Белорусский государственный университет УТВЕРЖДАЮ Декан биологического факультета ________________ В.В. Лысак «29» _июня___________ 2012 г. Регистрационный № УД-532/25/р. Основы нейрохимии Учебная программа (рабочий вариант) для студентов специальности 1-31 01 01 – Биология 1-31 01 01-01-05 направление научно-производственная деятельность специализация Биохимия, 1-31 01 01-02-05 направление научно-педагогическая деятельность специализация Биохимия Факультет биологический (название факультета) Кафедра биохимии (название кафедры) Курс (курсы) 5 Семестр (семестры) Лекции 9 Экзамен 26 (количество часов) 9 (семестр) Практические (семинарские) занятия Зачет ___________________ (семестр) (количество часов) Лабораторные занятия 14 Курсовой проект (работа) ________ (семестр) (количество часов) КСР 4 (количество часов) Всего аудиторных часов по дисциплине 44 (количество часов) Всего часов по дисциплине Форма получения высшего образования дневная 94 (количество часов) Составил(а) Н.М. Орел, к.б.н., доцент (И.О., Фамилия, степень, звание) 2012 г. Учебная программа составлена на основе учебной программы (название типовой учебной «Основы нейрохимии», 01.02.2012 г, регистрационный № 5060/уч. программы (учебной программы (см. разделы 5-7 Порядка)), дата утверждения, регистрационный номер) Рассмотрена и рекомендована к утверждению на заседании кафедры биохимии (название кафедры) 19 июня 2012 г., протокол № 6 (дата, номер протокола) Заведующий кафедрой ________________ (подпись) И.В. Семак (И.О.Фамилия) Одобрена и рекомендована к утверждению учебно-методической комиссией биологического факультета 19 июня 2012 г., протокол № 6. (дата, номер протокола) Председатель ________________ В.Д. Поликсенова (подпись) (И.О.Фамилия) ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Нейрохимия, как оформившаяся самостоятельная нейробиологическая дисциплина, стремительно развивается. К настоящему времени накоплены сведения о метаболических процессах и их регуляции в нервной системе, расширяются исследования биохимических основ памяти, обучения, изучаются биохимические условия нормального функционирования головного мозга и нервной системы в целом. Изучая нейрохимию как интегральную науку, студенты по сути дела знакомятся как с молекулярными основами всех разделов нейробиологии, так и с подходами к решению проблем функциональной биохимии. Предлагаемая дисциплина позволяет приблизиться к решению важнейшей проблемы нейрохимии – пониманию того, как специфический состав, особенности метаболизма, наличие сложных компенсаторных и регуляторных механизмов способны обеспечить основную функцию ЦНС – интеграцию всех биохимических процессов, происходящих в организме, как целостной системе. Для того чтобы эффективно использовать знания, полученные при изучении основ нейрохимии, для решения широкого круга задач, необходима теоретическая и практическая подготовка по биохимии, физиологии человека и животных, знание аспектов физико-химической биологии, биофизики, математики, компьютерных технологий и др. В связи с этим спецкурс предназначен для студентов 5-го курса, специализирующихся по биохимии, уже получивших подготовку по вышеуказанным учебным дисциплинам. При изучении курса большое внимание уделяется биохимической характеристике нервной системы, особенностям состава и метаболизма углеводов, липидов, аминокислот, пептидов, белков. Подробно рассматриваются вопросы биохимической организации, основных свойств и механизмов функционирования синапсов, нейромедиаторов, рецепторов в нервной системе, прикладное значение нейрохимии. Обобщая новейшие сведения по теоретическим и практическим проблемам нейрохимии, опыт и знания в области современных подходов и технологий исследования живых организмов, спецкурс касается сложных для биологов моментов, требующих знакомства с дисциплинами, не входящими в программы биологического факультета. Таким образом, подобный курс может быть рассмотрен как форма сочетания и взаимного дополнения знаний в рамках, предусмотренных классическим фундаментальным университетским биологическим образованием, с современными, динамичными и развивающимися прикладными аспектами на стыке широкого спектра дисциплин. Он призван ознакомить студентов с современными идеями и подходами с целью обеспечения возможностей не только их применения, но и дальнейшего развития новых направлений исследования нервной системы. Цель настоящего курса - формирование у студентов биологов системы представлений о роли нейрохимии, как одного из основных разделов функциональной биохимии, в решении важнейших проблем современной биохимии, физиологии и медицины. Задачи курса: познакомить студентов с предметом, определить место нейрохимии в ряду приоритетных направлений биологических исследований. Развить понимание значения биохимии нервной системы для объяснения процессов, протекающих в организме, видение перспектив практического использования ее достижений. В результате изучения дисциплины обучаемый должен: знать: - методологию биохимических исследований нервной системы; - особенности состава и метаболизма нервной системы; - биохимическую организацию, свойства и механизмы функционирования синапсов, нейромедиаторов, рецепторов; - новейшие достижения в области нейрохимии и перспективы их использования. уметь: - проводить биохимическую оценку состояния метаболических процессов в органах и тканях нервной системы. - использовать нейрохимические знания для решения теоретических и практических проблем функциональной биохимии; Изучение курса проводится по блочно-модульному принципу с выделением десяти основных блоков (модулей). 1. Введение. 2. Особенности состава и метаболизма нервной системы. Углеводный метаболизм в нейронах и нейроглии. 3. Липиды нервной системы. 4. Метаболизм аминокислот в нервной системе. 5. Белки и пептиды нервной системы. 6. Синапсы, нейромедиаторы, рецепторы в нервной системе: биохимическая организация, основные свойства и функции. 7. Холинергические синапсы, особенности их функционирования. 8. Адренэргические синапсы, особенности их функционирования. 9. Трансмиттерные функции ГАМК, глицина, глутаминовой и аспарагиновой кислот. 10. Нейромедиаторные свойства пуринов и пиримидинов, СО, NO, SO32-. Заключение.При чтении лекционного курса необходимо применять наглядные материалы в виде слайдов для графопроектора, мелового рисунка, для демонстрации слайдов, презентаций. Для организации самостоятельной работы студентов по курсу следует использовать современные информационные технологии: разместить в сетевом доступе комплекс учебных и учебно-методических материалов (программа, методические указания к лабораторным занятиям, список рекомендуемой литературы и информационных ресурсов, задания в тестовой форме для самоконтроля и др.). Лабораторные занятия предусматривают освоение методов, позволяющих оценить роль адрено- и холинорецепторов в регуляции углеводно-энергетического метаболизма в нейрвной системе. Эффективность самостоятельной работы студентов целесообразно проверять в ходе текущего и итогового контроля знаний в форме устного опроса, написания и защиты рефератов, тестового компьютерного контроля по темам и разделам курса (модулям). Для общей оценки качества усвоения студентами учебного материала рекомендуется использование рейтинговой системы. Учебный курс рассчитан на 94 часа, из них аудиторных: 26 часов лекций, 14 часов лабораторных занятий и 4 часа контроля самостоятельной работы студентов (КСР). СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА ПРОГРАММЫ 1. Введение. Нейрохимия как наука, связь с другими разделами нейробиологии. Структурно-функциональное взаимодействие нервной системы с физиологическими системами организма. Методические подходы к биохимическим исследованиям нервной системы. Биохимическая характеристика нейронов, нейроглии, гематоэнцефалического барьера. Состав и полифункциональная роль цереброспинальной жидкости. 2. Особенности состава и метаболизма нервной системы. Углеводный метаболизм в нейронах и нейроглии. Филогенетические и онтогенетические особенности интенсивности потребления кислорода и глюкозы структурами мозга. Пул гликогена и глюкозы. Энергетический обмен головного мозга и других отделов нервной системы. Соотношение путей метаболизма. Гликолиз, основные направления обмена ключевых субстратов. Активность гликолитических ферментов и пути ее регуляции. Цикл трикарбоновых кислот: интенсивность, источники метаболитов ЦТК различных отделов нервной системы. Функционирование компонентов дыхательной цепи. Характеристика и роль пентозофосфатного цикла. 3. Липиды нервной системы. Особенности фосфолипидного, гликолипидного состава. Полифункциональная роль цереброзидов, ганглиозидов и холестерина в нервной системе. Нарушения липидного метаболизма мозга. 4. Метаболизм аминокислот в нервной системе. Концентрационный градиент аминокислот в мозгу и способы его поддержания. Транспорт аминокислот, роль глутатиона. Свободный пул аминокислот. Обмен важнейших аминокислот, связь с субстратами гликолиза и ЦТК. Роль компартментализации обмена аминокислот. Нарушения обмена аминокислот в нервной системе и их последствия. Регуляторное значение аммиака в нервной ткани. Контроль уровня аммиака: реакции связывания и освобождения. Альтернативные пути образования мочевины и ее функции. 5. Белки пептиды нервной системы. Методы исследования. Характеристика специфических белков мозга. Нейропептиды: классификация, состав, локализация, неирональная активность основных представителей. Пептиды - эндогенные опиаты. Характеристика опиатных рецепторов. Агонисты и антагонисты опиатных рецепторов. Природа лекарственной зависимости и механизмы привыкания. 6. Синапсы, нейромедиаторы, рецепторы в нервной системе: биохимическая организация, основные свойства и функции. Классификация химических синапсов, механизмы функционирования в центральной и периферической нервной системе. Общие представления о нейромедиаторах и нейромодуляторах. Критерии нейромедиаторов. Характеристика синаптических рецепторов. Критерии, определяющие связывающий центр как рецептор. Уровни исследования рецепторов. Модели рецепторов. Мобильные рецепторы. Ауторецепторы. Способы регуляции синаптической передачи. 7. Холинергические синапсы, особенности их функционирования. Ацетилхолин: пути образования, выделения, взаимодействия с рецепторами, инактивация. Характеристика ацетилхолинэстеразы. Типы рецепторов. Агонисты и антагонисты Н и М холинорецепторов. Представления о механизмах действия нейротоксинов ядов змей, фосфорорганических ядов. 8. Адренэргические синапсы, особенности их функционирования. Пути образования, выделения и деградации адреналина, норадреналина, допамина. Классы адренорецепторов (α, β, D и др.) и их разновидности. Эффекты, осуществляемые через рецепторы. Вторичные мессенджеры, механизмы реализации их действия. Серотонин и серотониновые рецепторы. Метаболизм серотонина. Регуляторная роль серотонина. Токсические вещества, действующие на адренорецепторы. Механизмы действия токсических и наркотических веществ. 9. Трансмиттерные функции ГАМК и глицина. Характеристика ГАМК и глициновых рецепторов. Реализация медиаторного действия. Агонисты и блокаторы рецепторов. 10. Нейромедиаторные свойства глутаминовой и аспарагиновой кислот. Типы глутаминовых рецепторов. Антагонисты глутамата. NO: механизмы образования, регуляторные функции. Нейромедиаторные свойства аденозина. Регуляция аденозином трансметилазной и аденилатциклазной систем. Характеристика аденозиновых рецепторов. Эффекты аденозина на нервную систему. Нейромедиаторные свойства СО, NO, SO32-. Прикладные аспекты нейрохимии. 11. Применение компьютерных технологий в нейрохимии. Использование ресурсов Internet, Компьютерные базы данных. Заключение. № п/п Количество часов Наименование разделов и тем 1. 2. Введение. Особенности состава и метаболизма нервной системы. Углеводный метаболизм в нейронах и нейроглии. Аудиторные Лекции Лабораторные занятия 2 4 КСР Самост. работа 2 4 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 10. Липиды нервной системы. Метаболизм аминокислот в нервной системе. Белки и пептиды нервной системы. Синапсы, нейромедиаторы, рецепторы в нервной системе: биохимическая организация, основные свойства и функции. Холинергические синапсы, особенности их функционирования. Адренэргические синапсы, особенности их функционирования. Трансмиттерные функции ГАМК, глицина. Нейромедиаторные свойства глутаминовой и аспарагиновой кислот. Применение компьютерных технологий в нейрохимии. ИТОГО: 2 4 2 6 2 4 2 12 4 2 6 6 4 8 6 2 4 1 2 1 2 26 14 4 50 1 1. 2. 2 Введение. Нейрохимия как наука, связь с другими разделами нейробиологии. Структурно-функциональное взаимодействие нервной системы с физиологическими системами организма. Методические подходы к биохимическим исследованиям нервной системы. Биохимическая характеристика нейронов, нейроглии, гематоэнцефалического барьера. Состав и полифункциональная роль цереброспинальной жидкости. Особенности состава и метаболизма нервной системы. Углеводный метаболизм в нейронах и нейроглии. Филогенетические и онтогенетические особенности интенсивности потребления кислорода и глюкозы структурами мозга. Пул гликогена и глюкозы. Энергетический обмен головного мозга и других отделов нервной системы. 3 2 4 4 5 6 2 4 Литература управляемая самостоятельн ая работа студента Материальное обеспечение занятия (наглядные, методические пособия и др.) практические (семинарские) занятия лабораторные занятия Название раздела, темы, занятия; перечень изучаемых вопросов лекционные Номер раздела, темы, занятия Количество аудиторных часов 7 8 Слайды для графопроектор а, доска, мел ЛО 1,2,4,5 ЛД 1,6,8,9 Слайды для графопроектор а, Поясняющие рисунки на доске. ЛО 1,2,4,5 ЛД 1,6, 12,13 Формы контроля знаний УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ КАРТА 9 3. 4. Соотношение путей метаболизма. Гликолиз, основные направления обмена ключевых субстратов. Активность гликолитических ферментов и пути ее регуляции. Цикл трикарбоновых кислот: интенсивность, источники метаболитов ЦТК различных отделов нервной системы. Функционирование компонентов дыхательной цепи. Характеристика и роль пентозофосфатного цикла. Липиды нервной системы. Особенности фосфолипидного, гликолипидного состава. Полифункциональная роль цереброзидов, ганглиозидов и холестерина в нервной системе. Нарушения липидного метаболизма мозга. Метаболизм аминокислот в нервной системе. Концентрационный градиент аминокислот в мозгу и способы его поддержания. Транспорт аминокислот, роль глутатиона. Свободный пул аминокислот. Обмен важнейших аминокислот, связь с субстратами гликолиза и ЦТК. Роль компартментализации обмена аминокислот. Нарушения обмена аминокислот в нервной системе и их последствия. Регуляторное значение аммиака в нервной ткани. Контроль 2 2 4 6 Слайды для графопроектор а. Поясняющие рисунки на доске ЛО 1,2,4,5 ЛД 1,6, 12,13 Слайды для графопроектор а.Поясняющие рисунки на доске ЛО 1,2,4,5 ЛД 1,6, 8,12,13 5. 6. уровня аммиака: реакции связывания и освобождения. Альтернативные пути образования мочевины и ее функции. Белки и пептиды нервной системы. Методы исследования. Характеристика специфических белков мозга. Нейропептиды: классификация, состав, локализация, неирональная активность основных представителей. Пептиды – эндогенные опиаты. Характеристика опиатных рецепторов. Агонисты и антагонисты опиатных рецепторов. Природа лекарственной зависимости и механизмы привыкания. Синапсы, нейромедиаторы, рецепторы в нервной системе: биохимическая организация, основные свойства и функции. Классификация химических синапсов, механизмы функционирования в центральной и периферической нервной системе. Общие представления о нейромедиаторах и нейромодуляторах. Критерии нейромедиаторов. Характеристика синаптических рецепторов. Критерии, определяющие связывающий центр как рецептор. Уровни исследования рецепторов. Модели рецепторов. Мобильные рецепторы. Ауторецепторы. Способы регуляции синаптической передачи. 4 12 2 4 Слайды для графопроектор а ЛО 1,2,4,5 ЛД 1,6,7, 12,13 ЛО 1,2,3 ЛД 2,3,7,8,9 , 12,13 КСР Тест. Задание. Реферативная работа 7. 8. 9. 10 Холинергические синапсы, особенности их функционирования. Ацетилхолин: пути образования, выделения, взаимодействия с рецепторами, инактивация. Характеристика ацетилхолинэстеразы. Типы рецепторов. Агонисты и антагонисты Н и М холинорецепторов. Представления о механизмах действия нейротоксинов ядов змей, фосфорорганических ядов. Адренэргические синапсы, особенности их функционирования. Пути образования, выделения и деградации адреналина, норадреналина, допамина. Классы адренорецепторов (α, β, D и др.) и их разновидности. Эффекты, осуществляемые через рецепторы. Вторичные мессенджеры, механизмы реализации их действия. Серотонин и серотониновые рецепторы. Метаболизм серотонина. Регуляторная роль серотонина. Токсические вещества, действующие на адренорецепторы. Механизмы действия токсических и наркотических веществ. Трансмиттерные функции ГАМК и глицина. Характеристика ГАМК и глициновых рецепторов. Реализация медиаторного действия. Агонисты и блокаторы рецепторов. Нейромедиаторные свойства 2 6 6 ЛО 1,2,3 ЛД 2,7,8,9, 12,13 Отчеты по лабораторным работам 4 8 6 ЛО 1,2,3 ЛД 2,3,7,8,9 , 12,13 Отчеты по лабораторным работам 2 4 ЛО 1,2,3 ЛД 7,8,9, 10,12,13 1 2 ЛО . 11 . глутаминовой и аспарагиновой кислот. Типы глутаминовых рецепторов. Антагонисты глутамата. NO: механизмы образования, регуляторные функции. Нейромедиаторные свойства аденозина. Регуляция аденозином трансметилазной и аденилатциклазной систем. Характеристика аденозиновых рецепторов. Эффекты аденозина на нервную систему. Нейромедиаторные свойства СО, NO, SO32-. Применение компьютерных технологий в нейрохимии. Использование ресурсов Internet, Компьютерные базы данных. Заключение. 1,2,3 ЛД 7,8,9, 10,11,13 1 2 ЛО 1.2.3 ЛД 7,8,9, 10,11,13 ИНФОРМАЦИОННАЯ ЧАСТЬ Основная и дополнительная литература №№ п/п 1. 2. 3. Год издания Список литературы Основная (ЛО) 1Болдырев А.А. Нейрохимия: учебное пособие для вузов /А.А. Болдырев, Н.Д. Ещенко, В.А. Илюха, Е.И. Кяйвяряйнен/ Изд. Дрофа. Нейрохимия: Учебник для биологических и медицинских вузов/ Под ред.акад. РАМН И.П.Ашмарина и проф. П.В. Стукалова/. М:Изд.Ин-та биомедицинской химии РАМН. Хухо Ф. Нейрохимия. Основы и принципы./ Ф. Хухо. – М.:Мир. 2010 1996 1990 4. Сидоров А.В. Физиология межклеточной коммуникации: учебное пособие / А.В. Сидоров // Минск: БГУ. 2008 5. Нейрохимия. Избранные разделы /Учебное пособие. Под ред. проф. М.И.Прохоровой. – Л.: Из-во Ленинградского ун-та. Эмирбеков Э.З. Функциональная нейрохимия: учебное пособие / Э.З. Эмирбеков // Махачкала. 1979 7. Шеперт 1977 1. Дополнительная (ЛД) Пушкарев Ю.П. Химическая карта мозга./ Ю.П. Пушкарев // Ленинградского ун-та. 6. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 1979 Л.: Из-во 1989 Федоров Н.А. Циклические нуклеотиды и их аналоги в медицине./ Н.А. Федоров, М.Г. Радуловацкий, Г.Е. Чехович // М.: Медицина. Северин Е.С. Роль фосфорилирования в регуляции клеточной активности./ Е.С. Северин, М.Н. Кочеткова.// М.: Наука. Введение в патологическую и клиническую биохимию / Под общей ред. В.П. Комова. – Л.: Ленинградский химико-фармацевтический ин-т. Реутов А.П. Циклические превращения оксида азота в организме млекопитающих./ А.П. Реутов, Е.Г. Сорокина, В.Е. Щхотин, Н.С. Косицын // М.: Наука. Вартанян Г.А. Проблема химической асимметрии мозга //Физиология человека./ Г.А. Вартанян, Б.И. Клементьев // – Т.14 – 2 – с.297-313. Свободный доступ в крупнейшую базу научных данных в области биомедицинских наук Medline, включая функциональную биохимию www.ncbi.nlm.nih.gov/PubMed. Биохимическая классификация и номенклатура. Свободный доступ на сайте Международного союза биохимии и молекулярной биологии www.chem.qmul.ac.uk/iubmb Лучшие обзорные статьи по биохимии в журнале “Annual Review of Biochemistry” можно найти на сайте www.ncbi.nlm.nih.gov/PubMed. Официальный сайт Федерации европейских биохимических обществ www.febs.org Научные издания в области функциональной биохимии - www.chemport.org Обзорные и экспериментальные статьи в журнале “Нейрохимия” можно найти по ссылке на сайте практической физиологии. Разнообразную полезную информацию по биохимии мембран можно найти 1990 1985 1989 1997 1988 по адресам Московского государственного университета (включая доступ в библиотеку) www.msu.su. ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ (14 часов) 1. Исследование регуляторного влияния холинолитиков и холиномиметиков на активность ферментов углеводного и аминокислотного обмена в головном мозге крыс. 6 ч. 2. Исследование регуляторного влияния адренолитиков на активность ферментов углеводного и аминокислотного метаболизма в различных отделах центральной нервной системы крыс. 4 ч. 3. Исследование регуляторного влияния адреномиметиков на активность ферментов углеводного и аминокислотного метаболизма в различных отделах центральной нервной системы крыс. 4 ч. КОНТРОЛЬ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ (темы) 1. Белки и пептиды нервной системы. СТРУКТУРА РЕЙТИНГОВОЙ ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ ИТОГОВАЯ ОЦЕНКА: Определяется по формуле (минимум 4, максимум 10 баллов): Итоговая оценка = А х 0,4 + Б х 0,6 где А – средний балл по лабораторным занятиям и КСР, Б – экзаменационный балл Итоговая оценка выставляется только в случае успешной сдачи экзамена (4 балла и выше) ПРОТОКОЛ СОГЛАСОВАНИЯ УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЫ ПО ИЗУЧАЕМОЙ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ С ДРУГИМИ ДИСЦИПЛИНАМИ СПЕЦИАЛЬНОСТИ Название дисциплины, с которой требуется согласование Название кафедры Предложения об изменениях в содержании учебной программы по изучаемой учебной дисциплине Решение, принятое кафедрой, разработавшей учебную программу (с указанием даты и номера протокола)1 1. ДОПОЛНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ К УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЕ ПО ИЗУЧАЕМОЙ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ на _____/_____ учебный год №№ пп Дополнения и изменения Основание Учебная программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры (протокол № ____ от ________ 20__ г.) Заведующий кафедрой _____________________ _______________ __________________ (степень, звание) (подпись) (И.О.Фамилия) УТВЕРЖДАЮ Декан факультета _____________________ _______________ __________________ (степень, звание) (подпись) (И.О.Фамилия) При наличии предложений об изменениях в содержании учебной программы по изучаемой учебной дисциплине 1