[ СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫ В ХИМИИ, БИОЛОГИИ, МЕДИЦИНЕ
Учебная программа для специальности:
1-31 05 01 Химия (по направлениям)
Направление специальности:
1-31 05 01-03 Химия (фармацевтическая деятельность)
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Свободнорадикальные процессы играют важную роль при
функционировании организма в норме и патологии. С их активацией
связывают возникновение более 50 видов различных заболеваний человека.
Для лечения такого рода патологий используются ингибиторы свободнорадикальных реакций, среди которых наибольшее распространение получили природные и синтетические антиоксиданты.
Целью курса является ознакомление студентов с молекулярными основами возникновения заболеваний свободнорадикальной этиологии и существующими способами их химиотерапии.
В задачи предлагаемого курса входит рассмотрение следующих основных разделов • Способы инициирования свободнорадикальных процессов;
• химия свободных радикалов;
• свободнорадикальные превращения биологически важных веществ;
• свободнорадикальные процессы в биохимии;
• свободнорадикальные процессы в целостном организме;
• фармакологически активные ингибиторы свободнорадикальных реакций.
В результате изучения дисциплины обучаемый должен знать:
- особенности генерирования свободных радикалов различными инициаторами;
- основные типы реакций свободных органических радикалов;
- взаимосвязь между структурой с реакционной способностью органических радикалов;
- основные механизмы повреждения биомолекул при окислительном стрессе;
- принципы антиоксидантной защиты организма.
должен уметь:
- использовать монографическую и периодическую литературу по свободнорадикальной химии и биологии;
- предсказать возможные пути гомолитических превращений биомолекул;
- предложить способы выбора ингибиторов свободнорадикальных процессов для защиты биосистем;
- оценить взаимосвязь между структурой антиоксидантов и их фармакологической активностью.
При изучении данной дисциплины реализуются такие формы занятий как лекции, семинары и самостоятельная работа студентов.
Программа рассчитана на 50 часов, в том числе 30 часов лекций, 10 часов семинарских занятий и 10 часов КСР.
СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА
Введение История открытия и исследований свободных радикалов. Определение понятия «свободный радикал». Способы генерирования свободных радикалов. Свободные радикалы в окружающей среде.1. Химия свободных радикалов 1.1. Гомолиз и гетеролиз химической связи. Структура и устойчивость свободных радикалов. Химические и физические способы генерирования свободных радикалов. Методы обнаружения свободных радикалов.
1.2. Основные типы реакций с участием свободных радикалов Мономолекулярные превращения органических свободных радикалов.
Реакции фрагментации органических радикалов за счет разрыва -связи, связи и двух -связей. Реакции перегруппировки органических радикалов за счет 1,2-, 1,3-, 1,4-, 1,5-миграции атомов и групп. Реакции циклизации органических радикалов.
Бимолекулярные реакции с участием свободных радикалов Радикал-молекулярные процессы замещения, присоединения и окислениявосстановления. Бирадикальные реакции рекомбинации и диспропорционирования.
1.3. Гомолитические превращения органических соединений Монофункциональные вещества - спирты, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, амины, галогеналкилы и др.
Бифункциональные органические соединения - -диолы и их эфиры, аминоспирты, аминокислоты, окси- и кетокислоты и др.
2. Гомолитические превращения биополимеров и их составляющих в водных растворах 2.1. Химия свободных радикалов углеводов Образование и пути реакции радикалов моносахаров. Модификации глюкозы, рибозы и дезоксирибозы без раскрытия цикла. Гомолитические реакции, приводящие к раскрытию пиранозного и фуранозного циклов.
Влияние кислорода, ионов металлов переменной валентности на гомолитические превращения моносахаров. Гомолитические превращения водорастворимых полисахаридов. Гомолитическая деструкция полисахаридов с разрывом О-гликозидной связи. Модификация полисахаридов при действии радикальных инициаторов. Влияние кислорода и ионов металлов на гомолитическую деструкцию и модификацию полисахаридов.
2.2. Свободнорадикальные превращения пептидов и белков Гомолитическое дезаминирование и деструкция пептидов. Факторы, влияющие на эти процессы. Особенности гомолитического разрыва пептидной связи. Сшивка веществ белковой природы при действии свободнорадикальных агентов.
2.3. Свободнорадикальные превращения нуклеиновых кислот и их составляющих Взаимодействие радикальных интермедиатов с азотистыми основаниями.
Свободнорадикальные превращения нуклеозидов в водных растворах.
Гомолитические реакции, приводящие к разрыву N–гликозидной связи в нуклеозидах. Разрыв фосфоэфирной связи в нуклеотидах при их гомолитических превращениях. Отличительные особенности гомолитических превращений РНК-ых и ДНК-ых нуклеотидов. Основные пути гомолитических превращений РНК и одноцепочечной ДНК. Типы свободнорадикальных повреждений ДНК.
2.4. Гомолитические реакции с участием липидов и моделирующих их веществ Свободнорадикальные превращения глицерофосфолипидов и их составляющих. Химия свободных радикалов глицерина и различных глицеридов. Свободнорадикальные превращения полиненасыщенных карбоновых кислот. Гомолитические реакции, затрагивающие полярную составляющую глицерофосфолипидов. Перекисное окисление глицерофосфолипидов. Понятие об антиоксидантах. Гомолитические превращения сфинголипидов.
3. Свободнорадикальные процессы в организме 3.1. Токсичность кислорода и его активные формы Химические и биохимические реакции образования активных форм кислорода. Процессы повреждения биосистем с участием активных форм кислорода. Понятие об оксидантном стрессе, его причинах и последствиях.
Роль азотцентрированных радикалов в повреждении биосистем. Реакции повреждения биосистем, протекающие с участием углеродцентрированных радикалов.
3.2. Антиоксидантная защита организма Биохимические способы защиты от оксидантного стресса.
Супероксиддисмутаза и ее роль. Каталазы и пероксидазы как ингибиторы свободнорадикальных процессов в организме. Природные антиоксиданты.
Отличительные особенности взаимодействия витаминов А, Е, С и радикальными интермедиатами. Убихиноны и их роль. Синтетические антиоксиданты.
3.3. Патофизиологическая роль свободнорадикальных процессов Болезни, обусловленные активацией свободнорадикальных процессов.
Заболевания, вызывающие активацию свободнорадикальных процессов.
Лекарства, ингибирующие свободнорадикальные реакции в организме.
Научные подходы к созданию эффективных ингибиторов свободнорадикальных реакций с полезными медицинскими свойствами.
№п/п Наименование разделов, тем 1. Введение. Исторический очерк. 2 Способы генерирования свободных радикалов Мономолекулярные реакции свободных радикалов.
органических соединений (спирты, альдегиды, амины) органических соединений.
полисахариды) составляющих.
утилизации АФК.
13. Антиоксиданты (природные и 2 синтетические). Регуляторы свободнорадикальных фармакологические свойства.
14. Фармакологические аспекты 2 антиоксидантной терапии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Нонхибел Дж., Уонтон Дж. Химия свободных радикалов. - М., Мир, 1977.2. Прайор У. Свободные радикалы. - М., Мир, 1975.
3. Прайор У. Свободные радикалы в биологии, 1-2 т. - М., Мир, 1979.
4. Ингольд К., Робертс Т. Реакции гомолитического замещения. - М., Мир, 1976.
5. Шарпатый В.А. Радиационная химия биополимеров. - М., Энергоиздат, 1981.
6. Сейфула Р.Д., Борисова И.Г. Проблемы фармакологии антиоксидантов.
– Фармакология и токсикология, 1990, т. 53, № 6, с.3-10.
7. Halliwell B., Gutteridge J.M.C. Free Radicals in Biology and Medicine.
Oxford, University press, 1999. - 1002 p.
8. Милинчук В.К. Макрорадикалы. – М., Химия, 1980.
9. Perkins M.J. Radical Chemistry, 1995.
Примерная тематика семинарских занятий 1. Методы генерирования и обнаружения радикалов. Движущая сила реакций и энергетика процессов Важнейшие реакции с участием свободных радикалов.
2. Превращения моно- и бифункциональных соединений под действием свободнорадикальных агентов.
3. Особенности химии свободных радикалов углеводов, белков и нуклеиновых кислот.
4. Токсичность кислорода и его активных форм.
5. Свободнорадикальные процессы повреждения биосистем и способы
«