Молекулярная нейрофизиология

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

«УТВЕРЖДАЮ»:

Проректор по учебной работе

_____________________//

«______» _____________ 2011г.

МОЛЕКУЛЯРНАЯ НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ

Учебно-методический комплекс. Рабочая программа

для студентов 020400.68 направление Биология. Магистерская программа «Экология человека»

«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:

Автор (ы) работы __________________//

«______»___________2011г.

Рассмотрено на заседании кафедры анатомии и физиологии человека и животных (12 апреля 2011г. протокол №9) Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.

«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:

Объем 12 стр.

Зав. кафедрой __________________/ С/

«_____»___________ 2011 г.

Рассмотрено на заседании УМК ИМЕНИТ, отделение биология (30 мая 2011г. протокол №2).

Соответствует ФГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.

«СОГЛАСОВАНО»:

Председатель УМК __________________//

«______»_____________2011 г.

«СОГЛАСОВАНО»:

Зав. методическим отделом УМУ_____________//

«______»_____________2011 г.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Биологический факультет

Кафедра анатомии и физиологии человека и животных

МОЛЕКУЛЯРНАЯ НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ

Учебно-методический комплекс. Рабочая программа

для студентов 020400.68 направления «Биология». Магистерская программа «Экология человека», форма обучения – очная

Тюменский государственный университет

2011

. Молекулярная нейрофизиолгия. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов 020400.68 направления «Биология», магистерская программа «Экология человека»; форма обучения - очная. Тюмень, 2011, ___ стр.

Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки.

Рабочая программа дисциплины (модуля) опубликована на сайте ТюмГУ: Молекулярная нейрофизиология [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www. *****., свободный.

Рекомендовано к изданию кафедрой анатомии и физиологии человека и животных.

Утверждено проректором по учебной работе Тюменского государственного университета.

ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР:

© Тюменский государственный университет, 2011.

© , 2011.

Учебно-методический комплекс. Рабочая программа включает следующие разделы:

1.  Пояснительная записка, которая содержит:

1.1.  Цели и задачи дисциплины (модуля)

Формирование у студентов представления об особенностях метаболических процессов клеток нервной ткани характерных для других соматических клеток целостного организма. Освещение специфических метаболических процессов нервной ткани.

Задачи: изучить структуру и свойства основных классов нейроспецифических биологических макромолекул и их составляющих, обсудить основы энергетического метаболизма нейронов и глиальных клеток, ввести понятие о компартментализации метаболизма нервной системы, осветить основные энергозависимые процессы и их роль в реализации специфических функций нервной системы.

1.2.  Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата

Цикл М2, дисциплины по выбору.

Содержание дисциплины: Особенности нервной системы, геном нервных клеток и их пролиферация, метаболизм аминокислот в нервной системе, компартментализация метаболизма, белки и нервной системы, липиды нервной системы, энергетический обмен в нервной ткани, структура синапса и передача нервного импульса, характеристика основных медиаторных систем, электрические процессы в нейронах, транспорт ионов, нейрохимические основы памяти, нарушения функций ЦНС.

Содержание данной дисциплины необходимо для освоения следующих дисциплин – цитологии, генетики, теории эволюции, зоологии, биофизики, дисциплин специализации.

В качестве предпосылочных знаний для освоения данной дисциплины необходимы: основы органической и неорганической химии, основы общей физики, зоологии, анатомии и физиологии человека и животных.

1.3.  Требования к результатам освоения дисциплины:

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций: ПК-10 (глубоко понимает и творчески использует в научной и производственно-технологической деятельности знания фундаментальных и прикладных разделов специальных дисциплин магистерской программы), ПК-11(умеет планировать и реализовывать профессиональные мероприятия (в соответствии с целями магистерской программы)), ПК-12 (применяет методические основы проектирования и выполнения полевых и лабораторных биологических и экологических исследований с использованием современной аппаратуры и вычислительных комплексов (в соответствии с целями магистерской программы), генерирует новые идеи и методические решения), ПК-13 (самостоятельно использует современные компьютерные технологии для решения научно-исследовательских и производственно-технологических задач профессиональной деятельности, для сбора и анализа биологической информации).

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

·  Знать:

Особенности функционирования генома клеток нервной системы;

особенности построения и функционирования биологических макромолекул играющих важную роль в функциональной активности нервной системы;

основные этапы энергетического метаболизма нейронов и глиальных клеток;

основные структурно-биохимические особенности метаболизма нервной системы связанные с реализацией ее специфических функций;

нейрохимические основы памяти;

молекулярные механизмы хорошо исследованных нарушений функций ЦНС.

·  Уметь:

Проводить анализ научной литературы

Приобретать новые знания, используя информационные технологии;

Приводить аргументы и факты

·  Владеть:

Навыками подготовки и использования презентационного материала;

Навыками научной дискуссии

2.  Структура и трудоемкость дисциплины.

Семестр 1. Форма промежуточной аттестации - зачет. Общая трудоемкость дисциплины составляет 1 зачетную единицу или 36 часов.*

3.  Тематический план.

Таблица 1
Тематический план
№	Тема	Недели сем.	Виды учебной работы и самостоятельная работа, в час.	Итого часов по теме	Из них в интерактивной форме	Формы контроля
Лекции*	Семинарск. (практич) зан.*	Лабор занятия*	Самост. работа*
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	Особенности нервной системы.	1,2		2		4	6		семинар
2	Геном нервных клеток и их пролиферация.	3,4		2		4	6	1	тест
3	Метаболизм аминокислот в нервной системе. Компартментализация метаболизма.	5,6		2		4	6	1	семинар, тест
4	Белки и нервной системы.	7,8		2		4	6	1	доклад, тест
5	Липиды нервной системы.	9,10		2		4	6	1	семинар, тест
6	Энергетический обмен в нервной ткани.	11,12		2		4	6	1	семинар, тест
7	Всего			12		24	36	5
Итого			12		24	36	5	зачет
Итого часов в интерактивной форме							5

Таблица 2
Планирование самостоятельной работы студентов
№	Темы	Виды СРС	Неделя сем.	Объем часов
Обязательные	Дополнительные
1	Особенности нервной системы.	Подготовка к промежуточному тестированию по теме, подготовка к семинару, подготовка презентационного материала.	Самостоятельное изучение материала с использованием основной литературы	1,2	4
2	Геном нервных клеток и их пролиферация.	Подготовка к промежуточному тестированию по теме, подготовка к семинару, подготовка презентационного материала.	Самостоятельное изучение матриала с использованием основной литературы	3,4	4
3	Метаболизм аминокислот в нервной системе. Компартментализация метаболизма.	Подготовка к промежуточному тестированию по теме, подготовка к семинару, подготовка презентационного материала.	Самостоятельное изучение матриала с использованием основной литературы	5,6	4
4	Белки и нервной системы.	Подготовка к промежуточному тестированию по теме, подготовка к семинару, подготовка презентационного материала.	Самостоятельное изучение матриала с использованием основной литературы	7,8	4
5	Липиды нервной системы.	Подготовка к промежуточному тестированию по теме, подготовка к семинару, подготовка презентационного материала.	Самостоятельное изучение матриала с использованием основной литературы	9,10	4
6	Энергетический обмен в нервной ткани.	Подготовка к промежуточному тестированию по теме, подготовка к семинару, подготовка презентационного материала.	Самостоятельное изучение матриала с использованием основной литературы	11,12	4
	ИТОГО	24

4.  Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

№ п/п	Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин	Темы дисциплины необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1	2	3	4	5	6
1	Физиология экстремальных состояний	*					*
2	Физиологические регуляции; координация и адаптация физиологических функций к различным условиям внешней среды	*					*
3	Системная физиология	*	*	*	*	*	*

5.  Содержание дисциплины.

Тема 1. Особенности нервной системы. Нейрон структурно-функциональная единица нервной системы. Синапсы специфические межклеточные контакты нервной системы. Мембрана нейронов и глиальных клеток. Транспортные системы нейронов. Геном нейронов. Липиды нервной системы. Энергетический метаболизм. Свободные аминокислоты. Компартментализация метаболизма в нервной ткани. Регуляторные пептиды мозга. Гематоэнцефалический барьер и обособленность головного мозга.

Тема 2. Геном нервных клеток и их пролиферация. Особенности нуклеиновых кислот и хроматина нервной ткани. Пролиферация нервных клеток. Репарация ДНК в нейронах. Активность различных типов ДНК полимераз. Структура хроматина нейронов. РНК мозга, маркерные последовательности. Специфическая экспрессия генов. Альтернативный процессинг и сплайсинг.

Тема 3. Метаболизм аминокислот в нервной системе. Компартментализация метаболизма. Свободные аминокислоты нервной системы. Содержание, локализация и транспорт аминокислот. Патологии обмена аминокислот. Глутамат и аспартат – связь с циклом трикарбоновых кислот. N-ацетиласпарагиновая кислота. γ-аминомасляная кислота. обмен глицина. Серусодержащие аминокислоты (метионин, цистатионин, таурин). Метаболизм ароматических аминокислот (триптофан, фенилаланин, гистидин). Основные аминокислоты (лизин, аргинин). Компартментализация метаболизма на примере ГАМК, глутамина и глутаминовой кислоты. Понятие малого и большого компартментов. Эффект Вэлша.

Тема 4. Белки нервной системы. Са-связывающие белки НС. Сократительные и цитоскелетные белки. Белки миелина. Нейроспецифические белки и их участие в реализации специфических функций НС. Ферменты.

Тема 5. Липиды нервной системы. Общая характеристика липидов нервной системы. Ацилобменный механизм. Участие липидов в передаче в клетку сигнала. Миелин. Липиды внешней зоны мембран клеток мозга. Специфические липиды экстраклеточного матрикса мембран. Передача информации через мембраны. Ганглиозиды и дифференциация клеток. Межклеточное гликозилирование ганглиозидов. Электрогенность ганглиозидов и её модификация. Иммунологические свойства ганглиозидов.

Тема 6. Энергетический обмен в нервной ткани. Потребление кислорода и глюкозы нервной тканью. Аэробное окисление и механизмы его регуляции. Гексокиназная реакция. Фосфофруктокиназная реакция. Цикл трикарбоновых кислот и его скорость в мозге. Источники ацетил-КоА. Цитрасинтетазная реакция. Изоцитратдегидрогеназные реакции. Этапы окисления дикарбоновых кислот. Компоненты дыхательной цепи. Фонд макроергических соединений нервной ткани. Энергообеспечение специфических функций нервной ткани.

6.  Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины (модуля).

Таблица 3
Осуществляемые студентами виды самостоятельных работ при изучении дисциплины и контроль за их выполнением
№ п/п	Вид самостоятельной работы	Деятельность студентов в ходе выполнения данного вида самостоятельной работы	Способ оценки
1	Подготовка к промежуточному тестированию по теме.	По основным темам дисциплины предполагается проводить промежуточное тестирование, к которому студенты готовятся самостоятельно с использованием основной и дополнительной литературы а также конспектов лекций. Примеры тестовых заданий приведены далее в рабочей программе	тест
2	Самостоятельное изцчение матерала с использованием основной и доплнительной литературы	Предполагается что по мере освоения материала студенты дополнительно самостоятельно прорабатывают рекомендованные разделы основной и дополнительной литературы в т. ч. научной периодической печати.	Тест, ответ на семинаре
3	Подготовка к семинару по теме	Основная форма контроля теоретических знаний студентов по определенным темам дисциплины представленным в разделе тематическое планирование. Студенты самостоятельно готовятся к семинару с использованием материалов лекций, основной и дополнительной литературы.	ответ на семинаре
4	Подготовка электронных слайдов для семинара	Студенты самостоятельно в ходе подготовки к семинару готовят при помощи соответствующего программного обеспечения слайды для более полного освещения вопросов семинара.	ответ на семинаре
5	Подготовка доклада	При подготовке к семинару студенты получают общий список вопросов по теме используя который осуществляют подготовку. Помимо этого по студентам предлагается представить доклады по более широкому кругу вопросов касающихся семинара. По этим вопросам студенты самостоятельно готовят доклад.	подготовка доклада

Экзаменационные вопросы по дисциплине «Молекулярная нейрофизилогия»

1.  Морфофункциональные и биохимические особенности нервной системы в сравнении с другими органами и системами организма.

2.  Особенности нуклеиновых кислот и хроматина нервной ткани.

3.  Репарация ДНК в нейронах.

4.  Структура хроматина нейронов.

5.  РНК мозга, маркерные последовательности. Специфическая экспрессия генов в нейронах.

6.  Альтернативный процессинг и сплайсинг в нейронах.

7.  Свободные аминокислоты нервной системы.

8.  Содержание, локализация и транспорт аминокислот в нервной системе.

9.  Метаболизм глутамата и аспарата в нервной системе.

10.  N-ацетиласпарагиновая и γ-аминомасляная кислоты их роль в обеспечении функциональной активности нервной системы.

11.  Обмен глицина в нервной системе.

12.  Роль серусодержащие аминокислот (метионин, цистатионин, таурин) в функционировании нервной системы.

13.  Метаболизм основных аминокислот (лизин, аргинин) в нервной системе.

14.  Компартментализация метаболизма на примере обмена ГАМК, глутамина и глутаминовой кислоты в нервной системе. Понятие малого и большого компартментов.

15.  Общая характеристика липидов нервной системы.

16.  Передача информации через мембраны. Участие липидов в передаче в клетку сигнала.

17.  Липиды внешней зоны мембран клеток мозга.

18.  Ганглиозиды специфические липиды нервных клеток.

19.  Потребление кислорода и глюкозы нервной тканью.

20.  Общая характеристика энергетического метаболизма нервной ткани.

21.  Аэробное окисление и механизмы его регуляции. Гексокиназная реакция.

22.  Аэробное окисление и механизмы его регуляции. Фосфофруктокиназная реакция.

23.  Цикл трикарбоновых кислот и его скорость в мозге.

24.  Источники ацетил-КоА для цикла трикарбоновых кислот в мозге.

25.  Цитрасинтетазная и изоцитратдегидрогеназные реакции в мозге. Этапы окисления дикарбоновых кислот.

26.  Компоненты дыхательной цепи и фонд макроергических соединений нервной ткани.

Примеры тестовых вопросов и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины:

1.какая форма ДНК-полимеразы наиболее активна в нейронах высших животных:

а) α,

б) β*,

в) γ,

г) δ.

2. Деятельность ДНК-полимеразы дифференцированных нейронов направлена в основном на:

а) репаративный синтез*,

б) репликацию,

в) синтез новых последовательностей,

г) амплификацию генов.

3. Основной морфофункциональной единицей нервной системы является:

а) нейрон*,

б) глиальная клетка,

в) синапс,

г) метаболический компартмент.

4. В нейронах до 95% поступающей глюкозы:

а) окисляется с целью получения энергии*,

б) преобразуется в глутамат и его производные для выполнения специфических функций нервной ткани,

в) преобразуется в жирные кислоты,

г) используется для биосинтеза гликогена.

5. Наибольшую роль в утилизации аммиака в нейронах грает аминокислота:

а) глутаминовая*,

б) глутамин,

в) аспарагиновая,

г) орнитин.

7.  Образовательные технологии.

При реализации различных видов учебной работы в ходе освоения дисциплины используются следующие виды образовательных технологий:

- мультимедийные средства обучения;

- специализированные программы;

- исследовательские методы;

Таблица 4
Виды образовательных технологий применяемых при осуществлении различных форм учебной работы в ходе освоения дисциплины
№ п/п	Вид образовательных технологий	Вид учебной работы в ходе которых используется данная технология	Краткое описание использования образовательных технологий
1	Мультимедийные средства обучения	Семинарские занятия, самостоятельная работа	Вовремя семинаров студентам демонстрируются анимированные слайды, видео ролики для более полного освещения материала. В ходе самостоятельной подготовки к семинарским занятиям студенты разрабатывают с помощью ПО - "МО PowerPoint" слайды для более полного освещения излагаемого материала.
2	Специализированные программы	Семинарские занятия, самостоятельная работа	Используется программы пакета Microsoft Office ("МО PowerPoint, Windows Media Player, Internet Explorer"), указанное ПО также используют студенты в ходе самостоятельной работы. В ходе проведения лабораторных работ проводится измерение оптической плотности на спектрофотометре Shimadzu UV 2401 PC оборудованного управляющей станцией в виде ПК с программным обеспечением UVProbe ver.2.21
3	Исследовательские методы	Семинарские занятия	В ходе подготовки докладов по тематикам семинарских занятий студенты самостоятельно прорабатывают специальную литературу. Особое внимание уделяется привлечению в качестве источников статей периодической научной печати. В ходе этого процесса вырабатывается важный навык научно-исследовательской деятельности.

8.  Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля).

8.1. Основная литература:

1. Дж. Г. Николс, , Б. Дж. Валлас, От нейрона к мозгу / М.: Едиториал УРСС, 200с.

2. Ашмарин мозга// М.: Изд-во Института Биомедицинской Химии РАМН. 19с.

3. Ашмарин // М.: Изд-во Института Биомедицинской Химии РАМН. 19с.

4. , Молекулярные механизмы действия гормонов. II. Киназные системы. Системы с внутриклеточными рецепторами. Трансактивация СТС. (Обзор) / Биохимия. – т.70. – вып– С.476-492.

5. , , Влияние антител против белка S100B на синаптическую передачу и долговременную потенциацию нейронов области СА1 гиппокампа крысы / Бюл. эксп. биол. и мед. – т.133 - №2 – 2002 – С.132-135.

8.2. Дополнительная литература:

1. , , Про - и антиапоптотические дозы белка S100B оказывают разнонаправленное влияние на оборонителное поведение у взрослых крыс / Бюл. эксп. биол. и мед. – т.136 - №12 – 2003 – С.616-620.

2. , структурные и цитохимические особенности базальных мембран в зоне формирования гемато-энцефалиского барьера в пренатальном онтогенезе человека// Журнал эвол. биох и физиол. т.40 - №4 – 2004 – С.365-369.

3. Бокша нейронов и глиальных клеток через метаболизм глутамата в мозге здоровых людей и больных психическими заболеваниями// Биохимия. – т.69. – вып– С.869-886.

4. , , Механизмы нейропротекторного действия витамина Д3// Биохимия. – т.69. – вып– С.907-911.

5. Шпаков βγ-димеров ГТФ-связывающих белков в процессах передачи гормонального сигнала// Журнал эвол. биох и физиол. т.38 - №6 – 2002 – С.512-529

8.3. Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:

1. www.

2. www. *****

3. UVProbe ver.2.21 (Shimadzu)

________________________________________________________________________

9.  Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля).

Учебный процесс по дисциплине «Основные пути биосинтеза биологических макромолекул» проходит в аудитории № 000 ИМЕНИТ (отделение – «Биология»), Тюменского государственного университета. Аудитория оснащена мультимедийным комплексом позволяющим воспроизводить слайды, видеоролики и др.