементах внутренней среды организма (крови, лимфе, тканевой жидкости) оно одинаково. Даже если в кровь поступает много воды и солей оно меняется мало, так как воду и соли выводят почки. Поддерживается осмотическое давление с помощью осморецепторов, расположенных в стенке кровеносных сосудов и гипоталамусе. В норме его величина от 7,3 до 7, 6 атмосфер. Растворы с одинаковым осмотическим давлением называются изотоническими (например, 0,85 % хлорид натрия,5,5% раствор глюкозы). Если осмотическое давление в растворе больше он называется гипертоническим и, соответственно, если меньше – гипотоническим. Онкотическое давление – создается белками крови (альбуминами). Его величина в норме от 25 до 30 мм рт.ст. Оно очень важно для обмена жидкостями в капиллярах, для образования мочи, всасывания, лимфообразования. Кислотно-щелочное равновесие - соотношение между кислотным и щелочным эквивалентом в крови. Это реакция, обусловленная концентрацией ионов «Н». Для его оценки используется водородный показатель или рН. Если рН = 7,0, то среда называется нейтральной. Если меньше 7,0 – кислой, если больше 7,0 – щелочной. В норме рН венозной крови – 7,34, артериальной – 7,4. В целом крови – 7,35-7,47. При рождении сдвиг рН в кислую сторону, но уже к концу суток становится нормальным. рН поддерживается : буфферными системами, органами выделения, и легкими. Буфферные системы – это бикарбонатная, фосфатная, белковая, гемоглобиновая. Последняя система составляет до 75% всей системы. Если напряжение мышц растет, то в кровь поступают кислые продукты (молочная кислота, углекислота) и наблюдается сдвиг в кислую сторону – ацидоз. При усиленном выделении углекислоты (с помощью легких при гипервентиляции) наблюдается сдвиг в щелочную сторону – алкалоз. Белки крови составляют 7-8% или 65-85 г/л. Среди них различают. Альбумины (60% или 35-50 г/л), они подвижны, имеют малый молекулярный вес, важны для поддержания онокотического давления, транспорта билирубина, солей тяжелых металлов, жирных кислот, фармакологических препаратов, образуются в печени. Глобулины (40% или 30-35 г/л) образуются в печени, костном мозге, селезенке, принимают участие в транспорте фосфолипидов, холестерина, стероидных гормонов, образуют антитела. Белки крови выполняют защитные функции в организме (антитела, антитоксины, агглютинины, свертывание крови), обеспечивают ряд физико- химических свойств (онкотическое давление, плотность, буфферные свойства, вязкость) и имеют значение как питательные вещества. 14. Назовите основные буферные системы крови и дайте их характеристику В крови выделяют 4 вида буферных систем: 1) Гемоглобиновая буферная система. Она находится в эритроцитах. Эта система на 75% обеспечивает буферную емкость крови. Восстановленный гемоглобин является очень слабой кислотой, у оксигемоглобина кислотные свойства выражены сильнее. Механизм работы заключается в следующем. В тканевых капиллярах оксигемоглобин отдает кислород и появляется большое количество солей гемоглобина, имеющих щелочную реакцию. Они взаимодействуют с кислыми продуктами обмена веществ, в результате чего образуются бикарбонаты и восстановленный гемоглобин. В легочных капиллярах гемоглобин присоединяет кислород и становится сильной кислотой, предотвращая защелачивание крови после выделения углекислого газа из крови. Таким образом, гемоглобин действует в тканях как основание, а в легких как кислота. 2) Бикарбонатная буферная система. Она находится в плазме крови. Карбонатная буферная система по своей мощности занимает второе место. Она представлена угольной кислотой и ее солями: бикарбонатами натрия или калия (пропорция 1/20). В зависимости от сдвига рН она может проявлять кислотные или основные свойства. Механизм действия буферной системы следующий. При поступлении в кровь кислоты более сильной, чем угольная, она взаимодействует с бикарбонатами и вытесняет из них слабую кислоту. Образуются нейтральная соль и слабодиссоциированная угольная кислота. Угольная кислота распадается на воду и углекислый газ, который выделяется из организма через легкие. Если в кровь поступает основание, то в реакцию вступает угольная кислота. В результате образуются бикарбонаты и вода. Избыток бикарбонатов удаляется через почки. Бикарбонатный буфер широко используют для коррекции нарушений кислотно-основного состояния организма. 3) Фосфатная буферная система. Она состоит из натрия дигидрофосфата и натрия гидрофосфата. Первое соединение обладает свойствами слабой кислоты и взаимодействует с поступившими в кровь щелочными продуктами. Второе соединение имеет свойства слабой щелочи и вступает в реакцию с кислотами. 4) Белковая буферная система. Она является буфером, потому что белки обладают амфотерными свойствами: в кислой среде белки плазмы ведут себя как основания, а в щелочной среде – как кислоты. Буферные системы имеются и в тканях, что способствует поддержанию их рН на относительно постоянном уровне. Главными буферами тканей являются белки и фосфаты. 15. Альдегиды и кетоны, реакционная способность, общая характеристика, химические свойства. Карбонильные соединения – производные углеводородов, в которых два атома водорода при одном и том же атоме углерода замещены на атом кислорода. Реакционная способность Альдегиды и кетоны – один из наиболее реакционноспособных классов органических соединений. Их химические свойства определяются присутствием карбонильной группы. Атом углерода карбонильной группы несет эффективный положительный заряд и является объектом для атаки нуклеофилов. Основной тип реакций альдегидов и кетонов – реакции нуклеофильного присоединения. Кроме того, карбонильная группа оказывает влияние на реакционную способность связи С-Н в α -положении, повышая ее кислотность. Типы химических реакций карбонильных соединений: 1. Нуклеофильное присоединение 2. Нуклеофильное присоединение-отщепление (конденсация). Реакции с аминами и производными аминов. 3. Энолизация - образование енолятных анионов. 4. Альдольное присоединение и конденсация. 5. α-Галогенирование альдегидов и кетонов 6. Окисление альдегидов. 16. Реакционная способность карбоновых кислот и их производных. Реакционная способность карбоновых кислот и их производных Карбоновые кислоты – это органические вещества, содержащие карбоксильную группу ―СООН (или несколько таких групп) и радикал R. Наиболее важны моно-, ди- и трикарбоновые кислоты. Радикал R может иметь алифатическую, ароматическую или гетероциклическую природу. Физико-химические свойства карбоновых кислот определяются наличием полярной карбоксильной группы и неполярного бокового радикала. Полярная карбоксильная группа придает карбоновым кислотам растворимость в воде, способна к диссоциации на протон и карбоксилат-анион, поэтому водные растворы карбоновых кислот имеют кислую реакцию: большинство алифатических карбоновых кислот слабее неорганических кислот по причине электронодонорных свойств бокового радикала, ослабляющего кислотность карбоксильной группы. Между насыщенными, ненасыщенными, гидрокси- и оксокислотами существует генетическая связь – эти соединения последовательно превращаются друг в друга в результате химических реакций в боковом радикале. 17. Химические свойства функциональных производных карбоновых кислот. Производные: ангидриды, амиды, уреиды и др. Омыление (сапонификация) Гидролиз сложного эфира в водном растворе NaOH или KOH до спирта и натриевой или калиевой соли карбоновой кислоты известен как омыление (от латинского слова sapo, «мыло»). Продуктом омыления является карбоксилатный анион, а не свободная карбоновая кислота. Галогенирование по α-углеродному атому карбоновых кислот. Кислоту обрабатывают хлором или бромом в присутствии каталитического количества фосфора или тригалогенида фосфора. Декарбоксилирование Потеря молекулы углекислого газа из карбоновой кислоты известна как реакция декарбоксилирования. Восстановление Сложные эфиры можно восстановить двумя способами: (а) каталитическим гидрированием с использованием молекулярного водорода или (б) химическим восстановлением. В любом случае сложный эфир расщепляется с образованием (в дополнение к спирту или фенолу, из которого он был получен) первичный спирт, соответствующий кислой части сложного эфира. 18. Угольная кислота и ее производные, химические свойства. Углекислота образуется при взаимодействии углекислого газа с водой. Однако гидратация углекислого газа далека от завершения. Почти весь углекислый газ, растворенный в воде, существует в виде углекислого газа; только 0,3 процента его превращается в угольную кислоту. Угольная кислота является слабой кислотой и в небольшой степени ионизируется до бикарбонат-иона. Функциональные производные угольной кислоты Поскольку угольная кислота бифункциональна, каждое из ее производных также содержит две функциональные группы; эти группы могут быть одинаковыми или разными. 19. Дикарбоновые кислоты, химические свойства и характеристика. Дикарбоновые кислоты - твердые кристаллические соединения, растворимые в воде, обладают более сильными кислотными свойствами по сравнению с монокарбоновыми кислотами, содержащими одинаковое число атомов углерода. Химические свойства.У двухосновных кислот сохраняются все общие для карбоновых кислот свойства. Дикарбоновые кислоты превращаются в соли и образуют те же производные, что и монокарбоновые (галогенангидриды, ангидриды, амиды, сложные эфиры), но реакции могут идти как по одной (неполные производные), так и по обеим карбоксильным группам. Механизм реакций образования производных тот же, что и у монокарбоновых кислот. Двухосновные кислоты обнаруживают также ряд особенностей, обусловленных влиянием двух СООН-групп. Кислотные свойства.У дикарбоновых кислот по сравнению с предельными одноосновными кислотами повышены кислотные свойства (средние константы ионизации, таблица 26). Причиной этого является не только дополнительная диссоциация по второй карбоксильной группе, поскольку ионизация второго карбоксила протекает значительно труднее и вклад в кислотные свойства второй константы едва заметен. Реакции нуклеофильного замещения. Дикарбоновые кислоты, подобно монокарбоновым, вступают в реакции нуклеофильного замещения с участием одной или двух функциональных групп и образуют функциональные производные – сложные эфиры, амиды, хлорангидриды. Специфические реакции дикарбоновых кислот.Взаимное расположение карбоксильных групп в дикарбоновых кислотах существенно влияет на их химические свойства. Первые гомологи, в которых СООН-группы сближены, – щавелевая и малоновая кислоты – способны при нагревании отщеплять оксид углерода (IV), в результате чего удаляется карбоксильная группа. Способность к декарбо-ксилированию зависит от строения кислоты. Монокарбоновые кислоты теряют карбоксильную группу труднее, только при нагревании их солей с твердыми щелочами. 20. Классификация и биологические функции углеводов Углеводами называются кислородсодержащие органические соединения, содержащие карбонильную и несколько гидроксильных групп. Функции углеводов: - Энергетическая функция. За счет окисления углеводов удовлетворяется примерно половина всей потребности организма в энергии. - Структурная функция. Углеводы входят в состав структурно- функциональных компонентов клеток. - Пластическая (анаболическая) функция. Из углеводов в организме могут синтезироваться липиды и некоторые аминокислоты. - Информационная функция. Углеводы используются как информационные молекулы в межклеточных взаимодействиях и служат клеткам для «узнавания» друг друга. 21. Моносахариды: структура, свойства, важнейшие представители Моносахариды – это полигидроксикарбонильные соединения, т. е. полигидроксиальдегиды или полигидроксикетоны. Пяти- и шестиуглеродные цепи моносахаридов могут иметь клешневидную конформацию, вследствие чего появляется возможность сближения в пространстве альдегидной (кетонной) группы с ОН - группой у атомов С-4 или С-5. За счет их внутримолекулярного взаимодействия образуется циклический полуацеталь. В альдогексозах реакция идет главным образом по гидроксильной группе С-5 с образованием шестичленного пиранового цикла. Сахара с шестичленным циклом называются п и р а н о з а м и. Замыкание кольца с участием гидроксильной группы С-4 дает фурановый цикл, а сахара с таким циклом называются ф у р а н о з а м и. Правила перехода от проекционных формул Фишера к формулам Хеуорса 1. В формуле Фишера производят четное число перестановок заместителей при том атоме, гидроксильная группа которого участвует в образовании цикла. Эти перестановки выполняют с тем условием, чтобы ОН -группа оказалась на одной прямой с альдегидной группой. 2. Все заместители, находящиеся слева от линии углеродной цепи в фишеровской проекции, располагают над плоскостью оксидного цикла в формуле Хеуорса, а заместители, находящиеся справа, – под плоскостью. Химические свойства моносахаридов - Мутаротация. Переход аномеров из одной формы в другую через открытую ациклическую форму называется муторация. - Образование сложных эфиров Гидроксильные группы моносахаридов образуют эфиры с различными кислотами. Наибольшее значение имеют фосфорные эфиры: фосфаты рибозы и дезоксирибозы входят в состав нуклеиновых кислот, в метаболизме образуются фосфаты глюкозы, фруктозы и др. При этом фосфорилируются концевые углеродные атомы. - восстановление и окисление - реакция с реактивом Фелинга. Альдозы под действием реактива Фелинга – щелочного раствора комплекса тартрата калия-натрия и гидроксида меди (II) – окисляются до кислот, при этом образуется осадок оксида меди (I) желтого цвета, который при дальнейшем нагревании отдает воду и превращается в красно-кирпичный цвет. - Эпимеризация. В слабощелочном растворе D-глюкоза находится в равновесии с кетогексозой (D-фруктозой) и альдогексозой (D-маннозой). Происходит изомеризация моносахаридов, т. е. получение из одного моносахарида равновесной смеси моносахаридов, различающихся конфигурациями атомов С-1 и С-2. - образование гликозидов Важнейшие представители: Глюкоза, фруктоза, галактоза 22. Дисахариды: восстанавливающие и невосстанавливающие сахара Дисахариды состоят из двух ковалентно связанных друг с другом остатков моносахаридов одинаковой или разной природы. Химическая связь между моносахаридными остатками – связь гликозидная, в ее образовании участвует полуацетальный гидроксил одного моносахарида и гидроксильная группа другого моносахарида. Не восстанавливающие дисахариды: соединения, которые не восстанавливаются Cu(OH)2 и {Ag(NH3)2}OH, не содержат полуацетальные гидроксилы. |