Magkémia-Biokémia Orvosi Laboratóriumi és Képalkotó Diagnosztikai Analitikus alapképzés (BSc) Tantárgyi kommunikációs dosszié (TKD) Miskolci Egyetem Egészségügyi Főiskolai Kar Klinikai Radiológiai Tanszék Miskolc, 2008.
Tartalomjegyzék 1. Tantárgyleírás, tantárgyjegyző, óraszám, kredit értékek 2. Tantárgytematika (órára lebontva) 3. Minta zárthelyi 4. Vizsgakérdések, vizsgáztatás módja, minta vizsgalap 5. Egyéb követelmények 6. Ajánlott irodalom 2
1. Tantárgyleírás A tantárgy címe: A tantárgy adatai: Félév: Műszeres Analitika Orvosi Laboratóriumi és 2 Képalkotó Diagnosztikai Analitikus BSc A tantárgy típusa: Óraszám / hét: Kreditek száma: Előadás 2 2 A tantárgy felvételének előfeltétele: kémia-biokémia Tantárgyfelelős és előadó: dr. Lakatos János, egyetemi docens Egyetem / Kar / Intézet / Tanszék: Miskolci Egyetem, Műszaki Anyagtudományi Kar, Kémia Tanszék A tantárgy státusza: Orvosi Laboratóriumi és Képalkotó Diagnosztikai Analitikus BSc szak szakmai törzsanyag, kötelező tárgy A tantárgy célja: Megismertetni a hallgatókat az izotópok tulajdonságaival, előállításuk módszereivel, a radioaktív izotópok átalakulásakor keletkezett sugárzásokkal és azoknak az élettelen és az élő anyaggal mutatott kölcsönhatásával. Az izotópok felhasználásával a diagnosztikában és a radio-gyógyszerekben. A tantárgy leírása: A tárgy a magkémiára fókuszál, az atommag, az atom szerkezetéből kiindulva tárgyalja a különböző sugárzásokat, a sugárzások és az anyag kölcsönhatását. A tárgy a magkémiai ismeretek részletesebb tárgyalása mellett az atommag átalakulásaitól a biomolekulák szerkezetéig egy tömör áttekintést ad a kémia legfontosabb fejezetiről. 3
2. Tantárgytematika Hét Előadás 1 Az atom szerkezete, az atommag szerkezete, az atommag kötési energiája, izotópok, az elemek izotóp összetételének meghatározása, az izotópok stabilitása. 2 A természetes és a mesterséges radioaktivitás, maghasadás, magfúzió. 3 Izotópeffektusok, az izotópok előállítása, az izotópdúsítás módszerei. Az izotópok alkalmazási területei. 4 A radioaktív izotópok átalakulása. A sugárzások fajtái, a sugárzások detektálása, kölcsönhatása az anyaggal. 5 Sugárterápiában használt izotópok és radiogyógyszerek előállítása. 6 Az atom elektronszerkezete és kapcsolata vegyülési tulajdonságával. Vegyületek fajtái keletkezésük főbb törvényszerűségei. 7 A kémiai reakciók fajtái a reakciót kísérő hőeffektusok. A kémiai reakciók iránya. A kémiai reakciók sebessége. Katalízis, enzimek. 8 Kémiai egyensúlyok. Oldódás, disszociáció, sav-bázis egyensúlyok. Pufferek. 9 Halmazok tulajdonságai, kolloid rendszerek 10 Az élő szervezet legfontosabb elemei és vegyületeik. A szerves vegyületek főbb csoportjai. 11 Az élő anyag molekuláris felépítése: aminosavak, peptidek, fehérjék 12 Az élő anyag molekuláris felépítése: nukleozidok,nukleotidok, nukleinsavak. 13 Az élő anyag molekuláris felépítése: szénhidrátok, lipidek. 14 Minimum zh.. 4
Minimumkérdések Magkémia-biokémia tárgyból 1. Milyen részecskékből állnak az atomok? 2. Miből áll az atommag? 3. Mekkora az atommag mérete az atomhoz képest? 4. Hol helyezkednek el az elektronok az atomban? 5. Mi a rendszám? 6. Mi a tömegszám? 7. Mi az izotóp? 8. Mit jelent az alábbi jelölés 1 1 H, 2 1D? 9. Miért tört sok elem atomtömege a periódusos rendszerben? 10. Milyen fajtáját különböztethetjük meg az izotópoknak a stabilitásuk alapján? 11. Mi a különbség a kémiai és a magreakció között? 12. Milyen típusú reakcióban keletkezik molekula, ill. milyenben másik elem? 13. Kb. hány elemet ismerünk? 14. Mit jelent az, hogy természetes és mesterséges izotóp? 15. Hogyan keletkezhet ion egy atomból? 16. Mit jelent az atom gerjesztése? 17. Mi történik a gerjesztett atommal? 18. Milyen hullámhossz tartományban beszélünk látható fényről? 19. Milyen sugárzások vannak a látható fénynél alacsonyabb hullámhossztartományban? 20. Mit jelent az, hogy egy izotóp radioaktív? 21. Milyen sugárzás a gamma sugárzás? 22. Hogyan viszonylik a gamma sugárzás energiája, mint a röntgen sugárzáséhoz? 23. Milyen sugárzások keletkeznek a radioaktív bomlás során? 24. Mi az alfa sugárzás? 25. Mi a béta sugárzás? 26. Mi a gamma sugárzás? 27. Mit jellemez a felezési idő? 28. Minek a mértékegysége a Becquerel és mit jelent 1 Bq? 29. Melyik radioaktív sugárzásnál változik meg az izotóp rendszáma? 30. Melyik radioaktív sugárzás nem jár új elem keletkezésével? 31. Melyik sugárzást lehet a gerjesztett atommag sugárzásának tekinteni? 32. Mi a maghasadás? 33. Mi a magfúzió? 34. Melyik mag átalakítási formát hasznosítja az atomreaktor? 35. Melyik magátalakulási forma szolgáltatja a az energiát a Napban? 36. Melyik a leggyakoribb elem a világegyetemben? 37. Melyik magátalakulási forma tehető felelőssé az elemek keletkezéséért? 38. Az atom mely része felelős a kémiai tulajdonságokért? 39. Mi alapján rendezik az elemeket a periódusos rendszerben? 40. Mi a jellemzője az egy oszlopban lévő elemeknek? 41. Mi a jellemzője az egy sorban (periódus) lévő elemeknek? 42. Hol találhatók a periódusos rendszerben a kémiailag legstabilabb elemek? 43. Miért reagálnak egymással az elemek ahelyett, hogy atomos állapotban maradnának? 44. Mire utal az a kifejezés, hogy nemesgáz szerkezet? 45. Mit jelent az izotópeffektus? 46. Melyik a kis vagy a nagy rendszámú elemek izotópjai tulajdonságában van nagyobb különbség? 47. Mi okozza az izotópeffektust? 5
48. Soroljon fel három izotópeffektus típust. 49. Írjon fel három vízmolekulát amelyik a hidrogén izotópban különbözik egymástól. 50. Milyen izotóp izotópeffektusán alapul a kormeghatározás? 51. Miért fontosak, nevezetesek a szén különböző: 12 C, a 13 C, a 14 C izotópjai? 52. Melyik nagyobb a fizikai, kémiai vagy a biológiai izotópeffektus? 53. Milyen részecske anódba csapódása váltja ki a Röntgen sugárzást? 54. Milyen spektrális szerkezete van a fékezési Röntgen sugárzásnak? 55. Milyen spektrális szerkezet van a karakterisztikus röntgen sugárzásnak? 56. Miben különbözik a Röntgen és a γ sugárzás, 57. Melyik anyagban csökken kisebb távolságon a Röntgen sugárzás a felére emberi szövetben vagy fémben? 58. Melyik sugárzás abszorpciójának mechanizmusa lehet fotoeffektus, Compton szórás vagy párképzés? 59. Melyik részecske lép ki az atomból nagyobb valószínűséggel a β + β -? 60. Mi a neve a β + β - részecskéknek? 61. Mi les a β + részecskével, ha az atom elektron felhőn megpróbál áthaladni? 62. Az egyik sugárzás energiája 70KeV másiké 140KeV. Melyik lehet a röntgen sugárzás? 63. Mi az a két jelenség amelyik szerepet játszik a sugárzások intenzitásának csökkentésében? 64. Mire jó az ionizációs kamra? 65. Képes-e fajtánként azonosítani a sugárzásokat az ionizációs kamra a Geigertartományban? 66. Melyik sugárzás detektálási mód rögzíti a pályanyomot? 67. Soroljon fel három módszert a radioaktív sugárzás detektálására. 68. Hogyan biztosítják, hogy a röntgen film feketedése a személyi dózismérőben ne függjön a sugárzás fajtájától? 69. Melyik sugárzás detektálási mód sokszorozza a becsapódó részecske effektusát? 70. Milyen ok miatt jelentős a hatása a radioaktív sugárzásnak az elő szervezetre? 71. Melyik radioaktív sugárzás nyelődik el rövid, melyik hosszú úthosszon? 72. Milyen jelenséget használ fel a kémiai dózismérő? 73. Melyik sugárzás használatos képalkotó eljárásokban? 74. Melyik radioaktív sugárzás használatos a sugárterápiában? 75. Az izotópot vagy jelzett vegyületet nevezzük radiogyógyszernek? 76. Mit jelent és mire használatos a Tc generáror? 77. Mit jelentés mire használatos a Co ágyú? 78. Adja meg a radiogyógyszer előállítás három legfontosabb lépését. 79. Hol lehet radioaktív izotópot előállítani? 80. Milyen anyag nem lehet céltárgy az izotópgyártásnál? 81. Az atomreaktor melyik részecskéjét használjuk az izotópgyártásban? 82. Milyen részecskét gyorsíthatunk a ciklotronban? 83. Mi célt szolgálnak a részecskegyorsítók? 84. Mi a ciklotron? 85. Mi a sugárzás mértékegysége? 86. Mi a dózis mértékegysége? 87. Milyen mértékegység az ev, a KeV, MeV? 88. Sorolja fel a szerves vegyületek négy legfontosabb alkotóját. 89. Milyen típusai vannak a szénhidrogéneknek? 90. Rajzolja fel a benzol szerkezeti képletét és írja fel összegképletét. 91. Íja fel az etilalkohol szerkezeti képletét. 92. Rajzoljon fel egy hidrogén híd kötést két vízmolekula segítségével. 6
93. Írja fel az ecetsav szerkezeti képletét. 94. Adja meg a karboxil csoport szerkezeti képletét. 95. Írja fel a szőlőcukor képletét, adja meg szerkezeti képletét. 96. Milyen típusú vegyületek a zsírok, olajok? 97. Miből állnak a fehérjék? 98. Hány természetes aminosavat ismerünk? 99. Adjon meg egy peptid kötést. 100. Miért bonyolult szerkezetű a DNS? 4. Vizsgakérdések, vizsgáztatás módja, minta vizsgalap Az aláírás megszerzésének feltétele az előadások minimum 60%-nak látogatása, az előadás anyát tartalmazó minimumkérdésekből írt zh megfelelt (50%) szintű teljesítése. A vizsga írásban történik. A vizsga a minimumkérdések 70 %-os teljesítésekor kezdhető el. A vizsgázó két feladatlapot kap. A vizsga a feladatlaponkénti 50 %-os teljesítésekor sikeres. Vizsga idő a két lapra 40 perc.. A+B eredménye: 50-60 % elégséges, 60-70 % közepes, 70-80% jó, 80-100% jeles.a vizsgajegy a gyakorlaton szerzett és a vizsgán szerzett jegyek átlaga. Vizsgatételek Magkémia-biokémia tárgyból. 1. Az atom szerkezete, az atommag szerkezete, az atommag kötési energiája, izotópok, az elemek izotóp összetételének meghatározása, az izotópok stabilitása. 2. A természetes és a mesterséges radioaktivitás, maghasadás, magfúzió. 3. A természetes és a mesterséges radioaktivitás, maghasadás, magfúzió. 4. Izotópeffektusok, az izotópok előállítása, az izotópdúsítás módszerei. Az izotópok alkalmazási területei 5. Izotópeffektusok, az izotópok előállítása, az izotópdúsítás módszerei. Az izotópok alkalmazási területei 6. A radioaktív izotópok átalakulása. A sugárzások fajtái, a sugárzások detektálása, kölcsönhatása az anyaggal. 7. Sugárterápiában használt izotópok és radio-gyógyszerek előállítása. 8. Az atom elektronszerkezete és kapcsolata vegyülési tulajdonságával. Vegyületek fajtái keletkezésük főbb törvényszerűségei. 9. A kémiai reakciók fajtái a reakciót kísérő hőeffektus. A kémiai reakciók iránya. A kémiai reakciók sebessége. Katalízis. 10. Kémiai egyensúlyok. Oldódás, disszociáció, sav-bázis egyensúlyok. Pufferek. 11. Halmazok szerkezete, tulajdonságai. Kolloid rendszerek. 12. Az élő szervezet legfontosabb elemei és vegyületeik. A szerves vegyületek főbb csoportjai. 13. Az élővilág építő elemei: aminosavak, peptidek, fehérjék. 14. Az élővilág építő elemei: nukleozidok, nukleotidok, nukleinsavak, szénhidrátok, lipidek 7
Vizsgalap Magkémia-biokémia A 1. Adja meg mitől függ az atommag stabilitása. Ismertesse a nem stabil magok stabilizálódásának módját. Definiálja az izotópot. Mit jelent és hol jut szerephez az izotóp gyakorisága? 20 p 2. Hasonlítsa össze a magreakciót és kémiai reakciót a keletkezett anyagok és az energiák szempontjából. Hol lehet izotópokat előállítani? Hasonlítsa össze a kétféle lehetőséget. Hasonlítsa össze egy elem izotópjainak kémiai, fizikai tulajdonságait. Definiálja az izotópeffektust? 3. Jellemezze a radioaktivitást. Definiálja a felezési időt. Miért fontos a felezési idő ismerete? Hasonlítsa össze két azonos számú radioaktív atomot tartalmazó gyógyszer aktivitását, ha a felezési idejük különböző. Mi az izotópos kormeghatározás lényege? 4. Hasonlítsa össze az alfa, béta, gamma sugárzást. Melyik alkalmas képalkotzásra? alkalmazáshoz? Mi Tc generator? Mi a kobalt ágyú, Mi a pozitron anihilláció. 5. Rajzolja fel az elektromágneses spektrumot és adja meg rajta az egyes sugárzások fajtáit. Miért nem szerepel ezen az alfa és a béta sugárzás? 8
B. 1. Ismertesse a kémiai kötések fajtáit. Rajzoljon fel egy H-híd kötést? Melyik kötésfajtát lehet könnyen felbontani? 2. Hasonlítsa össze a kémiai reakciókat energetikai alapon. Mi a katalízis lényege? Mit jelent a katalizátor irányító hatása? 20 p 3. Adja meg a sav a bázis, só fogalmát. Adja meg a szerves vegyület definícióját. Sorolja fel azokat az elemeket amelyekből a szerves vegyületek felépülnek. Adja meg a szénhidrogének főbb típusait. Írjon fel egy alkoholt egy karbonsavat és egy észtert. 4. Hasonlítsa össze az alkoholokat a fenolokat. Ismertesse a szőlőcukor szerkezetét. 20 p 5. 5. Adja meg milyen funkciós csoportokat tartalmaz az aminosav. Mi a peptid kötés? Hányféle természetes aminosav létezik? Mi a fehérje? Miért létezhet nagy számú fehérje? 20 p 5. Egyéb követelmények 9
6. Ajánlott irodalom: Damjanovics S. Mátyus L.: Orvosi Biofizika, Medicina Kiadó 2. 3. fejezet. Péter M.: Radiológia, Medicina Kiadó Rt. Budapest, 2000. 1.2 fejezet Kontrasztanyagok Takács S.: A nyomelemek nyomában. Medicina Kiadó Rt. Budapest, 2001. Környei J.: A nukleáris medicína fizikai, kémiai alapjai, Kossuth Egyetemi Kiadó.Debrecen (1997) Boross L., Sajgó M.: A biokémia alapjai. Mezőgazda Kiadó, 2003. 2 fejezet. G. R Choppin, J. O. Liljenzin, J. Rydberg: Radiochemistry and Nuclear Chemistry, Butterworths (2002) C. K. Mathews, K. E. van Holde: Biochemistry, The Benjamin Publ. Comp. Inc. New York (1996) Miskolc, 2008. március 14. Dr. Lakatos János Egyetemi docens, előadó Prof. Dr. Lombay Béla Főiskolai tanár, tanszékvezető 10