Вопросы к экзамену по дисциплине «Химия» для студентов 1 курса факультета гуманитарного и медико-биологического образования направления «Биология»
1. Место химии в системе естественных наук. Значение химических знаний для будущих специалистов
2. Периодический закон и периодическая система элементов в свете квантово-механической теории строения атома. Квантово-механические представления о строении атомов.
3. Строение ядра. Атомное ядро как динамическая система протонов и нейтронов. Изотопы.
4.Характеристика энергетического состояния электрона системой квантовых чисел. Принципы заполнения электронами энергетических уровней и подуровней в атоме: принцип Паули, принцип минимума полной энергии атома, правила Клечковского, Хунда.
5. Периодический закон и периодическая система в свете квантово-механической теории строения атомов. s-, p-, d - и f-блоки элементов.
6. Химическая связь. Понятие о методе валентных связей. Основные характеристики химической связи: энергия, длина, направленность, полярность.
7. Ковалентная химическая связь. Механизм (обменный и донорно-акцепторный) образования ковалентной связи. Нормальное и возбужденное состояние атомов и их валентные возможности. Межмолекулярные взаимодействия. Водородная связь.
8. Предмет и задачи химической термодинамики. Химическая термодинамика как основа биоэнергетики. Системы: изолированные, закрытые, открытые. Понятие о фазе: гомогенные и гетерогенные системы. Процессы: изохорные, изобарные, изотермические, адиабатные.
9. Внутренняя энергия. Теплота и работа — две формы передачи энергии. Первый закон термодинамики. Изобарный и изохорный тепловые эффекты. Энтальпия.
10. Закон Гесса. Следствия из закона Гесса. Стандартные теплоты образования и сгорания. Термохимические расчеты и их использование для энергетической характеристики биохимических процессов.
11. Взаимосвязь между процессами обмена веществ и энергии. Применение первого закона термодинамики к биосистемам. Калорийность основных составных частей пищи и некоторых пищевых продуктов. Расход энергии при различных режимах двигательной активности.
12. Направление биохимических процессов. Самопроизвольные и несамопроизвольные процессы. Термодинамически обратимые и необратимые процессы. Статистическое и термодинамическое толкование энтропии.
13. Второй закон термодинамики. Стандартная энтропия. Критерии самопроизвольного протекания процессов и равновесного состояния изолированных систем. Применение второго закона термодинамики к биосистемам.
14. Объединенное уравнение первого и второго законов термодинамики. Энергия Гиббса (изобарно-изотермический потенциал). Энтальпийный и энтропийный факторы. Критерии самопроизвольного протекания процессов и равновесного состояния неизолированных систем.
15. Экзо - и эндоэргонические процессы в организме. Принцип энергетического сопряжения. Термодинамика химического равновесия
16. Понятие о химическом равновесии. Константа химического равновесия и способы ее выражения.
17. Смещение химического равновесия при изменении температуры, давления и концентрации. Принцип Ле-Шателье. Уравнения изотермы и изобары химической реакции.
18. Предмет и задачи химической кинетики. Химическая кинетика как основа для изучения скоростей и механизмов биохимических процессов. Реакции простые и сложные, гомогенные и гетерогенные. Скорость гомогенных химических реакций и методы ее измерения.
19. Зависимость скорости реакции от концентрации. Кинетические уравнения. Константа скорости реакции. Порядок реакции. Закон действующих масс для скорости реакции; область применения. Кинетические уравнения реакций нулевого, 1-го и 2-го порядков. Период полупревращения. Молекулярность реакций.
20. Зависимость скорости реакции от температуры. Температурный коэффициент скорости реакции. Энергетические диаграммы экзо - и эндотермических реакций. Энергетический барьер реакции.
21. Энергия активации. Уравнение Аррениуса. Понятие о теориях активных соударений и переходного состояния.
22. Понятие о кинетике сложных реакций: параллельных, последовательных, сопряженных, обратимых, цепных. Фотохимические реакции.
23. Катализ и катализаторы. Механизм гомогенного и гетерогенного катализа. Энергетическая диаграмма каталитической реакции. Кислотно-основной катализ и его роль в биологических системах. Ферменты как биологические катализаторы, особенности их действия. Общая схема действия ферментов. Уравнение Михаэлиса–Ментена и его анализ.
24. Титриметрические методы анализа. Классификация методов. Расчеты в объемно-аналитических определениях.
25. Способы выражения состава раствора: молярная концентрация, молярная концентрация эквивалента, моляльность, массовая доля, мольная доля, парциальное давление.
26. Принцип эквивалентности. Основные способы титрования в объемном анализе. Общая характеристика методов кислотно-основного титрования: титранты и их стандартизация, фиксирование точки эквивалентности. Выбор индикатора. Перманганатометрия. Иодометрия.
27. Вода как универсальный растворитель в биосистемах. Физико-химические свойства воды, обусловливающие ее роль в процессах жизнедеятельности. Термодинамика растворения.
28. Коллигативные свойства разбавленных растворов. Осмос. Осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа. Полупроницаемые мембраны в организме.
29. Осмолярность и осмоляльность биологических жидкостей. Осмотическое давление плазмы крови. Распределение воды в организме между клетками и внеклеточной жидкостью. Плазмолиз и гемолиз. Гипо-, гипер - и изотонические растворы. Коллоидно-осмотическое (онкотическое) давление плазмы крови. Распределение воды в организме между сосудистым руслом и межклеточным пространством.
30. Давление насыщенного пара над раствором. Закон Рауля. Повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания раствора. Криоскопия. Эбулиоскопия.
31. Коллигативные свойства разбавленных растворов электролитов. Изотонический коэффициент Вант-Гоффа, его физический смысл.
30. Константа ионизации слабого электролита. Закон разведения Оствальда.
32.Основные положения теории сильных электролитов. Активность и коэффициент активности. Ионная сила раствора.
33. Диссоциация воды. Ионное произведение воды. Водородный показатель — рН как количественная мера активной кислотности и щелочности. Интервал значений рН важнейших биологических жидкостей. Виды кислотности биологических жидкостей.
34. Протолитическая теория кислот и оснований. Молекулярные и ионные кислоты и основания. Сопряженная протолитическая пара. Типы протолитических реакций: реакции нейтрализации, гидролиза, ионизации. Гидролиз АТФ как универсальный источник энергии в организме.
35. Буферные системы. Классификация буферных систем и механизм их действия.
36. Расчет рН буферных систем. Уравнение Гендерсона-Гассельбаха. Буферная емкость.
37. Буферные системы крови: гидрокарбонатная, гемоглобиновая, фосфатная и белковая. Понятие о кислотно-щелочном равновесии крови. Ацидоз и алкалоз.
38. Гетерогенные равновесия в системе «насыщенный раствор – осадок малорастворимого электролита». Константа растворимости. Условия образования и растворения осадков.
39. Гетерогенные равновесия в жизнедеятельности организмов (образование гидроксидфосфата кальция, образование конкрементов при почечно-каменной и желчно-каменной болезнях).
40. Жидкости и ткани организма как проводники второго рода. Удельная и молярная электрическая проводимости, их изменение с концентрацией раствора. Предельная молярная электрическая проводимость. Абсолютная скорость движения и подвижность ионов. Закон Кольрауша.
41. Кондуктометрия. Кондуктометрическое титрование, его сущность и использование в количественном анализе и медико-биологических исследованиях. Электрическая проводимость биологических жидкостей и тканей в норме и патологии.
42. Растворимость твердых веществ, жидкостей и газов в жидкостях и ее зависимость от различных факторов. Законы Генри и Дальтона. Влияние электролитов на растворимость газов: закон Сеченова. Растворимость газов в крови.
43. Электродные и окислительно-восстановительные (ОВ) потенциалы. Механизм возникновения электродных и ОВ-потенциалов. Уравнение Нернста.
44. Уравнение Петерса. Прогнозирование направления ОВ- процессов по значениям стандартной энергии Гиббса и по величинам окислительно-восстановительных потенциалов.
45. Характеристика и классификация дисперсных систем. Коллоидное состояние вещества. Строение частиц дисперсной фазы коллоидной системы. Методы получения и очистки коллоидных растворов.
46. Основные свойства коллоидных систем, условия их устойчивости. Коагуляция растворов под действием электролитов.
47. Структурированные коллоидные системы – гели и студни. Многообразие коллоидно-дисперсных систем в живой и неживой природе. Роль коллоидов в почвообразовании и плодородии почв.
48.Классификация природных высокомолекулярных соединений (ВМС). Химическое строение и пространственная форма макромолекул. Типы связей в полимерах. Фазовые и физические состояния полимеров.
49. Свойства растворов ВМС. Набухание и растворение ВМС. Термодинамика процесса набухания. Влияние различных факторов на степень набухания. Значение явления набухания в биологии.
50. Вязкость растворов ВМС Полиамфолиты, изоэлектрическая точка полиамфолитов и методы ее измерения. Коллигативные свойства растворов ВМС. Коллоидно-осмотическое давление в растворах ВМС. Биологическое значение онкотического давления.
51. Нарушение устойчивости растворов ВМС. Застудневание. Высаливание ВМС. Коацервация. Применение ВМС для защиты золей и при флокуляции.
52. Комплексные соединения. Координационная теория Вернера. Классификация и номенклатура комплексных соединений.
53. Внутрикомплексные соединения. Хелаты. Реакции комплексообразования.
54. Константы нестойкости и устойчивости комплексов. Разрушение комплексных соединений. Характер связи в комплексах с точки зрения метода валентных связей.
55. Комплексообразующая способность s-, p - и d-элементов. Дентатность лигандов. Биолиганды. Понятие о металлоферментах.
56. Учение о биосфере. Макро - и микроэлементы в окружающей среде и организме человека. Связь эндемических заболеваний с особенностями биогеохимических провинций. Биологическая роль элементов в зависимости от положения в периодической системе . Топография важнейших биогенных элементов в организме человека.
57.Химия элементов s-блока. Распространенность в природе. Электронные структуры атомов и катионов. Токсичность бериллия и бария. Радионуклиды: стронций-90, цезий-137.
58. Химия элементов d-блока. Распространенность в природе. Электронные структуры атомов и катионов. Биологическая роль меди, цинка, хрома, молибдена, марганца, железа и кобальта.
59. Химия элементов р - блока. Распространенность в природе. Биологическая роль углерода, азота, фосфора, кислорода, серы, фтора, хлора и йода.
56. Классификационные признаки органических соединений: строение углеродного скелета и природа функциональной группы. Функциональные группы, органические радикалы. Биологически важные классы органических соединений.
57. Теория строения органических соединений A. M. Бутлерова. Изомерия как специфическое явление органической химии.
Пространственное строение органических соединений. Важнейшие понятия стереохимии - конформация и конфигурация.
58. Сопряжение как один из важнейших факторов повышения устойчивости молекул и ионов биологически важных соединений. Виды сопряжения: p, p - и р,p-сопряжение.
59. Биологически важные гетероциклические соединения. Тетрапиррольные соединения (порфин, гем и др.). Производные пиридина, изоникотиновой кислоты, пиразола, имидазола, пиримидина, пурина, тиазола.
60. Кето-енольная и лактим-лактамная таутомерия в гидроксиазотосодержащих гетероциклических соединениях. Барбитуровая кислота и её производные. Гидроксипурины (гипоксантин, ксантин, мочевая кислота).
61. Фолиевая кислота, биотин, тиамин. Понятие о строении и биологической роли. Представление об алкалоидах и антибиотиках.
62. Пиримидиновые (урацил, тимин, цитозин) и пуриновые (аденин, гуанин) основания. Ароматические свойства. Лактим-лактамная таутомерия. Реакции дезаминирования. Комплементарность нуклеиновых оснований. Водородные связи в комплементарных парах нуклеиновых оснований.
63. Поли- и гетерофункциональность как один из характерных признаков органических соединений, участвующих в процессах жизнедеятельности. Особенности химического поведения поли - и гетерофункциональных соединений: кислотно-основные свойства (амфолиты), циклизация и хелатообразование. Взаимное влияние функциональных групп.
64. Полифункциональные соединения. Многоатомные спирты. Хелатные комплексы. Сложные эфиры многоатомных спиртов с неорганическими кислотами (нитроглицерин, фосфаты глицерина, инозита). Двухатомные фенолы: гидрохинон, резорцин, пирокатехин. Фенолы как антиоксиданты.
65. Полиамины: этилендиамин, путресцин, кадаверин.
66. Двухосновные карбоновые кислоты: щавелевая, малоновая, янтарная, глутаровая, фумаровая. Превращение янтарной кислоты в фумаровую как пример биологической реакции дегидрирования.
67. Аминоспирты: аминоэтанол (коламин), холин, ацетилхолин. Аминофенолы: дофамин, норадреналин, адреналин. Понятие о биологической роли этих соединений и их производных.
68. Гидрокси- и аминокислоты. Стереоизомерия. Влияние различных факторов на процесс образования циклов (стерический, энтропийный). Лактоны. Лактамы. Представление о β- лактамных антибиотиках. Одноосновные (молочная, β- и g-гидроксимасляные), двухосновные (яблочная, винные), трехосновные (лимонная) гидроксикислоты.
69. Химические свойства a-аминокислот как гетерофункциональных соединений. Реакции этерификации, ацилирования, алкилирования, образование иминов.
70. Биологически важные реакции a-аминокислот. Реакции дезаминирования (неокислительного и окислительного). Реакции гидроксилирования.
71. Декарбоксилирование a-аминокислот - путь к образованию биогенных аминов и биорегуляторов (коламин, гистамин, триптамин, серотонин, кадаверин, b-аланин, g-аминомасляная кислота).
72. Оксокислоты – альдегидо - и кетонокислоты: глиоксиловая, пировиноградная (фосфо-енолпируват), ацетоуксусная, щавелевоуксусная, a-оксоглутаровая. Реакции декарбоксилирования β-кетонокислот и окислительного декарбоксилирования кетонокислот. Кето-енольная таутомерия.
73. Гетерофункциональные производные бензольного ряда как лекарственные средства (салициловая, аминобензойная, сульфаниловая кислоты и их производные).
74. Нуклеотиды. Строение мононуклеотидов, образующих нуклеиновые кислоты. Гидролиз нуклеотидов.
75. Первичная структура нуклеиновых кислот. Фосфодиэфирная связь. Рибонуклеиновые и дезоксирибонуклеиновые кислоты. Нуклеотидный состав РНК и ДНК. Гидролиз нуклеиновых кислот.
76. Понятие о вторичной структуре ДНК. Роль водородных связей в формировании вторичной структуры.
77. Нуклеозидмоно - и полифосфаты. АМФ, АДФ, АТФ. Никотинамид-нуклеотидные коферменты. Строение НАД+ и его фосфата НАДФ+. Система НАД+-НАДН.
78. Олигосахариды. Дисахариды: мальтоза, целлобиоза, лактоза, сахароза. Строение, цикло-оксо-таутомерия. Восстановительные свойства. Гидролиз. Конформационное строение мальтозы и целлобиозы.
79. Полисахариды. Гомополисахариды: крахмал (амилоза и амилопектин), гликоген, декстран, целлюлоза. Пектины (полигалактуроновая кислота). Первичная структура, гидролиз. Понятие о вторичной структуре (амилоза, целлюлоза).
80. Пептиды. Строение пептидной группы. Гидролиз пептидов. Первичная структура белков. Частичный и полный гидролиз.
81. Понятие о сложных белках. Гликопротеины, липопротеины, нуклеопротеины, фосфопротеины.
82. Нейтральные липиды. Естественные жиры как смесь триацилглицеринов. Природные высшие жирные кислоты: пальмитиновая, стеариновая, олеиновая, линолевая, линоленовая, арахидоновая.
83. Пероксидное окисление фрагментов жирных кислот в клеточных мембранах. Конечные продукты окисления (малоновый диальдегид, диеновые конъюгаты и др.), принцип анализа ТБК-реагирующих веществ.
84. Фосфолипиды. Фосфатидовые кислоты. Фосфатидилколамины и фосфатидилсерины (кефалины), фосфатидилхолины (лецитины) - структурные компоненты клеточных мембран.
85. Терпены. Моно - и бициклические терпены. Лимонен, ментол, камфора. Сопряженные полиены: каротиноиды, витамин А.
86. Стероиды. Представление об их биологической роли. Стероидные гормоны. Эстрогены, андрогены, гестагены, кортикостероиды.
87. Стерины. Холестерин. Эргостерин, превращение его в витамины группы Д. Желчные кислоты. Холевая кислота. Гликохолевая и таурохолевая кислоты.
88. Агликоны сердечных гликозидов. Дигитоксигенин. Строфантидин.
