Программа по молекулярной физиологии

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА АНАТОМИИ, ФИЗИОЛОГИИ И ВАЛЕОЛОГИИ
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА КУРСА
ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИОЛОГИИ
для специализации 032406 – «Физиология»
при специальности
032400 – «Биология»
Разработана:
доктором биологических
наук, профессором
каф. анатомии,
физиологии и
валеологии НГПУ
Айзманом Р. И.
«Согласовано»:
зав. кафедрой
анатомии, физиологии
и валеологии НГПУ
профессор Айзман Р.И.
____ ______________ 2001 г.
НОВОСИБИРСК 2001
2
СОДЕРЖАНИЕ
Пояснительная записка
Тематический план курса «Основы молекулярной физиологии»
ТЕМА 1 Предмет «Молекулярная физиология», цели, задачи курса.
ТЕМА 2. Строение и функции клеточных мембран.
ТЕМА 3. Функциональное значение различных органоидов клетки.
ТЕМА 4. Структура и функции белков. Трансмембранные белки и их
роль в транспортных процессах.
ТЕМА 5. Систематика ферментов. Роль ферментов во внутриклеточных
процессах.
ТЕМА 6. Структура и функции гормонов. Мезанизм действия гормонов
на клетки.
ТЕМА 7. Молекулярные механизмы синаптического проведения
ТЕМА 8. Функции фибриллярных белков.
Контрольные вопросы
Литература
3
4–6
4
4
4
5
5
5
5
6
6
8
3
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
В настоящее время большое внимание в физиологии уделяется не только
описанию физиологических процессов и механизмов их регуляции, но и изучению молекулярных основ их осуществления. Такой подход позволяет не
только глубже изучить физиологические механизмы жизнедеятельности в
норме и при некоторых нарушениях, но и разрабатывать стратегию коррекции на молекулярно-генетическом уровне. Однако, к сожалению, специального курса и учебников по предмету «Молекулярная физиология» до настоящего времени нет. Предмет «Молекулярная биология» направле, главным
образом, на изучение генетических и белковых основ жизни, и совсем не касается вопросов анализа физиологических процессов на молекулярном
уровне.
Целью настоящего курса является развитие представлений студентов о
молекулярных механизмах проявления и регуляции физиологических процессов.
Задачи курса:
– представить современные данные о молекулярном уровне физиологических процессов;
– сформировать базовые понятия данного курса: связь между структурой
и функциями белков, ферментов, гормонов и клеточных посредников (мессенджеров);
– ознакомить студентов с методами исследования в молекулярной физиологии;
- показать значение молекулярной физиологии в познании болезней человека, их профилактике и лечении;
- расширить общебиологическое мировоззрение будущих учителей.
4
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН КУРСА
«ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИОЛОГИИ»
(Аудиторные занятия)
№
Название темы
1
Предмет «Молекулярная физиология», цели,
задачи курса.
Строение и функции клеточных мембран
Функциональное значение различных органоидов клетки.
Структура и функции белков. Трансмембранные белки и их роль в транспортных процессах.
Систематика ферментов. Роль ферментов во
внутриклеточных процессах
Структура и функции гормонов. Мезанизм
действия гормонов на клетки.
Молекулярные механизмы синаптического
проведения
Функции фибриллярных белков.
Итого (час):
2
3
4
5
6
7
8
Кол-во часов
Лекций Лаб/пр. Сам.раб.
2
2
2
2
2
2
4
4
2
6
2
2
4
2
2
4
2
16
2
2
10
2
26
ТЕМА 1. Предмет «Молекулярная физиология», цели, задачи курса.
Виды регуляции физиологических процессов, их эволюция, роль химической, аутокоидной, нервной и гормональной регуляции. Взаимосвязь механизмов регуляции на молекулярном уровне. Молекулярные основы физиологических процессов в организме, органах и клетках. Предмет и методы, используемые в молекулярной физиологии.
ТЕМА 2. Строение и функции клеточных мембран.
История развития представлений о строении биологических мембран.
Модели строения плазматических мембран (жидкостная, жидкомозаичная,
глобулярная, бимолекулярная, фосфолипидная). Современные взгляды о составе и структуре плазматических мембран. Важнейшие функции биологических мембран: барьерная, транспортная, метаболическая, генерация биопотенциалов, клеточная рецепция и межклеточное взаимодействие. Методы
изучения биологических мембран. Нарушения структуры и функции мембран
при патологии.
ТЕМА 3. Функциональное значение различных органоидов клетки.
Развитие представлений о цитоморфологии. Современные взгляды об
ультраструктуре животной клетки. Функциональное значение цитоплазмы и
5
гиалоплазмы. Структура и функции митохондрий. Значение эндоплазматического ретикулума. Роль рибосом в белковом синтезе. Комплекс Гольджи и
его роль в клетке. Лизосомальный аппарат клетки. Роль клеточного центра в
делении. Микротрубочки, микрофибриллы, микротельца. Функциональное
значение клеточного ядра, ядрышек. Основы цитофизиологии: биосинтетические процессы, жизненный цикл и деление клеток, движение клеток, фагоцитоз и пиноцитоз, дифференциация и специализация клеток, программированная смерть (апоптоз), старение и смерть клеток. Основы цитопатологии.
ТЕМА 4. Структура и функции белков. Трансмембранные белки и их
роль в транспортных процессах.
Аминокислоты – основная структурная единица белка. Первичная, вторичная, третичная и четвертичная структура белка. Методы исследования
структуры белка: фрагментация, денатурация, оптические методы, электрофорез, рентгеноструктурный анализ. Домены в белках. а-спираль и вструктура. Структурно-функциональная организация ионных и водных каналов и ионных насосов (натриевые, калиевые, кальциевые, хлорные, аквапорины, натрий-калиевая АТФаза, калий-водородная АТФаза, кальциевая АТФаза). Симпорты и антипорты.
ТЕМА 5. Систематика ферментов. Роль ферментов во внутриклеточных
процессах.
Классификация ферментов по типу катализируемых реакций: оксидоредуктазы; трансферазы; гидролазы; лиазы; изомеразы; лигазы (синтетазы).
Механизмы их действия. Общие понятия ферментативного катализа. Основные положения кинетики ферментативного катализа. Уравнение МихаэлисаМентен. Ингибирование ферментов. Аденоциклаза и Na,K-АТФаза как основные мембранные ферменты.
ТЕМА 6. Структура и функции гормонов. Механизм действия гормонов на
клетки.
Роль гормонов в организме. Синтез и секреция гормонов. Классификация
гормонов по химической природе (стероидные, белковые и полипептидные,
производные аминокислот). Методы исследования гормонов: биохимические, радиоиммунологические, иммуноферментные, хроматографические).
Рецепция гормонов на плазматической мембране и в ядре. Механизмы действия гормонов на клетку. Внутриклеточные мессенджеры – посредники в
реализации гормонального ответа. Молекулярные механизмы нарушений
гормональных влияний: аутоиммунные, на уровне рецепции, внутриклеточные.
ТЕМА 7. Молекулярные механизмы синаптического проведения.
Структура и функции химических синапсов. Молекулярные основы синтеза и
секреции медиаторов. Классификация медиаторов. Рецепция медиаторов на
6
постсинаптической мембране. Метаболизм медиаторов. Особенности ответа
в зависимости от структуры медиаторов и рецепторов постсинаптической
мембраны. Фармакология синаптической передачи. Нейрохимические основы деятельности нервной системы.
ТЕМА 8. Функции фибриллярных белков.
Структура и функции фибриллярных белков в организме. Основные виды
фибриллярных белков: коллаген, эластин, кератины, фибронектин, ламинин.
Патология фибриллярных белков и их роль в патогенезе некоторых заболеваний.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Предмет и методы, используемые в молекулярной физиологии
2. Виды регуляции физиологических процессов, их эволюция..
3.Роль химической, аутокоидной, нервной и гормональной регуляции..
4.Взаимосвязь механизмов регуляции на молекулярном уровне.
5.Молекулярные основы физиологических процессов в организме, органах и клетках.
6.Модели строения плазматических мембран (жидкостная, жидкомозаичная, глобулярная, бимолекулярная, фосфо-липидная).
7.Современные взгляды о составе и структуре плазматических мембран.
8.Важнейшие функции биологических мембран.
9.Методы изучения биологических мембран.
10. Нарушения структуры и функции мембран при патологии.
11.Современные взгляды об ультраструктуре животной клетки.
12.Функциональное значение цитоплазмы и гиалоплазмы.
13.Структура и функции митохондрий.
14.Значение эндоплазматического ретикулума. Роль рибосом в белковом
синтезе.
15.Комплекс Гольджи и его роль в клетке. Лизосомальный аппарат клетки.
16.Роль клеточного центра в делении. Микротрубочки, микрофибриллы,
микротельца.
17.Функциональное значение клеточного ядра, ядрышек.
18.Биосинтетические процессы в клетке.
19.Жизненный цикл и деление клеток.
20.Движение клеток, фагоцитоз и пиноцитоз.
21.Дифференциация и специализация клеток.
22.Программированная смерть (апоптоз), старение и смерть клеток.
23.Основы цитопатологии и пути коррекции.
7
24.Аминокислоты – основная структурная единица белка.
25.Первичная, вторичная, третичная и четвертичная структура белка.
26.Методы исследования структуры белка.
27.Домены в белках. а-спираль и в-структура.
28.Структурно-функциональная организация ионных и водных каналов и
ионных насосов.
29.Симпорты и антипорты.
30.Классификация ферментов по типу катализируемых реакций.
31.Механизмы действия различных типов ферментов.
32.Основные положения кинетики ферментативного катализа. Уравнение
Михаэлиса-Ментен.
33.Аденоциклаза и Na,K-АТФаза как основные мембранные ферменты.
34.Роль гормонов в организме. Синтез и секреция гормонов.
35.Классификация гормонов по химической природе.
36.Методы исследования гормонов.
37.Рецепция гормонов на плазматической мембране и в ядре.
38.Механизмы действия гормонов на клетку.
39.Внутриклеточные мессенджеры – посредники в реализации гормонального ответа.
40.Молекулярные механизмы нарушений гормональных влияний.
41.Структура и функции химических синапсов.
42.Молекулярные основы синтеза и секреции медиаторов. Метаболизм
медиаторов.
43.Рецепция медиаторов на постсинаптической мембране. Классификация медиаторов.
44.Фармакология синаптической передачи.
45.Нейрохимические основы деятельности нервной системы.
46.Структура и функции фибриллярных белков в организме.
47.Основные виды фибриллярных белков: коллаген, эластин, кератины,
фибронектин, ламинин.
48.Патология фибриллярных белков и их роль в патогенезе некоторых
заболеваний
8
ЛИТЕРАТУРА
1. Айзман Р.И., Герасев А.Д., Иашвили М.В. Физиология возбудимых
тканей.- Новосибирск, НГПУ, 1999, 128 с.
2. Гинецинский А.Г. Химическая передача нервного импульса и эволюция мышечной функции. - Л.:Наука, 1970, 204 с.
3.Кантор Ч., Шиммел П. Биофизическая химия.- М.:Мир. 1984.
4.Ленинджер А. Основы биохимии. - М.: Мир, 1985.
5.Покровский В. М., Коротько Г. Ф. Физиология человека. – М., 1998.
6.Руководство по физиологии. - Л– М., Наука, 1990-1998 гг.
7.Степанов В.М. Молекулярная биология. Структура и функции белков. М.: Высшая школа, 1996, 335 с.
8.Судаков К. В. Нормальная физиология. – М., 1999.
9.Теория химической передачи нервного импульса: Этапы развития. –
Л.:Наука, 1981, 144 с.
10.Ткаченко Б. И. Основы физиологии человека. – Т.1-2. – СПб., 1994.
11.Шмидт Р., Тевс Г. Физиология человека. – Т. 1, 2. – М., 1996.
12.Фершт Э. Структура и механизм действия ферментов. - М.:Мир. 1980.
13.Якубке Х.Д., Ешкайт Х. Аминокислоты, пептиды, белки. - М.:Мир,