Нейрохимия - учебное пособие

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ В.Г. БЕЛИНСКОГО

ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Нейрохимия

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 020208-«Биохимия»

Факультет естественно-географический

КАФЕДРА биохимии

Пенза - 2007

1. Квалификационные требования

Квалификация выпускника - биохимик.

Нормативный срок освоения основной образовательной программы подготовки биохимика по специальности 020208 Биохимия при очной форме обучения 5 лет.

Квалификационная характеристика выпускника

Специалист-биохимик осуществляет деятельность по изучению строения и свойств химических соединений, входящих в состав живых организмов, метаболизма и его регуляции. Разрабатывает нормативные документы в своей области деятельности, организует и выполняет экспедиционные работы и лабораторные исследования; анализирует получаемую полевую и лабораторную информацию, обобщает и систематизирует результаты выполненных работ, используя современную вычислительную технику; составляет научно-технические отчеты и другую установленную документацию; следит за соблюдением установленных требований, действующих норм, правил и стандартов в области своей деятельности. Проводит экспериментальные исследования в своей области, формулирует их задачу, участвует в разработке и осуществлении новых методических подходов, обсуждении, оценке и публикации результатов, проводит патентную работу, участвует в работе семинаров и конференций, составлении патентных заявок.

В производственных и медицинских организациях проводит биохимическую аналитическую работу, участвует в диагностике и экспертизе, сертификации продуктов производства.

Исходя из своих квалификационных возможностей, специалист-биохимик подготовлен к самостоятельной работе на должностях биохимика, врача-лаборанта, биолога, лаборанта-исследователя, инженера-исследователя, научного сотрудника в научно-исследовательских и научно-производственных учреждениях, и других должностях, в соответствии с требованиями Квалификационного справочника должностей руководителей, специалистов и других служащих, утвержденных постановлением Минтруда РФ от 21.08.98 № 37.

Специалист-биохимик подготовлен к педагогической деятельности на должности преподавателя в средней школе и учреждениях профессионального образования при условии освоения дополнительной образовательной программы психолого-педагогического профиля.

Область профессиональной деятельности

Исследование строения и физико-химических свойств химических соединений, входящих в состав живых организмов, метаболизма и молекулярных механизмов его регуляции.

Объекты профессиональной деятельности

Вирусы и микроорганизмы, клеточные органеллы и одиночные клетки, многоклеточные организмы (растения и животные).

Виды профессиональной деятельности

· Проведение научных исследований в области биохимии и молекулярной биологии: сбор и подготовка научных материалов, квалифицированная постановка экспериментов, обработка результатов клинических анализов и экспериментальных исследований.

· Научно-производственная и организационная деятельность;

· Педагогическая деятельность (при условии освоения соответствующей образовательно-профессиональной программы педагогического профиля) преподавание в средней и высшей школе, осуществление просветительской деятельности.

· Иные виды деятельности, позволяющие использовать базовую биологическую подготовку и подготовку по специальности 020208 - Биохимия.

2. Цели и задачи дисциплины

Познание механизмов деятельности мозга, в том числе химических, является не только важнейшей биохимической задачей, оно имеет особое значение в общем стремлении человека к пониманию его места и роли на земле и во вселенной. Нервная система, головной мозг высших животных и человека - это наиболее сложноустроенные системы организма. Поэтому нейрохимия - самая сложная из биохимических дисциплин. Студенты, приступающие к изучению нейрохимии, должны быть уже вооружены основательными знаниями по общей биохимии. Это обуславливает целесообразность преподавания нейрохимии на старшем курсе специальности «биохимия».

Курс «нейрохимия» составляет неотъемлемую часть подготовки специалистов-биохимиков.

Цель данного курса - показать особенности строения, химического состава, особенности метаболизма нервной ткани, а также формировать у студентов умения и навыки выделения отделов нервной системы и работы c ее компонентами.

3. Место дисциплины в профессиональной подготовке студентов

Курс «Нейрохимия» является самым сложным биологическим курсом с обширными междисциплинарными связями. Студенты, приступающие к изучению нейрохимии, должны быть уже вооружены основательными знаниями по общей биохимии. Это обуславливает целесообразность преподавания нейрохимии на старшем курсе специальности «биохимия». Дисциплина относится к региональному (вузовскому компоненту).

Распределение времени, отведенного на изучение дисциплины по учебному плану

Тематические планы для очной формы обучения

Содержание дисциплины

1. Липиды

Липиды центральной и периферической нервной системы. Высокое содержание липидов - важная характерная черта мозга. Содержание в ЦНС и ПНС липидов различных классов. Состав липидов различных нервных клеток - нейронов, глиальных клеток (астроциты, олигодендроциты) и миелина. Жирнокислотный состав липидов мозга. Роль ацил-обменного (деацетилирование/реацетилирование) механизма в функциональной активности мембранных липидов, в первую очередь - фосфолипидов. Организация липидов в различных типах мембран мозга. Нейроспецифичные гликолипиды - ганглиозиды, цереброзиды, сульфатиды и их роль. Участие липидов во внутриклеточных сигнальных механизмах.

2. Миелин

Миелин и его роль в нервной системе. Основные стадии формирования и структура миелина. Участие олигодендроцитов и шванновских клеток в образовании миелина в ЦНС и ПНС. Липидный и белковый состав миелина. Особая роль галактолипидов (цереброзидов, сульфатидов) и полифосфоинозитидов в миелине. Жирнокислотный состав миелиновых липидов, роль длинноцепочечных жирных кислот. Белки, входящие в состав миелина (катионный белок миелина, протеолипиды, белок Вольфграма, липофилин и др.) Некоторые заболевания, вызванные нарушением структуры миелина (демиелинизирующие заболевания).

3. Нуклеиновые кислоты и нейроспецифичные белки

Некоторые особенности организации генома в ЦНС. Набор гистонов в хроматине мозга. Высокое отношение РНК/ДНК в мозге, коррелирующее с высокой скоростью трансляции.

Некоторые примеры нейроспецифичных белков и их роль в ЦНС. Са²⁺-связывающие белки (S-100, GP-350). Белки синаптических структур: GAP-43 (B-50), BASP1, синаптобревин, синаптотагмин, рабфилин3а, синтаксин, SNAP-25 и др. Белки, контролирующие состояние цитоскелета, такие как гелзолин, профилин, миозин1; белки, участвующие в аксональном транспорте. Примеры нейроспецифичных ферментов (изоэнзимов).

4. Синаптическая передача

Синаптическая передача - основные положения. Биосинтез нейромедиаторов, запасание в везикулах и выброс в синаптическую щель (экзоцитоз). Роль ионов Са²⁺ в синаптической трансмиссии. Механизмы инактивации высвободившихся нейротрансмиттеров: “обратный захват” в нервные окончания (катехоламины, серотонин); ферментативная деградация (ацетилхолин, моноамины, пептиды); захват и метаболизм в глиальных клетках (глутамат, ГАМК). Основные нейромедиаторные системы.

5. Энергетический метаболизм мозга

Высокий уровень энергетического обмена - специфическая особенность мозга. Глюкоза, как основной энергетический субстрат для мозга. Потребление кислорода и глюкозы разными структурами мозга. Альтернативные энергетические субстраты, которые могут окисляться в мозге при некоторых условиях (кетоновые тела, короткоцепочечные жирные кислоты, аминокислоты, гликоген). Гематоэнцефалический барьер и его роль в транспорте энергетических субстратов в мозг. Важная роль гексокиназы и пируватдегидрогеназного комплекса для энергетического метаболизма мозга. Скорость-лимитирующие этапы гликолиза и цикла трикарбоновых кислот и участие в их контроле отношения АТФ/АДФ. Компартментализация энергетического метаболизма в мозге, нейрональный и глиальный компартменты. Высокая степень зависимости процессов синтеза нейротрансмиттеров от энергетического метаболизма. Методы расчета энергетического потока (energy flux) в мозге.

6. Основные типы рецепторов нейромедиаторов

Общие принципы структуры и функций. Ионотропные рецепторы - образуют ионные каналы, состоящие из нескольких субъединиц (нАх-, NMDA-глутаматные, ГАМК_А-, глициновый и др.рецепторы). Рецепторы данной группы локализованы на поверхности клетки; ответ на связывание агониста чрезвычайно быстрый и, как правило, не требует образования вторичных мессенджеров.

Метаботропные, медленно действующие рецепторы - крупные белковые цепи, имеющие 7 трансмембранных доменов и чаще всего сопряженные с G-белками. Различные внутриклеточные механизмы передачи сигнала. Модуляция аденилатциклазной активности с последующей регуляцией образовавшимся цАМФ активности протеинкиназы А (₂-, -адренорецепторы и др.). Активация фосфолипазы С с последующим изменением гомеостаза ионов Са²⁺ и регуляцией активности протеинкиназы С или активацией фосфолипаз А₂ и D. Другие механизмы внутриклеточного сигналинга. Взаимосвязь разных путей внутриклеточной передачи сигнала.

7. Биохимические аспекты обучения и памяти

Обучение как адаптивные изменения в ответ на воздействия окружающей среды. Нейрохимические корреляты обучения и памяти как компромисс между поведенческими критериями и достижениями в области молекулярной и клеточной биологии. Формирование кратковременной памяти, роль посттрансляционных модификаций структурных элементов синапса. Долговременная память и сопряженные с ней биохимические реакции (синтез белков de novo, передача информации от клеточной мембраны к ядру с помощью аксонального транспорта и др.). Синаптическая пластичность как модельная система при изучении обучения и памяти. Роль ростовых факторов, эндогенных гормонов; важное значение физической активности и стимуляции процессов мышления для мозговых функций и пластичности мозга.

8. Биохимическая картина некоторых нейропатологий

Биохимические аспекты нейродегенеративных (болезнь Альцгеймера, прионные болезни) и аутоиммунных (рассеянный склероз, миастения гравис) болезней. Нейрохимия шизофрении, тревожных и депрессивных состояний, эпилепсии, болезни Паркинсона. Нейрохимические аспекты алкоголизма. Нейрохимические основы наркотической и лекарственной зависимости, молекулярные мишени наркотических веществ. Возможные молекулярные механизмы привыкания; роль системы цАМФ.

Список основной литературы

1. Нейрохимия / Под ред. Ашмарина И.П., Стукалова П.В. - М.: Изд-во Института биомед. химии РАМН, 1996. - 470 с.

2. Успехи функциональной Нейрохимии / Под ред. Дамбиновой С.А., Арутюняна А.В., С-Пб.: Изд-во С.-П. университета, 2003, 516 с.

3. Нейрохимия / Под ред. Прохоровой М.И., Ещенко Н.Д., Л.: Изд-во Лен. ун-та., 1979, 472 с.

4. Соловьев В.Б. Нейрохимия: курс лекций. - Пенза: ПГПУ, 2007, - 150 с.

Список дополнительной литературы

1. Ашмарин И.П., Каменская М.А. Нейропептиды в симпатической передаче // Итоги Н. и Т. (ВИНИТИ. Сер. Физиология человека и животных). - 1988. - 34. - 184 с.

2. Буров Ю.В., Ведерникова К.М. Нейрохимия и фармакология алкоголизма. - М.: Медицина, 1985. - 240 с.

3. Физиология человека / Под ред. Косицкого Г.И. - М.: Медицина, 1985. - 544 с.

4. Эйнштейн Э. Белки мозга и спинномозговой жидкости в норме и патологии - М.: «Мир», 1988, 280 с.

5. Ильюченок Р.Ю. Фармокология поведения и памяти - Н-ск.: «Наука», 1972

6. Кометиани П.А. Нейрохимические аспекты памяти - Тбилиси: «Мецниереба», 1980, 200 с.

Требования к уровню освоения программы

В результате изучения данной дисциплины студент должен:

знать основные принципы функционирования нервной системы.

уметь ориентироваться в современной литературе, в том числе в периодической печати по данным проблемам.

владеть приемами и навыками работы с биологическим материалом - нервной тканью.

Перечень вопросов к экзамену

1. Российское нейрохимическое общество. История развития, школы

2. Холинергическая система. Строение, функционирование

3. Основные биохимические особенности нервной системы

4. Адренергическая система. Строение, функционирование

5. Микроглия: особенности и роль в развитии мозга

6. Дофаминергическая система. Строение, функционирование

7. Биохимические особенности взаимодействия нейронов и нейроглии

9. Серотонинергическая система. Строение, функционирование

10. Особенности нуклеиновых кислот и хроматина в нервной ткани

11. ГАМКергическая и гистаминергическая системы. Строение, функционирование

12. Свободные аминокислоты нервной системы. Содержание, локализация, транспорт и метаболизм

13. Нейромедиаторные системы аминокислот. Строение, функционирование.

14. Неферментные нейроспецифические белки

15. Пуринергические и пептидергические нейромедиаторные системы. Строение, функционирование

16. Нейроспецифические ферменты

17. Концепция синаптической передачи. Морфофункциональная организация химического синапса.

18. Липиды ЦНС. Строение и функции

19. Биохимическая картина алкоголизма. Механизмы влечения к этанолу

20. Миелин и его роль в нервной системе. Основные стадии формирования и структура миелина

21. Химические факторы внутреннего подкрепления при наркоманиях

22. Белки, входящие в состав миелина (катионный белок миелина, протеолипиды, белок Вольфграма, липофилин и др.) Некоторые заболевания, вызванные нарушением структуры миелина (демиелинизирующие заболевания)

23. Классификация наркоманий

Особенности энергетического обмена головного мозга

24. Биохимическая картина страха, фобий, депрессивных состояний

25. Окислительный стресс. Роль свободных радикалов в биохимических процессах нервной системы

26. Нейрохимическая картина шизофрении, судорожных состояний, эпилепсии

27. Нейропептиды. Классификация. Функции. Понятие о функциональном континууме

28. Болезнь Альцгеймера

29. Ферменты биосинтеза нейропептидов

30. Болезнь Паркинсона

31. Концепция нейрологической памяти. Биохимические механизмы МКП и ООП

32. Гематоэнцефалический барьер. Строение, функции

33. Биохимические механизмы пожизненной памяти. Информационная емкость памяти

34. Нейроглия. Виды нейроглии. Строение, функции

35. Проблема переноса памяти. Роль нейромедиаторов и нейропептидов в регуляции памяти

36. Нейрофармакология. Лечение нейропатологий

Сведения о переутверждении программы на очередной учебный год и регистрации изменений

Программу составил:

1. Соловьев В.Б., канд. биол. наук, доцент _________________________

(подпись)

Настоящая программа не может быть воспроизведена ни в какой форме без предварительного письменного разрешения кафедры-разработчика программы.

Программа одобрена на заседании кафедры биохимии

Протокол № от «___» _____________ 200 года

Зав. кафедрой биохимии

д.б.н., профессор Генгин М.Т. ___________________________________

(подпись)

Программа одобрена учебно-методическим советом Естественно-географического факультета

«_____» _____________ 2007 года

Председатель учебно-методического совета

Естественно-географического факультета,

к.т.н., доцент ___________________________ О.В. Зорькина

(подпись)

Программа одобрена учебно-методическим управлением университета

«_____» _____________ 2007 года

Начальник учебно-методического

управления университета ________________________ Г.Н. Шалаева

(подпись)

ЛИСТ РЕГИСТРАЦИИ ИЗМЕНЕНИЙ