ПОНЕДЕЛЬНИК, 17.01.22 г. 403, 405, 308  ИНСТРУКЦИЯ ДЛЯ ТЕХ, КТО  НЕ МОЖЕТ НАЙТИ СВОЮ ГРУППУ: 

СПРАВА ЕСТЬ АРХИВ. В АРХИВЕ ПО-ПОРЯДКУ РАСПОЛОЖЕНЫ ДНИ НЕДЕЛИ. ТАМ ЖЕ ВИДНЫ ДАТЫ И  НОМЕРА ГРУПП. ВЫБИРАЕТЕ ДЕНЬ СО СВОЕЙ ГРУППОЙ,  И ОН ОТКРОЕТСЯ. УРОКИ ВЫЛОЖЕНЫ ПО РАСПИСАНИЮ. НА ОДНОЙ СТРАНИЦЕ ВЫЛОЖЕН ОДИН ДЕНЬ . ВНИМАНИЕ!!! На выполнение задания отводится 1 неделя. Моя почта :   rimma.lu@gmail.com      Жду ваши фотоотчеты!

Критерии оценивания: Для получения отличной оценки обучающийся должен:- соблюдать отведенное время;- разборчиво и правильно выполнить работу.Если работа будет прислана после указанного срока , оценка будет снижаться.

ГРУППА 403 ХИМИЯ 40,41

ТЕМА: Разложение нерастворимых в воде оснований. Основные способы получения оснований.

Способы получения оснований 1. Щёлочи получают взаимодействием металлов и их оксидов с водой: 2. Основания получают электролизом соответствующих солей. Электролиз раствора NaCl: 3. Нерастворимые основания получают действием щёлочи на соответствующие соли: Амфотерные гидроксиды занимают промежуточное положение между основаниями и кислотами, так как проявляют и кислотные, и основные свойства. Амфотерные гидроксиды — вещества, которые при диссоциации образуют одновременно катионы водорода — Н+ (т. е. проявляют кислотные свойства) и гидроксид-ионы — ОН- (т. е. проявляют основные свойства). Диссоциация, как основания:  Диссоциация, как кислоты: Примерами таких гидроксидов являются А1(ОН)3 — гидроксид алюминия, Zn(OH)2 — гидроксид цинка, РЬ(ОН)2 — гидроксид свинца (II), Fe(OH)3 — гидроксид железа (III), Ве(ОН)2 — гидроксид бериллия и другие. Амфотерные гидроксиды взаимодействуют как с растворами кислот, так и с растворами оснований с образованием солей:  ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ 1. Какие из приведённых оснований являются амфотерными: КОН, Cu(OH)2, Zn(OH)2, Ве(ОН)2, А1(ОН)3, Mg(OH)2, РЬ(ОН)2? 2. Какие из оснований (NaOH, Cu(OH)2, А1(ОН)3) реагируют со следующими веществами: НС1, КОН, MgCl2? 3. Какие из приведённых оснований разлагаются при нагревании на оксид и воду? NaOH, А1(ОН)3, Ва(ОН)2, РЬ(ОН)2. 4. Напишите схемы диссоциаций амфотерных гидроксидов Ве(ОН)2 и А1(ОН)3. 5. Расположите вещества в порядке возрастания основных свойств: LiOH, NaOH, КОН, RbOH. 6. Используя представления о кислотах и основаниях, расположите следующие вещества в порядке возрастания основных свойств: КОН, RbOH, Mg(OH)2, Ве(ОН)2. ТЕСТЫ 1. Какое из веществ проявляет наиболее сильные основные свойства? а) Ве(ОН)2; в) Mg(OH)2; б) Ва(ОН)2; г) Са(ОН)2. 2. Какой из гидроксидов проявляет амфотерные свойства? а) Mg(OH)2; в) Са(ОН)2; б) Ве(ОН)2; г) КОН. 3. С каким из приведённых веществ не реагирует гидроксид бария? а) НС1; в) Fe2(S04)3; б) NaOH; г) С02. 4. Какой из гидроксидов нельзя получить путём взаимодействия соответствующего оксида с водой? а) NaOH; в) А1(ОН)3; б) Са(ОН)2; г) Mg(OH)2.

 Просмотрите опыт

Получение нерастворимых оснований (запишите реакции, )

1. Нерастворимые основания при нагревании разлагаются на воду и соответствующий основанию оксид металла, например:

t⁰ t⁰

Cu(OH)₂ = CuO + H₂ 2Fe(OH)₃ = Fe₂O₃ + 3H₂O

ТЕМА: Соли и их свойства.  Взаимодействие солей с металлами. Взаимодействие солей друг с другом.

Соли - это сложные вещества, состоящие из одного (нескольких) атомов металла (или более сложных катионных групп, например, аммонийных групп NН₄⁺, гидроксилированных групп Ме(ОН)_n^m+) и одного (нескольких) кислотных остатков. Общая формула солей Ме_nА_m, где А - кислотный остаток. Соли (с точки зрения электролитической диссоциации) представляют собой электролиты, диссоциирующие в водных растворах на катионы металла (или аммония NН₄⁺) и анионы кислотного остатка.

Классификация. По составу соли подразделяют на средние (нормальные), кислые (гидросоли), основные (гидроксосоли), двойные, смешанные и комплексные (см. таблицу).

 

Таблица - Классификация солей по составу

СОЛИ
Средние (нормальные) - продукт полного замещения атомов водорода в кислоте на металл AlCl3	Кислые(гидросоли) - продукт неполного замещения атомов водорода в кислоте на металл КHSO4	Основные (гидроксосоли) -продукт неполного замещения ОН-групп основания на кислотный остаток FeOHCl	Двойные - содержат два разных металла и один кислотный остаток КNaSO4	Смешанные - содержат один металл и несколько кислотных остатков CaClBr	Комплексные [Cu(NH3)4]SO4

 

Физические свойства. Соли - это кристаллические вещества разных цветов и разной растворимости в воде.

 

Химические свойства

 

1) Диссоциация. Средние, двойные и смешанные соли диссоциируют одноступенчато. У кислых и основных солей диссоциация происходит ступенчато.

 

NaCl  Na⁺ + Cl^–.

КNaSO₄  К⁺ + Na⁺ + SO₄^2– .

CaClBr  Ca²⁺ + Cl ^–+ Br^–.

КHSO₄  К⁺ + НSO₄^–                     HSO₄^–  H⁺ + SO₄^2–.

FeOHClFeOH⁺ + Cl^–                   FeOH⁺Fe²⁺ + OH^–.

[Cu(NH₃)₄]SO₄  [Cu(NH₃)₄]²⁺ + SO₄^2–                   [Cu(NH₃)₄]²⁺  Cu²⁺ + 4NH₃.

 

2) Взаимодействие с индикаторами. В результате гидролиза в растворах солей накапливаются ионы Н⁺ (кислая среда) или ионы ОН^– (щелочная среда). Гидролизу подвергаются растворимые соли, образованные хотя бы одним слабым электролитом. Растворы таких солей взаимодействуют с индикаторами:

 

индикатор + Н⁺ (ОН^–)  окрашенное соединение.

 

AlCl₃ + H₂O  AlOHCl₂ + HCl       Al³⁺ + H₂O  AlOH²⁺ + H⁺

 

3) Разложение при нагревании. При нагревании некоторых солей они разлагаются на оксид металла и кислотный оксид:

 

СаСO₃  СаO + СО₂­.

 

Соли бескислородных кислот при нагревании могут распадаться на простые вещества:

 

2AgCl  Ag + Cl₂­.

 

Соли, образованные кислотами-окислителями, разлагаются сложнее:

2КNO₃  2КNO₂ + O₂­.

4) Взаимодействие с кислотами: Реакция происходит, если соль образована более слабой или летучей кислотой, или если образуется осадок.

2HCl + Na₂CO₃  ® 2NaCl + CO₂­ + H₂O              2H⁺ + CO₃^2– ® CO₂­ + H₂O.

СaCl₂ + H₂SO₄ ® CaSO₄¯ + 2HCl             Сa²⁺ + SO₄^2- ® CaSO₄¯.

Основные соли при действии кислот переходят в средние:

 

FeOHCl + HCl ® FeCl₂ + H₂O.

 

Средние соли, образованные многоосновными кислотами, при взаимодействии с ними образуют кислые соли:

 

Na₂SO₄ + H₂SO₄ ® 2NaHSO₄.

 

5) Взаимодействие со щелочами. Со щелочами реагируют соли, катионам которых соответствуют нерастворимые основания.

 

 CuSO₄ + 2NaOH ® Cu(OH)₂¯ + Na₂SO₄              Cu²⁺ + 2OH^– ® Cu(OH)₂¯.

 

6) Взаимодействие друг с другом. Реакция происходит, если взаимодействуют растворимые соли и при этом образуется осадок.

AgNO₃ + NaCl ® AgCl¯ + NaNO₃                             Ag⁺ + Cl^– ® AgCl¯.

7) Взаимодействие с металлами. Каждый предыдущий металл в ряду напряжений вытесняет последующий за ним из раствора его соли:

Fe + CuSO₄ ® Cu¯ + FeSO₄            Fe + Cu²⁺ ® Cu¯ + Fe²⁺.

Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au

8) Электролиз (разложение под действием постоянного электрического тока). Соли подвергаются электролизу в растворах и расплавах:

 

2NaCl + 2H₂O H₂­ + 2NaOH + Cl₂­.

2NaCl_{расплав} 2Na + Cl₂­.

 

9) Взаимодействие с кислотными оксидами.

 

СО₂ + Na₂SiO₃  ® Na₂CO₃  + SiO₂

 

Na₂CO₃  + SiO₂  СО₂­ + Na₂SiO₃

 

Получение. 1) Взаимодействием металлов с неметаллами:

 

2Na + Cl₂ ® 2NaCl.

 

2) Взаимодействием основных и амфотерных оксидов с кислотными оксидами:

 

 CaO + SiO₂ CaSiO₃                       ZnO + SO₃ ZnSO₄.

 

3) Взаимодействием основных оксидов с амфотерными оксидами:

 

Na₂O + ZnO  Na₂ZnO₂.

 

4) Взаимодействием металлов с кислотами:

 

2HCl + Fe ® FeCl₂ + H₂­.

 

5) Взаимодействием основных и амфотерных оксидов с кислотами:

 

Na₂O + 2HNO₃ ® 2NaNO₃ + H₂O                      ZnO + H₂SO₄ ® ZnSO₄ + H₂O.

 

6) Взаимодействием амфотерных оксидов и гидроксидов со щелочами:

 

В растворе: 2NaOH + ZnO + H₂O ® Na₂[Zn(OH)₄]              2OH^– + ZnO + H₂О ® [Zn(OH)₄]^2–.

При сплавлении с амфотерным оксидом: 2NaOH + ZnO  Na₂ZnO₂ + H₂O.

В растворе: 2NaOH + Zn(OH)₂ ® Na₂[Zn(OH)₄]                 2OH^–  +  Zn(OH)₂ ® [Zn(OH)₄]^2–

При сплавлении: 2NaOH + Zn(OH)₂  Na₂ZnO₂ + 2H₂O.

 

7) Взаимодействием гидроксидов металлов с кислотами:

 

Ca(OH)₂ + H₂SO₄ ® CaSO₄¯ + 2H₂O                         Zn(OH)₂ + H₂SO₄ ® ZnSO₄ + 2H₂O.

 

8) Взаимодействием кислот с солями:

 

2HCl + Na₂S ® 2NaCl + Н₂S­.

 

9) Взаимодействием солей со щелочами:

 

ZnSО₄ + 2NaOH ® Na₂SO₄ + Zn(OH)₂¯.

 

10) Взаимодействием солей друг с другом:

 

AgNO₃ + KCl ® AgCl¯ + KNO₃.

ГРУППА 405 ХИМИЯ 8,9

ТЕМА:Периодический закон Д.И. Менделеева. Открытие Д.И. Менделеевым Периодического закона. Периодический закон в формулировке Д.И. Менделеева.

ВНИМАТЕЛЬНО ПРОСМОТРИТЕ ВИДЕО И СОСТАВЬТЕ ПЛАН(КРАТКО). СМОТРИТЕ, СЛУШАЙТЕ, СТАВЬТЕ НА ПАУЗУ И ЗАПИСЫВАЙТЕ.

ТЕМА: Периодическая таблица химических элементов – графическое отображение периодического закона. Структура периодической таблицы: периоды (малые и большие), группы (главная и побочная).

Периодический закон сформулирован Д. И. Менделеевым в 1869 году. К этому времени было известно 63 химических элемента. В качестве основного свойства элементов Менделеев выбрал относительную атомную массу. Учитывал также состав, физические и химические свойства образованных элементом простых и сложных веществ.

 

Расположив все известные химические элементы в порядке возрастания атомных масс, Менделеев обнаружил, что свойства  повторяются через определённое число элементов.

 

Повторим действия Менделеева с учётом того факта, что благородные газы в его время ещё не были известны. Расположим элементы по возрастанию атомной массы (вторая строчка таблицы), укажем металлические и неметаллические свойства, формулы и свойства высших оксидов и гидроксидов, а также формулы газообразных водородных соединений.

 

 

 

Если внимательно проанализировать полученные последовательности, то можно увидеть повторяемость металлических и неметаллических свойств, состава и свойств соединений. Через семь элементов от щелочного металла лития в ряду располагается щелочной металл натрий, а через семь элементов от галогена фтора — галоген хлор. Через семь элементов появляются одинаковые формулы оксидов и водородных соединений, так как повторяются значения  валентностей в соединениях с кислородом и водородом. Можем составить их общие формулы.

 

Формулы высших оксидов: R2O,RO,R2O3,RO2,R2O5,RO3,R2O7.

  

Летучие водородные соединения (для неметаллов): RH4,RH3,RH2,RH.

 

Таким образом Менделеев установил периодичность изменения свойств с возрастанием атомной массы. В статье «Периодическая закономерность химических элементов» Д. И. Менделеев дал следующую формулировку периодического закона:  

«Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от атомного веса».

В переводе на современный научный язык это звучит так:

«Свойства простых веществ, а также состав и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от относительных атомных масс».

Все элементы Менделеев разделил на периоды.

Период — ряд элементов, расположенных в порядке возрастания относительной атомной массы, начинающийся щелочным металлом и заканчивающийся галогеном и инертным газом.

В периоде:

• постепенно ослабляются металлические свойства простых веществ и усиливаются неметаллические;
• высшая валентность элементов по кислороду возрастает от I (у щелочных металлов) до VII (у галогенов);
• валентность элементов неметаллов в летучих водородных соединениях уменьшается от IV до I (у галогенов);
• свойства высших оксидов и гидроксидов постепенно изменяются от основных через амфотерные до кислотных.

 

Периодический закон получил дальнейшее развитие после изучения физиками строения атома. Оказалось, что главной характеристикой химического элемента является не относительная атомная масса, а заряд ядра атома. Современная формулировка периодического закона несколько изменена:

«Свойства химических элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от зарядов атомных ядер».

ГРУППА 308 ХИМИЯ 39,40  

ТЕМА: . Химия и здоровье человека. Лекарства. Проблемы, связанные с применением лекарственных препаратов.

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён знакомству с фармакологической химией. Учащиеся узнают химические формулы самых распространённых лекарств, их назначение и противопоказания, научатся пользоваться инструкцией к лекарственным препаратам.

Глоссарий

Амоксициллин – антибиотик широкого спектра действия группы пенициллинов, оказывает сильное противовоспалительное действие.

Аспирин – ацетилсалициловая кислота, лекарственный препарат, оказывающий жаропонижающее, противовоспалительное и обезболивающее действие.

Анафилактический шок – быстро развивающаяся аллергическая реакция при попадании в организм аллергена, без оказания своевременной медицинской помощи может закончиться летальным исходом.

Интерферон – иммуномодулирующий лекарственный препарат, оказывает противовирусный эффект.

Парацетамол – параацетиламинофенол, лекарственное средство, оказывающее жаропонижающее и обезболивающее действие.

Фармакологическая (фармацевтическая) химия – наука о лекарственных препаратах, методах их синтеза, качественного и количественного анализа, о химических свойствах лекарств и их превращениях в организме.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тесто по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс : учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М. : Просвещение. – 2018. – 352 с.

Открытые электронные ресурсы:

• Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

История развития фармакологической химии

Человек с древних времён для лечения использовал природные средства: отвары и настои трав, мёд, животный жир. Целенаправленным созданием лекарственных препаратов впервые занялись алхимики. В XVI веке сначала арабские алхимики, позже – европейские, пытались создать эликсир бессмертия. Родоначальником ятрохимии – направления химии, занимавшейся создание лекарственных средств, считается швейцарский врач Парацельс.

Задачи фармакологической химии

В настоящее время фармакологическая (фармацевтическая) химия занимается не только созданием лекарственных препаратов, но и проводит их качественный и количественный анализ, проверяет подлинность лекарственных средств, степень их очистки от примесей, изучает превращения препаратов в организме.

Аспирин

Синтез ацетилсалициловой кислоты, известной нам как аспирин, был выполнен впервые французским химиком Шарлем Фредериком Жераром в 1853 году. В 1899 году немецкий химик Феликс Хоффманн, работавший в лаборатории фирмы «Bayer» запатентовал лечебный препарат на основе ацетилсалициловой кислоты, которой получил название «аспирин».

Аспирин применяют как жаропонижающее, противовоспалительное и обезболивающее средство. В малых дозах приём аспирина снижает риск сердечно-сосудистых заболеваний. Являясь слабой органической кислотой, аспирин снижает рН крови, разжижает её, снижая риск образования тромбов. Но любой лекарственный препарат кроме лечебного действия имеет побочные эффекты. Например, аспирин может вызывать желудочное кровотечение, так как кислота раздражает слизистую оболочку желудка.

Парацетамол

Другое популярное лекарство – парацетамол (эффералган, калпол). Название происходит от сокращения названия действующего вещества препарата – параацетиламинофенола. Парацетамол входит в состав многих комбинированных препаратов. Обладает жаропонижающим и обезболивающим эффектом. Побочные эффекты при бесконтрольном приёме парацетамола – нарушение функций печени и почек, анемия, аллергические реакции.

Пенициллин и его производные

Эпоха антибиотиков – мощных препаратов антибактериального действия началась с момента открытия в 1928 году Александром Флемнигом пенициллина. В настоящее время синтезировано большое число лекарственных препаратов на основе пенициллина. Один из них – амоксицилллин (аугментин, флемоксин), эффективный при лечении инфекционных заболеваний органов дыхания, желудочно-кишечного тракта, мочеполовой системы, кожи. Любые антибиотики следует принимать только по назначению врача и в строго указанной дозировке. Дело в том, что антибиотики уничтожают не только болезнетворные бактерии, но и полезную микрофлору кишечника. Происходит нарушение функции печени, почек, нервной системы, развивается гемолитическая анемия. В аптеках антибиотики продают только по рецепту врача. Часто на антибиотики возникает аллергическая реакция. Самое тяжёлое проявление аллергии – анафилактический шок, когда в ответ на попадание в организм аллергена быстро падает артериальное давление, происходит угнетение сознания, могут возникнуть судороги. Если вовремя не оказать медицинскую помощь при возникновении анафилактического шока, может наступить летальный исход.

Интерферон

Антибиотики эффективны при борьбе с болезнетворными бактериями, но абсолютно бесполезны и даже вредны при лечении вирусных заболеваний, таких как грипп. Для лечения вирусных заболеваний используют лекарственные препараты, усиливающие иммунитет человека. Одним из таких препаратов является интерферон (альфаферон, вэллферон). Интерферон – препарат белковой природы, выделяют из донорной крови. При его применении может возникнуть аллергия на чужеродный белок. Интерферон нельзя применять человеку, недавно перенесшему инфаркт миокарда, страдающему эпилепсией. Не рекомендуется применение интерферона беременным и кормящим женщинам, а также детям в возрасте до одного года.

Активированный уголь

Доступным и эффективным препаратом, назначаемым при отравлениях, кишечных инфекциях является активированный уголь. Это вещество является отличным сорбентом, то есть поглощает токсичные вещества, которые попали в кишечник. Активированный уголь является антацидом, то есть снижает кислотность. Но при одновременном приёме активированного угля с другими лекарственными препаратами он снижает их эффективность.

«Всё есть яд и всё есть лекарство»

Как Вы уже поняли, не существует абсолютно безопасных лекарств. Принимать лекарства следует только по назначению врача, предварительно внимательно изучив инструкцию к лекарственному препарату.

Среди синтезированных лекарственных препаратов есть и такие, которые вызывают привыкание. Это может привести к возникновению тяжёлого заболевания – наркомании. Некоторые вещества даже при однократном приеме вызывают болезненную зависимость. К серьёзным необратимым нарушениям в работе организма приводит и частое употребление алкоголя, развивается болезнь – алкоголизм. Лечение наркомании и алкоголизма – длительный процесс, здесь недостаточно профессиональных знаний врача, необходимо желание выздороветь и сильная воля самого больного.

Если вы хотите посвятить свою жизнь поиску средств спасения человека от смертельных заболеваний, то должны хорошо знать химию, чтобы продолжить обучение по специальности «Фармацевтика».

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

1. Расчет максимально допустимого количества лекарственного препарата

Условие задачи: Массовая доля парацетамола в одной таблетке аскофена массой 0,50 г составляет 40%. Максимальная разовая доза парацетамола для взрослого человека составляет 1 г. Какое максимальное количество таблеток аскофена можно принять взрослому, чтобы не допустить передозировки?

Шаг первый: найдем, какая масса парацетамола содержится в одной таблетке аскофена. Для этого составим пропорцию:

0,5 г составляет 100 %, а х г составляет 40 %.

х = (0,5·40) : 100 = 0,2 (г).

Шаг второй: найдём количество таблеток, в которых в сумме будет 1 г парацетамола.

1 : 0,2 = 5 (таблеток)

Ответ: 5.

2. Расчёт необходимого количества упаковок лекарства

Условие задачи: при назначении амоксициллина детям врач исходит из допустимой дозировки 65 мг на каждые 10 кг массы тела при однократном приёме. Для поддержания постоянной концентрации препарата в крови интервал между приёмами лекарственного средства должен составлять 8 часов. Сколько упаковок лекарственного препарата по 10 таблеток, содержащих каждая 250 мг амоксициллина, необходимо для лечения ребёнка массой 40 кг, если предполагается приём таблеток в течение 5 дней?

Шаг первый: найдём дозировку для однократного приёма амоксициллина ребёнком с массой тела 40 кг.

(65 : 10)·40= 260 мг.

Эта дозировка соответствует 1 таблетке на разовый приём.

Шаг второй: найдём, сколько таблеток в день должен принимать ребёнок, если интервал между приёмами лекарства составляет 8 часов.

В сутках 24 часа. 24 : 8 = 3.

Таблетки следует принимать три раза в день.

Шаг третий: найдём общее количество таблеток, которое необходимо для курса лечения.

3·5·1 = 15 (таблеток).

Шаг четвёртый: Одна упаковка содержит 10 таблеток, то есть 15 : 10 = 1,5. Но упаковки продаются только целиком, то есть требуется купить на курс лечения 2 упаковки амоксициллина.

Ответ: 2 упаковки.

ТЕМА:Понятие об азотсодержащих гетероциклических со­единениях. Пиридин. Пиррол. Пиримидиновые и пуриновые основания. Нуклеиновые кислоты: состав, строе­ние.

Нуклеиновые кислоты — это природные высокомолекулярные соединения (полинуклеотиды), которые играют огромную роль в хранении и передаче наследственной информации в живых организмах.

Молекулярная масса нуклеиновых кислот может меняться от сотен тысяч до десятков миллиардов. Они были открыты и выделены из клеточных ядер еще в XIX в., однако их биологическая роль была выяснена только во второй половине XX в.

В состав нуклеотида - структурного звена нуклеиновых кислот - входят три составные части:

1) азотистое основание - пиримидиновое или пуриновое

Пиримидиновые основания – производные пиримидина, входящие в состав нуклеиновых кислот: урацил, тимин, цитозин.

Для оснований, содержащих группу –ОН, характерно подвижное равновесие структурных изомеров, обусловленное переносом протона от кислорода к азоту и наоборот:

Пуриновые основания — производные пурина, входящие в состав нуклеиновых кислот: аденин, гуанин.

Гуанин существует в виде двух структурных изомеров:

2) моносахарид

Рибоза и 2-дезоксирибоза относятся к моносахаридам, содержащим пять углеродных атомов. В состав нуклеиновых кислот они входят в циклических β-формах:

3) остаток фосфорной кислоты

ДНК и РНК

В зависимости от того, какой моносахарид содержится в структурном звене полинуклеотида - рибоза или 2-дезоксирибоза, различают:

·         рибонуклеиновые кислоты (РНК) и

·         дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК)

В главную (сахарофосфатную) цепь РНК входят остатки рибозы, а в ДНК– 2-дезоксирибозы.
Нуклеотидные звенья макромолекул ДНК могут содержать аденин, гуанин, цитозин итимин. Состав РНК отличается тем, что вместо тимина присутствует урацил.

Молекулярная масса ДНК достигает десятков миллионов а.е.м. Это самые длинные из известных макромолекул. Значительно меньше молекулярная масса РНК (от нескольких сотен до десятков тысяч). ДНК содержатся в основном в ядрах клеток, РНК – в рибосомах и протоплазме клеток.

При описании строения нуклеиновых кислот учитывают различные уровни организации макромолекул: первичную и вторичную структуру.

·         Первичная структура нуклеиновых кислот – это нуклеотидный состав и определенная последовательность нуклеотидных звеньев в полимерной цепи.

Например:

В сокращённом однобуквенном обозначении эта структура записывается как 

...– А – Г – Ц –...

·         Под вторичной структурой нуклеиновых кислот понимают пространственно упорядоченные формы полинуклеотидных цепей.

Вторичная структура ДНК представляет собой две параллельные неразветвленные полинуклеотидные цепи, закрученные вокруг общей оси в двойную спираль.

Такая пространственная структура удерживается множеством водородных связей, образуемых азотистыми основаниями, направленными внутрь спирали.

Водородные связи возникают между пуриновым основанием одной цепи и пиримидиновым основанием другой цепи. Эти основания составляют комплементарные пары (от лат. complementum - дополнение).

Образование водородных связей между комплементарными парами оснований обусловлено их пространственным соответствием.

Пиримидиновое основание комплементарно пуриновому основанию:

Водородные связи между другими парами оснований не позволяют им разместиться в структуре двойной спирали. Таким образом,

·         ТИМИН (Т) комплементарен АДЕНИНУ (А),

·         ЦИТОЗИН (Ц) комплементарен ГУАНИНУ (Г).

Комплементарность оснований определяет комплементарность цепей в молекулах ДНК.

Комплементарность полинуклеотидных цепей служит химической основой главной функции ДНК – хранения и передачи наследственных признаков.

Способность ДНК не только хранить, но и использовать генетическую информацию определяется следующими ее свойствами:

·         молекулы ДНК способны к репликации (удвоению), т.е. могут обеспечить возможность синтеза других молекул ДНК, идентичных исходным, поскольку последовательность оснований в одной из цепей двойной спирали контролирует их расположение в другой цепи.

·         молекулы ДНК могут направлять совершенно точным и определенным образом синтез белков, специфичных для организмов данного вида.

Вторичная структура РНК

В отличие от ДНК, молекулы РНК состоят из одной полинуклеотидной цепи и не имеют строго определенной пространственной формы (вторичная структура РНК зависит от их биологических функций).

Основная роль РНК – непосредственное участие в биосинтезе белка.

Известны три вида клеточных РНК, которые отличаются по местоположению в клетке, составу, размерам и свойствам, определяющим их специфическую роль в образовании белковых макромолекул:

·         информационные (матричные) РНК передают закодированную в ДНК информацию о структуре белка от ядра клетки к рибосомам, где и осуществляется синтез белка;

·         транспортные РНК собирают аминокислоты в цитоплазме клетки и переносят их в рибосому; молекулы РНК этого типа "узнают" по соответствующим участкам цепи информационной РНК, какие аминокислоты должны участвовать в синтезе белка;

·         рибосомные РНК обеспечивают синтез белка определенного строения, считывая информацию с информационной (матричной) РНК.

 Третичная структура ДНК

ДНК имеют формы: линейная, кольцевая, 2-х и 1- цепочечная.

Двуцепочечные ДНК с «липкими» концами могут образовывать кольцо, которое далее ковалентно сшивается по сахарофосфатной цепи при помощи ДНК-лигазы.

Третичная структура ДНК у эукариотических клеток отличается тем, что многократная спирализация ДНК сопровождается образованием комплексов с белками.

46 хромосом (хроматид) человека организованы в 23 пары. Средняя длина хромосомы составляет 130 млн. пар оснований (п. о.) и имеет длину 5 см. Хромосома № 1 – 263 млн. п. о., хромосома № 46 – меньше 50 млн. п. о. Если проложить все ДНК в В-конформации в линию, то их общая длина превысит 2 метра. Человеческая хромосома 16 имеет 2,5 мкм в длину, а длина самой ДНК – 3,7 см.

Понятно, что уместить такой длины ДНК в ядре возможно только путем ее определенной упаковки. При образовании третичной структуры ДНК человека происходит в среднем уменьшение ее размеров в 100 тысяч раз.

Материал хромосом – хроматин – содержит, кроме самой ДНК, также гистоны, негистоновые белки, небольшое количество РНК. Нуклеосомный кор содержит октамер гистонов (2 х (Н2а+Н2b+H3+H4)). ГИСТОН – простой белок (примерно 50 % хроматина). Нуклеосомный кор образуется при оборачивании октамера гистонов двунитевой спирализованной ДНК на 1,5 оборота, отдельно включается дополнительный белок – гистон Н1. Все вместе носит название Хроматосом. Н1 очень богат ЛИЗ; Н2а, Н2b – умеренное количество ЛИЗ; Н3 – есть ЦИС, умеренно – АРГ; Н4 – богат АРГ и ГЛИ.

Хроматосомы образуются на двунитевой спирали ДНК на дистанциях (называемых линкерами) от 20 до 90 пар нуклеотидов и напоминают нанизанные на нитку бусины. Следующий этап – сворачивание в спираль очень длинной последовательности «бус». Эта спираль, в свою очередь, претерпевает сворачивание в двужильные канаты, из которых образуются гроздья, являющиеся небольшой частью хромосомы:

 Физико-химические свойства ДНК

Молекулярная масса ДНК определяется рядом методов, в том числе:

а) ультрацентрифугированием в градиенте CsCl (ММ от 200 000 до 10⁹);

б) по вязкости растворов (для НК с ММ > 10⁹, поскольку при центрифугировании такие длинные молекулы разрываются под действием собственного веса).

Денатурация ДНК заключается в разрыве Н-связей и стэкинг-взаимодействий, что приводит к расплетанию и разделению цепей (без разрыва ковалентных связей) под действием температуры или рН.

О степени денатурации судят по изменению интенсивности поглощения в ультрафиолете при l = 260 nm, поскольку дезэкранирование азотистых оснований в результате расплетания цепей устраняется, что вызывает увеличение степени поглощения раствором ДНК ультрафиолета указанной длины волны:

Денатурацию иначе называют плавлением, а температура плавления соответствует моменту 50%-ной денатурации молекулы. Температура плавления различается у разных ДНК.

Комплементарные цепи ДНК, разделенные при денатурации, при определенных условиях могут вновь соединиться в двойную спираль. Этот процесс называется ренатурацией. Если денатурация произошла не полностью, и хотя бы несколько оснований не утратили взаимодействия водородными связями, ренатурация протекает очень быстро. Ренатурация возможна даже при полностью разделенных цепях. В таком случае ренатурация требует точного совмещения цепей ДНК, которое может привести к реассоциации, и этот процесс медленный, к тому же зависит от концентрации цепей в растворе.