ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«САМАРСКИЙ   ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

Химический факультет 

 

Кафедра   органической химии

 

 

 

УТВЕРЖДАЮ

 

Проректор по учебной работе

 

________________В.П. Гарькин

 

«____»_______________ 2006 г.

 

 

 

 

 

 

 

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

 

Основы токсикологии

 

(блок «Специальные дисциплины и дисциплины специализации»;

раздел «Вузовский компонент»; основная образовательная программа специальности 020101  Химия)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Самара

2006

Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования специальности 020101 Химия, утвержденного 10.03.2000 г. (номер государственной регистрации 127 ЕН/СП).

 

Составители рабочей программы: зав.кафедрой, д.х.н., профессор П.П. Пурыгин,

к.х.н., доцент З.П. Белоусова

Рецензент: к.х.н., доцент В.В. Вишняков

 

Рабочая программа утверждена на заседании кафедры органической химии

 

(протокол №    1   от «  31  »  августа    2006 г.)

 

Заведующий кафедрой

²_01_² ___09________ 2006 г.  _______________   П.П. Пурыгин

 

 

СОГЛАСОВАНО

 

Декан

факультета

²__29² ____09_______ 2006 г.  _______________   С.В. Курбатова

 

 

СОГЛАСОВАНО

 

Начальник

методического отдела

²_29_² ___09________ 2006 г.      _______________ Н.В. Соловова

 

ОДОБРЕНО

Председатель

методической

комиссии факультета

 

²_28_² ___09________ 2006 г.  _______________   И.В. Лобачева

1. Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе, требования к уровню освоения содержания дисциплины

 

1.1. Цели и задачи изучения дисциплины

Цель дисциплины:

·        изучение основных понятий химической токсикологии;

·        формирование у студентов знаний и умений, позволяющих устанавливать структуру и планировать синтезы различных классов соединений с заданными биологическими свойствами, прогнозировать их возможную биологическую (в том числе токсикологическую) активность.

Задачи дисциплины:

·        рассмотреть основные механизмы действия токсичных веществ.

·        научить пользоваться современными компьютерными программами, позволяющими оценить возможный токсический эффект соединения с точки зрения его структуры.

 

1.2. Требования к уровню подготовки студента, завершившего изучение данной дисциплины

Студенты, завершившие изучение данной дисциплины, должны:

 

Иметь представление:

о классификациях токсичных веществ и методах их обезвреживания,

о биохимических превращениях токсичных веществ при участии живых организмов.

 

Знать:

1.      основы токсического действия наиболее распространенных токсикантов и основные пути их превращений in vivo и in vitro.

2.      принципы количественной оценки разнородных опасностей и сравнения их в единой шкале.

Уметь:

1.      определять ядовитые и сильнодействующие вещества в живых организмах и природных объектах.

2.      принять решение по обеспечению безопасного и устойчивого взаимодействия человека с природной средой.

3.      пользоваться современными физическими методами исследования, иметь опыт в использовании экспериментальных методов исследования.

 

1.3. Связь с предшествующими дисциплинами

Для усвоения курса «Основы химической токсикологии» необходимо знать основы неорганической и органической химии, теорию строения органических соединений, основы стереохимии, химию природных соединений, основные классы органических соединений и их химические свойства.

 

1.4. Связь с последующими дисциплинами

Понятия и методы, используемые в курсе будут применены в курсах: «Химия нуклеиновых кислот», «Основы биохимии», «Биология с основами экологии», «Теоретические основы органической химии», а также при выполнении курсовых и дипломных работ.

 

2. Содержание дисциплины

 

2.1. Объем дисциплины и виды учебной работы (в часах)

 

Дневная форма обучения (7 семестр – зачет)

 

Вид учебных занятий

Количество

часов

7 семестр

Всего часов аудиторных занятий

20

Лекции

20

Практические занятия (семинары)

–

Лабораторные занятия

–

Всего часов самостоятельной работы

10

Подготовка к лекционным  занятиям

5

Работа с электронными информационными ресурсами и ресурсами Internet

5

Всего часов по дисциплине

30

2.2. Разделы дисциплины и виды занятий

№

п/п

Название раздела

дисциплины

Количество часов

лекции

практические занятия

Лабораторные

занятия

1

Введение. Химическая токсикология и ее задачи

2

-

-

2

Корреляция «структура-токсикологический эффект»

2

-

-

3

Физико-химические методы определения ядовитых и сильнодействующих веществ

2

-

-

4

Обнаружение, определение и токсикологическое значение веществ, перегоняемых с водяным паром

2

-

-

5

Группа ядовитых и сильнодействующих веществ изолируемых из анализируемых объектов подкисленным спиртом и подкисленной водой

2

-

-

6

Классификация ядовитых и сильнодействующих веществ по характеру их действия на млекопитающих

2

-

-

7

Методы определения токсичных веществ в различных средах

2

-

-

8

Основные понятия токсикологии. Избирательная токсичность

2

-

-

9

Превращение веществ в водной среде и накопление их элементами экосистем. Превращение токсичных веществ при участии живых организмов

2

-

-

10

Действие чужеродных веществ на живые организмы. Основные параметры токсического эффекта и условия, влияющие на его проявление

2

-

-

 

Итого:

20

-

-

 

2.3. Лекционный курс

 

РАЗДЕЛ 1 Введение. Химическая токсикология и ее задачи

Специфические особенности химико-токсикологического анализа. Общая характеристика методов,  используемых в токсикологической химии. Основные понятия химической токсикологии. Объекты химико-токсикологического анализа. Типы классификаций токсичных веществ.

 

РАЗДЕЛ 2 Корреляция «структура-токсикологический эффект»

Прогнозирование токсического действия галогенопроизводных органических соединений в зависимости от их структуры. Корреляция «структура-токсичность» в ряду соединений, проявляющих кожно-нарывное действие. Три основных фактора определяющих возможность проявления избирательной токсичности биологически активным веществом.

 

РАЗДЕЛ 3 Физико-химические методы определения ядовитых и сильнодействующих веществ

Спектральные, электрохимические, хроматографические и биохимические методы анализа.

 

РАЗДЕЛ 4 Обнаружение, определение и токсикологическое значение веществ, перегоняемых с водяным паром

Синильная кислота и ее производные. Ядовитые галогенпроизводные. Альдегиды и кетоны. Спирты. Карбоновые кислоты.

 

РАЗДЕЛ 5 Группа ядовитых и сильнодействующих веществ изолируемых из анализируемых объектов подкисленным спиртом и подкисленной водой

Салициловая кислота. Барбитуровая кислота и ее производные. Фенацетин. Алкалоиды.

 

РАЗДЕЛ 6 Классификация ядовитых и сильнодействующих веществ по характеру их действия на млекопитающих

Классификация по химическим признакам и по токсикологическим свойствам, по характеру действия на млекопитающих. Лакримогенное действие галогензамещенных органических соединений (монохлорметиловый эфир хлоругольной кислоты, дихлорангидрид угольной кислоты, метиловый эфир монохлоругольной кислоты, дифосген, хлорпикрин). Кожно-нарывные отравляющие вещества: структура, биологическая активность и механизм действия (иприт, люизит).

 

РАЗДЕЛ 7 Методы определения токсичных веществ в различных средах

Обнаружение веществ, экстрагируемых дистилляцией с водяным паром: синильная кислота, галогенпроизводные на примере хлороформа и четыреххлористого углерода, альдегиды и кетоны на примере формальдегида и ацетона, спирты на примере метилового, этилового и амилового спиртов, уксусной кислоты, нитробензола, анилина, фенола и крезола.

Обнаружение веществ, экстрагируемых из биологического материала хлороформом из кислого раствора на примере салициловой кислоты, а также барбитуровой кислоты и ее производных.

Обнаружение веществ, экстрагируемых хлороформом из щелочного раствора на примере алкалоидов, производных пиримидина.

 

РАЗДЕЛ 8 Основные понятия токсикологии. Избирательная токсичность

Токсикант, порог токсического действия, биологическая устойчивость, порог устойчивости, чувствительность.

Основные и прикладные задачи водной токсикологии. Источники поступления токсичных веществ в водную среду; естественные и антропогенные. Загрязнение первичное и вторичное. Основные методы водной токсикологии: биотестирование и биоиндикация.

Лекарственные вещества, используемые в медицине; агонисты, антагонисты и вещества, применяемые для заместительной терапии. Пищевые продукты и токсичность. Пищевая аллергия. Использование токсичных веществ для борьбы с вредными видами живых организмов.

 

РАЗДЕЛ 9 Превращение веществ в водной среде и накопление их элементами экосистем. Превращение токсичных веществ при участии живых организмов

Основные процессы, происходящие в водной среде; физические, химические, биологические и геологические. Металлы и их формы в водной среде. Органические соединения и их превращения в водной среде.

Способы поступления веществ в организм. Уравнение скорости диффузии. Коэффициент накопления. Коэффициент дискриминации. Коэффициент накопления по пищевой цепи.

Метилирование на примере ртути и мышьяка. Две стадии превращения органических веществ: метаболическое и конъюгация. Летальный синтез. Примеры реакций превращения отдельных органический соединений в тканях живых организмов; окисление концевых алифатических групп, десульфирование и окисление серы, дегалогенирование, восстановление нитро- и азосоединений, присоединение гидроксильных  групп.

 

РАЗДЕЛ 10 Действие чужеродных веществ на живые организмы. Основные параметры токсического эффекта и условия, влияющие на его проявление

Начальные процессы действия токсикантов; токсикант - рецептор  как пример фермент-субстратного взаимодействия. Истинный порог действия вещества. Понятие о тиоловых ядах. Классификация ядов по общему характеру действия; специфические  и неспецифические. Особенности действия специфических ядов; физическая токсичность (наркотический эффект). Классификация ядов  по характеру действия на млекопитающих: яды локального действия, ферментные. Протоплазматические, гемолитические, нервно-паралитические, наркотические.

Влияние на метаболизм. Гемоглобин, миоглобин. Структура глобина и гема, их функции в живом организме. Оксигемоглобин, карбоксигемоглобин, метгемоглобин. Тканевая гипоксия. Влияние токсичных веществ на ферменты. Структура активного центра фермента. Ингибиторы и активаторы ферментативных реакций. Механизмы ингибирования ферментативных реакций на примере действия различных токсикантов: действие на цитохромоксидазу, ацетилхолинэстеразу, моноэтаноламинооксидазу цианидов, органических соединений, сероуглерода, боевых отравляющих веществ, сульфаниламидных препаратов, пестицидов.

Токсичность и нарушение структуры клеточных мембран: нарушение осморегуляции и анемия.

Отдаленные эффекты действия токсичных веществ. Понятие о мутагенах и мутациях. Мутации соматические и генетические: нарушения функциональные и морфологические.

Доза, время действия. Парадоксальный эффект. Уравнение Габера, Лэнгмюра, Фрейндлиха, Мейера. Пороговая концентрация, пороговая время. Кривые “доза-эффект”, “время-эффект”. Летальные концентрации.

Строение вещества и токсичность. Этапы установления корреляции структуры вещества и его биологического действия. Липидная теория клеточной депрессии. Структура рецептора.

Особенности биологического действия органических веществ: теория наркоза Мейера и Овертона: влияние температуры, параметров среды на токсический эффект. Совместное действие токсических веществ: понятие синергизма, индекс токсичности (ИТС). Кумуляция и ее оценка: материальная и функциональная. Адаптация живых организмов к токсическим воздействиям: генотипическая и фенотипическая.

 

2.4. Практические (семинарские) занятия

Не предусмотрены

 

2.5. Лабораторный практикум

Не предусмотрены

 

3.Организация текущего и промежуточного контроля знаний

 

3.1. Контрольные работы

Контрольные работы в разработке

 

3.2. Комплекты тестовых заданий

Имеются комплекты тестовых заданий

 

3.3. Самостоятельная работа

 

3.3.1. Поддержка самостоятельной работы (сборники тестов, задач, упражнений и др.)

1.      Овчинников Ю.А. Биоорганическая химия. – М.: Просвещение, 1987, стр. 20 - 295.

2.      Белоусова З.П., Пурыгин П.П. Химические основы жизнедеятельности: Учебное пособие. – 2-е изд. – Самара: Изд-во «Самарский университет», 2005. 84 с.

3.      Белоусова З.П., Пурыгин П.П. Токсичность химических соединений: Учебное пособие. Самара: Изд-во “Самарский университет”, 2004.–112 с.

4.      Пурыгин П.П., Белоусова З.П. Основы химической токсикологии: Учебное пособие. Самара: Изд-во “Самарский университет”, 2004.–52 с. (гриф УМО по химии)

5.      Белоусова З.П. Пищевые токсиканты. Учебное пособие. Изд-во “Самарский университет”. Самара. 2005 (гриф УМО по химии) (150 экз).

6.      Вишняков В.В., Зайцев В.В., Потапова И.А., Пурыгин П.П. Основы стереохимии. Учебное пособие. Самара: Изд-во «Самарский университет», 2005, 36с.

 

3.3.2. Тематика рефератов

1.            Корреляция «структура-токсикологический эффект» и его основные параметры

2.            Типы классификаций токсичных веществ по характеру действия на млекопитающих

3.            Методы обезвреживания токсичных отходов химических производств и химического оружия

4.            Методы расчета структуры веществ с фармакологическими свойствами

5.            Современные тенденции в дизайне пролекарств

6.            Различные лекарственные препараты, действующие на ДНК и РНК

7.            Определение токсичных веществ перегоняемых с водяным паром

8.            Биохимические методы определения ядовитых и сильнодействующих веществ

9.            Применение индикаторных дескрипторов при моделировании взаимосвязи «структура-свойство»

 

3.4.  Курсовая работа, её характеристика; примерная тематика

Курсовая работа по курсу не предусмотрена

 

Итоговый контроль в 7 семестре проводится в виде зачета. Студент получает зачет в 7 семестре по результатам написания реферата и посещаемости лекций.

 

4. Технические средства обучения и контроля, использование ЭВМ

 

1.      Компьютерные обучающие мультимедиа-программы, созданные на базе инструментальной среды Hypermedia

2.      Операционная система семейства Windows (Windows 98SE/ME/2000/XP)

3.      Программы Discovery Studio ViewerPro и RasMol (для визуализации молекулярных структур), HyperChem (для визуализации, квантово-химических и молекулярно-механических расчетов молекулярных структур), ConQuest (для извлечения структурной информации из Кембриджской базы данных по органическим соединениям).

4.      Работа с ресурсами Internet (база данных Entrez-PubMed, база данных по структурам белков, нуклеиновых кислот, углеводов и их комплексов).

 

5.Активные методы обучения (деловые игры, научные проекты)

Круглый стол проводится после завершения лекционного курса и написания рефератов.

 

6. Материальное обеспечение дисциплины

Для обеспечения данной дисциплины необходим компьютерный класс с ЭВМ IBM PC AT (операционная система - Windows 98/МЕ или Windows 2000).

Мультимедийный проектор

Кодоскоп

 

7. Литература

 

7.1. Основная (одновременно изучают дисциплину 25 человек)

 

1. Кнорре Д.Г., Мызина С.Д. Биологическая химия: Учеб. для хим., биол. и мед. спец. вузов. – 3-е изд., переб. и доп. – М.: Высш. шк. 2000. (Министерство общего и профессионального образования РФ, 120 экз.).

2. Белоусова З.П., Пурыгин П.П. Токсичность химических соединений: Учебное пособие. Самара: Изд-во “Самарский университет”, 2004.–112 с.

3. Пурыгин П.П., Белоусова З.П. Основы химической токсикологии: Учебное пособие. Самара: Изд-во “Самарский университет”, 2004.–52 с. (гриф УМО по химии)

4. Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. М., Мир, 2002.

 

7.2. Дополнительная

1. Овчинников Ю.А. Биоорганическая химия. М.: Мир, 1987.

2. Токсикологическая химия: учебник для вузов / под.ред. Т.В. Плетеневой. – 2-е изд., испр. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2005. – 512 с.

 

 

7.3. Учебно-методические материалы по дисциплине

1. Белоусова З.П., Пурыгин П.П. Химические основы жизнедеятельности: Учебное пособие. – 2-е изд. – Самара: Изд-во «Самарский университет», 2005. – 84 с.

2. Белоусова З.П., Пурыгин П.П. Токсичность химических соединений: Учебное пособие. Самара: Изд-во “Самарский университет”, 2004.–112 с.

3. Пурыгин П.П., Белоусова З.П. Основы химической токсикологии: Учебное пособие. Самара: Изд-во “Самарский университет”, 2004.–52 с. (гриф УМО по химии)

4. Вишняков В.В., Зайцев В.В., Потапова И.А., Пурыгин П.П. Основы стереохимии. Учебное пособие. Самара: Изд-во «Самарский университет», 2005, 36с.