НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИІНСТИТУТ БІООРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ТА НАФТОХІМІЇ
ім. В.П. КУХАРЯЗАТВЕРДЖЕНО
Вченою радоюІнституту біоорганічної хімії танафтохімії ім. В.П. КухаряHAH України
протокол № ' / Звід « £ / » j їс-О^ г20<"<?
рокуГолова Вченої радиІнституту біоорганічної хімії танафтохімії ім. В.П. Кухарянавчальної дисципліни«МОЛЕКУЛЯРНІ МЕХАНІЗМИВ БІООРГАНІЧНІЙ ХІМІЇ»ГАЛУЗЬ ЗНАНЬСПЕЦІАЛЬНІСТЬ
СПЕЦІАЛІЗАЦІЯ
РІВЕНЬ ОСВІТИ

10 - ПРИРОДНИЧІ НАУКИ
102 - ХІМІЯБІООРГАНІЧНА ХІМІЯ
ТРЕТІЙ (ОСВІТНЬО-НАУКОВИЙ)Київ - 2022 р.

РОЗРОБНИК ПРОГРАМИ:член-кореспондент НАН України, доктор хімічних наук,професор Андрій ВОВК(підпис)Програму затверджено на засіданні Вченої радиІнституту біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В.П. Кухаря НАН України
протокол № / Звід «» кроку

Вчений секретарСергій ПОПІЛЬНІЧЕНКОВСТУППрограмуобов’язковоїнавчальноїдисципліни«Молекулярнімеханізми в біоорганічній хімії» складено відповідно до освітньопрофесійної програми підготовки «доктор філософії» в галузі природничих
наук за спеціальністю 102 - «Хімія».
Предметом вивчення навчальної дисципліни є основи механізмів
біоорганічних процесів в модельних хімічних і біохімічних системах,механізми каталізу в хімії та ензимології, взаємозв’язок структура-активністьі принципи пошуку та створення нових синтетичних біоактивних сполук.
Міждисциплінарні зв’язки: Дисципліна «Молекулярні механізми вбіоорганічній хімії» належить до переліку вибіркових навчальних дисциплін,що пропонуються в рамках циклу професійної підготовки аспірантів зіспеціальності «Хімія» на другому році навчання. Вона забезпечує загальнийта професійний розвиток аспіранта і спрямована на отримання поглиблених
знань з біоорганічної хімії, що стосуються механізмів біоорганічних процесівза участю природних і синтетичних біологічно активних сполук в модельних
хімічних і біологічних системах. Міждисциплінарні зв’язки в першу чергу
стосуються органічної хімії, фізичної хімії, біохімії і фармакології.
Матеріал курсу є теоретичною основою для формування вміння тадосвіду в експериментальних і теоретичних дослідженнях, ознайомлення зістаном і тенденціями розвитку сучасних напрямів біоорганічної хімії, щостосуються структури і активності органічних сполук, а також для виконання
наукових досліджень за дисертаційною темою.

1. МЕТА ТА ЗАВДАННЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ
Метою навчальної дисципліни є формування у аспірантів ціліснихуявлень про біоорганічні механізми, здобуття базових знань, що стосуються
фізико-хімічних основ біохімічних процесів, механізмів біоорганічних
реакцій, механізмів біоактивності органічних сполук і підходів доконструювання біоактивних сполук.
1.2. Основні завдання навчальної дисципліни:- формування знань про основи біоорганічної хімії, молекулярнімеханізми біоорганічних перетворень, будову і функції біологічно активних
сполук;- формування уявлень про закономірності каталізу в ензимології ізакономірності дії природних і синтетичних інгібіторів ферментів та інших
білкових молекул;- розуміння принципів створення біологічно активних сполук, виборупотенційних біологічних мішеней для синтетичних гетероциклічних іелементоорганічних молекул;- застосування комп’ютерних технологій для пошуку і створеннябіоактивних сполук, спрямованих на потенційні біомішені;-ознайомленнязекспериментальнимипідходамидооцінкибіоактивності, уявлення щодо характеристики біодоступності та аналізузв’язку між структурою і активністю;-сприяннярозширеннюсучасногопрофесійногосвітогляду,підвищення загальної освіченості та фахової культури хіміка-біоорганіка.
Згідно з вимогами освітньо-професійної програми аспіранти післязасвоєння навчальної дисципліни повинні:Знати:- становленнябіоорганічноїхіміїякнауки,механіcтичніоснови

перетворень в модельних хімічних і біологічних системах, механізмикаталізу в хімії та ензимології, будову і властивості природних ісинтетичних біологічно активних сполук, принципи пошуку і створенняновихбіологічноактивнихсполук,можливостізастосування

комп’ютерних технологій для створення біоактивних сполук;- фізико-хімічні основи біохімічних процесів, основи моделювання
біохімічних процесів, закономірності ліганд-білкових взаємодій;- механістичне підгрунтя перебігу модельних процесів, біоорганічніоснови ферментативного каталізу, механізми кислотно-основних стадій,механізминуклеофільногокаталізу,прикладикаталізуокремими

ферментами;- основні положення хімічної кінетики, уявлення про порядок реакції іконстанти швидкості, практичне застосування кінетичних підходів;- основи кінетики ферментативного каталізу, принцип стаціонарності вферментативнійкінетиці,інтерпретаціюкаталітичнихпараметрів,приклади механізмів каталізу і кінетичні характеристики деякихферментів;- основи кінетики інгібування ферментативних реакцій,оборотні інеоборотні інгібітори, типи інгібувальної здатності, термодинамічніоснови процесу інгібування і практичні аспекти вивчення інгібувальної
здатності синтетичних сполук;- загальну інформацію про терапевтичні мішені і біоактивні сполуки, втому числі мішені для ліків, ферменти різних класів як терапевтичнімішені, структуру, активність in vitro та активність in vivo мішеньспрямованих біоактивних молекул і приклади інгібіторів ферментів;- результатибіоорганічнихдослідженьокремихгетероциклічнихі

елементоорганічних сполук з протипухлинною активністю, дослідженняантиракової

активності

елементоорганічних
протеїнкіназ,сполук,механізмипротеїнтирозинфосфатаз;синтетичнихлікарськихгетероциклічних
препаратів

інгібування–іінгібіторівпротеїнкіназ

і- результати наукових досліджень щодо створення нових сполук зпротивірусною активністю, структури і властивостей синтетичних
антимікробних агентів та синтезу нових речовин з антибактеріальною
активністю;- принципи пошуку і конструювання потенційно біоактивних сполук,зв’язок між структурою і активністю органічних сполук, біоізостеризм,використанняіформуваннябазданих,методикомп’ютерного

моделювання активності, підходи молекулярного докінг,QSAR.

параметри ADME;вміти:- добирати інформаційні джерела наукових досліджень, що стосуютьсявивчення біоактивності органічних сполук і дотичні до області науковихінтересів аспіранта;- аналізувати літературні дані у розрізі поставлених синтетичних або іншихзавдань;використовуватирезультатикінетичнихдослідженьдлякількісної оцінки активності;- обґрунтовувати наукову проблему з урахуванням напрямів можливихдосліджень біоактивності синтетичних сполук;- розроблятиплани

науковихдослідженьнаосновірезультатів

прогнозування біоактивності in silico;- вирізняти структурні особливості сполук, які визначають її біологічнівластивості, оцінювати структури за критеріями формування відповіднихбаз даних і сполук-лідерів;- пропонувати напрями структурної оптимізації структур на основірезультатів моделювання біоактивності in silico та in vitro;- застосовувати отримані фундаментальні знання для вирішення наукових іпрактичних завдань в галузі біоорганічної хімії.
В рамках даної дисципліни поглиблюються і розвиваються такікомпетенції.

Універсальні компетенції:- здатність проєктувати і здійснювати комплексні дослідження, в тому числіміждисциплінарні, на основі цілісного системного наукового світогляду звикористанням знань в області молекулярних механізмів природних імодельних перетворень.
Загальнопрофесійні компетенції:- здатність самостійно здійснювати науково-дослідницьку діяльність вобласті біоорганічній хімії з використанням сучасних методів дослідженнята інформаційно-комунікаційних технологій.
Професійні компетенції:- здатність організовувати експерименти і випробування, проводити їхобробку, аналізувати результати та узагальнювати у вигляді науковихстатей для профільних журналів; обізнаність з навчально-методичною
документацією для проведення навчального процесу.
2. СТРУКТУРА НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИНа вивчення навчальної дисципліни відводиться 120 годин/4 кредитиECTS.

2345Семінарські

Предмет біоорганічної хімії.
Фізико-хімічні основибіохімічних процесівХімічні моделіферментативного каталізуПринципи хімічної кінетикиКінетика ферментативногокаталізу
Інгібування ферментативнихреакцій

Практичні1Лекції

Розділ дисципліни

Всього аудиторних№КількістькредитівECTSЗагальний обсягОбсяг навчальноїроботи, год23Самостійнаробота

102102103102210Видпідсумковогоконтролю

6789Терапевтичні мішені ібіоактивні сполукиГетероциклічні іелементоорганічні сполуки зпротипухлинною активністюСтратегії створення нових
сполук з противірусною іантибактеріальноюактивністю.
Принципи пошуку іконструювання потенційнобіоактивних сполук
Разом

3412030210210310221022890

екзамен

Зміст дисципліни
Тема 1. Предмет біоорганічної хімії. Фізико-хімічні основибіохімічних процесів. Моделювання біохімічних процесів. Механізмибіоорганічних реакцій. Внутрішньомолекулярні реакції в органічній хімії іефекти наближення. Мікрогетерогенність білкового оточення. Ліганд-білковіі білок-білкові взаємодії. Енергія ліганд-білкових взаємодій. Механізми
ліганд-білкових взаємодій. Ковалентні і нековалентні взаємодії. Водневі
зв’язки, електростатичні взаємодії, гідрофобні взаємодії, донорно-акцепторні
взаємодії і комплекси з переносом заряду.
Тема 2. Хімічні моделі ферментативного каталізу. Загальний
кислотно-основний каталіз. Співвідношення між загальним і специфічним
каталізом. Загальні кислоти і основи в активних центрах ферментів.
Ферментативний перенос протону. Кислотно-основні стадії в механізмахферментативного каталізу. Ковалентний електрофільний і нуклеофільнийкаталіз. Порівняння загального основного і нуклеофільного каталізу. Імідазолісолітіазоліюякнуклеофільніагенти.

Каталізнуклеофілами

ферментативної природи. Механізми каталізу сериновими і цистеїновимигідролазами. Лужні фосфатази і протеїнфосфатази. Піруватдекарбоксилаза іпіруватдегідрогеназний комплекс.
Тема 3. Принципи хімічної кінетики. Порядок реакції. Константишвидкості. Оборотні реакції. Паралельні і послідовні реакції. Константишвидкостіпсевдопершогопорядку.

Нелінійназалежність

константи

швидкості, що спостерігається, від концентрації іншого реагенту. Рівняння
стаціонарної швидкості і його використання. Вплив рН та іонізація реагентів.
Термодинамічні активаційні параметри. Використання констант швидкості
псевдопершого порядку при дослідженні ферментів.
Тема 4. Кінетика ферментативного каталізу. Активність ферментів.
Комплементарність між ферментом і субстратом. Ферментативна кінетика.
Принцип стаціонарності. Константа Міхаеліса, максимальна швидкість ікаталітична константа. Інтерпретація каталітичних параметрів. Графічне
представлення даних кінетики Міхаеліса-Ментен. рН-Залежність швидкості
ферментативної реакції. Кооперативне зв’язування лігандів і кількіснийаналізкооперативності.

Прикладимеханізмівкаталізуікінетичні

характеристики: дигідрофолатредуктаза, простатична кисла фосфатаза,глутатіон-S-трансфераза.
Тема 5. Інгібування ферментативних реакцій. Оборотні і необоротніінгібітори. Типи інгібування: конкурентний, неконкурентний, змішаний,безконкурентний та інші. Константа інгібування. Графічне представленнякінетичних досліджень інгібування ферментів. Аналіз і значення кінетичнихпараметрів. Зв’язок між константою інгібування та енергією зв’язування
інгібітора. Значення параметру IC 50 для конкурентних і неконкурентнихінгібіторів. Практичні аспекти експериментального вивчення інгібувальноїздатності синтетичних сполук.
Тема 6. Терапевтичні мішені і біоактивні сполуки. Мішені для ліків:ферменти, субстрати, метаболіти, рецептори, іоонні канали, транспортнібілки, ДНК, РНК. Розподіл білкових молекул по відношенню до лікарських
препаратів. Ферменти різних класів як терапевтичні мішені. Структура,активність in vitro та активність in vivo мішень-спрямованих біоактивних
молекул. Гібридні біоактивні сполуки. Приклади інгібіторів циклооксигеназ,ацетилхолінестерази, ксантиноксидази.

Тема7.

протипухлинноюГетероциклічніактивністю.

іелементоорганічніДослідженнясполукиантираковоїзактивностісинтетичних гетероциклічних і елементоорганічних сполук. Лікарські
препарати – інгібітори протеїнкіназ. Механізми інгібувального впливуорганічнихсполукнапротеїнкінази.

Конструюванняінгібіторівпротеїнтирозинфосфатаз. Приклади дослідницьких робіт зі створеннясинтетичних інгібіторів PPARs, CYP450, BRD4, COX-2, фосфодіестерази,карбоангідрази, фарнезилтрансферази, гістондеацетилази.
Тема 8. Стратегії створення нових сполук з противірусною іантимікробною активністю.

Противірусні препарати, які безпосередньонацілені на віруси. Противірусні агенти для лікування COVID-19. Синтез ідослідження азотовмісних гетероциклічних сполук як нових противіруснихзасобів. Структура і активність нових синтетичних антимікробних агентів.
Пошук і створення нових сполук з антибактеріальною активністю.
Тема 9. Принципи пошуку і створення потенційно біоактивнихсполук.

Структураі

активність

органічних

сполук.

Спрямованийбіоорганічний синтез. Концепція біоізостерних груп. Створення новихбіоактивних речовин шляхом молекулярної модифікації природних ісинтетичних сполук. Робота з базами даних. Методи комп’ютерного
моделювання активності. Молекулярний докінг. Метод QSAR. Фізикохімічна характеристика молекул потенційно біоактивних сполук. ПараметриADME.
3. РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА
Базова:1. Дюга Г., Пенни К. Биоорганическая химия. Химические подходы кмеханизму действия ферментов. Перевод с английского - М.: Мир, 1983. - 512
с.
2. Брюс Т., Бенкович С. Механизмы биоорганических реакций— М.:Мир, 1970. — 392 с.
3. Бендер М., Бергерон Р., Комияма М. Биоорганическая химияферментативного катализа. М.: Мир, 1987. — 352 с.

4. Дженкс В. Катализ в химии и энзимологии. М.: Мир, 1972. – 468 с.
5. Березин И. В. и Мартинек К. Основы физической химииферментативного катализа. М., «Высш. школа», 1977. 280 с.
6. Овчинников Ю.А. Биоорганическая химия. М.: Просвещение. 1986. –815 с.
7. Фершт, Э. (1980). Структура и механизм действия ферментов: пер. сангл. Мир.
Допоміжна:1. Страйер, Л. (1985). Биохимия. В 3-х томах.
2. Диксон, М., & Уэбб, Э. С. (1982). Ферменты./Изд. Мир.
3. Imming, P., Sinning, C., & Meyer, A. (2006). Drugs, their targets and the natureand number of drug targets. Nature reviews Drug discovery, 5(10), 821-834.
4. Robertson, J. G. (2007). Enzymes as a special class of therapeutic target: clinicaldrugs and modes of action. Current opinion in structural biology, 17(6), 674-679.
5. Poulter, C. D. (2009). Bioorganic chemistry. A natural reunion of the physicaland life sciences. The Journal of organic chemistry, 74(7), 2631-2645.
6. McCORMICK, D. B. (2007). Bioorganic mechanisms important to coenzyme
functions. Handbook of Vitamins, 4th ed.; Zempleni, J., Rucker, RB, McCormick,DB, Suttie, JW, Eds.
7. Arunan, E., Desiraju, G. R., Klein, R. A., Sadlej, J., Scheiner, S., Alkorta, I., ...
& Kjaergaard, H. G. (2011). Definition of the hydrogen bond (IUPAC
Recommendations 2011). Pure and applied chemistry, 83(8), 1637-1641.
4. ФОРМА ПІДСУМКОВОГО КОНТРОЛЮ УСПІШНОСТІ
НАВЧАННЯ: Екзамен.
5. ЗАСОБИ ДІАГНОСТИКИ УСПІШНОСТІ НАВЧАННЯ:Діагностика успішності навчання аспірантів під час проведеннялекційних занять:• усні питання та аналіз засвоєння матеріалу за темою лекційного курсу.
• усні питання та можливість застосування отриманих знань.
Діагностика успішності навчання аспірантів під час проведенняпрактичних та індивідуальних занять:• підготовка презентацій за темою курсу та пов’язаними з нимивласними дослідженнями і літературними даними;• усне опитування;• участь в обговоренні дискусійних питань.