Биохимия мышеч. сокр._ Самостоятельная работа (0.2Mб, doc)

Министерство образования и науки Российской Федерации
Сибирский федеральный университет
БИОХИМИЯ МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ
Методические указания по самостоятельной работе студентов
Красноярск
СФУ
2012
УДК
ББК
Ф 20
Рецензенты
Замай, Т.Н.
Ф 20 Биохимия мышечного сокращения: Методические указания по
самостоятельной работе студентов [Текст] / сост. (для методичек) Т.Н.
Замай). – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2012. – 11 с.
ISBN 978-5-7638
Методические указания предназначены для студентов специальности
012300 – Общая биохимия. В учебном пособии представлена структура
дисциплины, темы лекций и вопросы, выносимые на самостоятельное
изучение. Кроме того, представлены примерные темы рефератов.
УДК
ББК
© Сибирский
федеральный
университет, 2012
ISBN 978-5-7638
2
1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Дисциплина СД.Ф.6 «Биохимия мышечного сокращения» входит в
перечень дисциплин специальности 020208.65 «Биохимия» подготовки
специалистов данного профиля в соответствии с государственным
образовательным стандартом высшего профессионального образования.
Биохимия мышечного сокращения – один из специальных разделов
биологии. Это отрасль знания, тесно связанная со многими науками,
особенно с биофизикой,
молекулярной биологией, энзимологией,
физиологией, патофизиологией и экологией.
1.1 Цель преподавания дисциплины
Цель преподавания дисциплины – изложить основные закономерности
механизмов двигательной активности, в том числе, и мышечного
сокращения, в живых системах.
1.2 Задачи изучения дисциплины
В задачи курса входит:
- теоретическое
освоение знаний о молекулярных механизмах
биологической подвижности;
- теоретическое освоение знаний о механизмах сократительной
деятельности скелетной мускулатуры, миокарда и гладкой мускулатуры.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
- овладеть необходимыми теоретическими знаниями об основных
биологической подвижности;
- иметь представление об основных молекулярных моторах и механизме
их функционирования;
- иметь представление о механизмах регуляции метаболизма мышечной
ткани в норме и при патологии.
1.3 Межпредметная связь
Биохимия мышечного сокращения – наука, занимающаяся изучением
строения и закономерностей функционирования мышц. Эта наука стоит на
стыке теоретической и экспериментальной физики, молекулярной биологии и
математики.
Уровень специалиста подразумевает способность использовать
углубленные теоретические и практические знания в области биохимии
мышечного сокращения, демонстрировать знания фундаментальных и
прикладных разделов специальных дисциплин, а также способность глубоко
осмысливать и формировать диагностические решения проблем биохимии
мышечного сокращения путем интеграции фундаментальных биологических
представлений и специализированных знаний в сфере профессиональной
деятельности.
Изучение курса «Биохимия мышечного сокращения» способствует
формированию названных способностей и получению соответствующих
знаний.
3
2 ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Всего
(часов)
7 семестр
Вид учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины
70
Аудиторные занятия:
Лекции
семинарские занятия
Самостоятельная работа:
изучение теоретического курса
(ТО)
Реферат
Задания
промежуточный контроль
Вид итогового контроля (зачет,
экзамен)
32
32
36
26
10
2
Экзамен
3 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
3.1 Разделы дисциплины и виды занятий в часах (тематический план
занятий)
Раздел дисциплины
Лекции
(часов)
1
Основные
механизмы
клеточной подвижности
8
ПК
Самостоят
зачетны
ПЗ или СЗ
ельная
х
зачетных
работа
единиц
единиц
зачетных
(часов)
(часов)
единиц
(часов)
8
2
Механизмы и регуляция
сокращения в миокарде,
скелетной и гладкой
мускулатуре
24
2
№
п/п
28
4
3.2. Содержание тем лекционного курса
Лекция 1. Цитоскелет клетки. Функции цитоскелета. Микротрубочки,
промежуточные волокна, микротрабекулы. Аудиторных 2 часа.
Лекция 2. Полимеризация и деполимеризация нитей цитоскелета.
Аудиторных 2 часа.
Лекция 3. Молекулярные моторы эукариот. Кинезин. Аудиторных 2
часа.
Лекция 4. Молекулярные моторы эукариот. Динеины. Аудиторных 2
часа.
Лекция 5. Типы мышц. Ультраструктура скелетной мускулатуры.
Аудиторных 2 часа.
Лекция 6. Механизмы регуляции содержания катионов кальция в
мышцах. Системы активного транспорта. Рианодиновые рецепторы.
Рецепторы I3P. Аудиторных 2 часа.
Лекция 7. Цитоскелетные белки мышечных клеток. Строение
саркомера. Структурные и функциональные свойства актина и миозина.
Аудиторных 2 часа.
Лекция 8. Электромеханическое сопряжение в скелетной мускулатуре.
Механизм мышечного сокращения. Аудиторных 2 часа.
Лекция 9. Метаболические особенности скелетной мускулатуры.
Аудиторных 0,055 з.е. 2 часа.
Лекция 10. Структурные и функциональные свойства миокарда.
Аудиторных 2 часа.
Лекция 11. Метаболические особенности миокарда. Аудиторных 2
часа.
Лекция
12.
Особенности
строения
гладкой
мускулатуры.
Электромеханическое и фармакомеханическое сопряжение в гладкой
мускулатуре. Аудиторных 2 часа.
Лекция 13. Механизмы регуляции мышечного сокращения в гладкой
мускулатуре. Аудиторных 2 часа.
Лекция
14.
Молекулярные
механизмы
регуляции
Са2+чувствительности сокращения гладких мышц. Аудиторных 2 часа.
Лекция 15. Метаболические особенности гладкой мускулатуры.
Аудиторных 2 часа.
Лекция 16. Патология мышечной системы. Аудиторных 2 часа.
Содержание лекционного курса:
Лекция 1. Цитоскелет клетки. Функции цитоскелета. Микротрубочки,
промежуточные волокна, микротрабекулы. Аудиторных 2 часа.
Рассматриваются основные структуры и функции цитоскелета.
Описываются основные белки, из которых состоят микротрубочки,
микрофиламенты, промежуточные волокна и микротрабекулы. Уделяется
внимание рассмотрению строения и функций актинсвязывающих белков.
5
Лекция 2. Полимеризация и деполимеризация нитей цитоскелета.
Аудиторных 2 часа.
Рассматриваются механизмы полимеризации актина и тубулина.
Описываются механизмы формирования новых актиновых нитей и
взаимодействие
микрофиламентов.
Рассматриваются
механизмы
формирования филоподий и ламеллоподий.
Лекция 3. Молекулярные моторы эукариот. Кинезин. Аудиторных 2
часа.
Рассматриваются особенности функционирования молекулярных
моторов. Особое внимание уделено рассмотрению структуры, изоформам и
механизмам функционирования белка кинезина.
Лекция 4. Молекулярные моторы эукариот. Динеины. Аудиторных 2
часа.
Рассматриваются
структура,
изоформы
и
механизмы
функционирования
динеинов.
Отдельно
дается
описание
цитоплазматическим и аксонемным динеинам.
Лекция 5. Типы мышц. Ультраструктура скелетной мускулатуры.
Аудиторных 2 часа.
Дается классификация типов мышц и мышечных волокон.
Рассматривается ультраструктура мышечных волокон. Особое внимание
уделяется структуре и функциям саркоплазматического ретикулума.
Лекция 6. Механизмы регуляции содержания катионов кальция в
мышцах. Системы активного транспорта. Рианодиновые рецепторы.
Рецепторы I3P. Аудиторных 2 часа.
Подробно рассматриваются структура, функции и регуляция
кальциевых каналов саркоплазматического ретикулума – рианодиновому
рецептору и I3PR. Рассматривается структура, функция и регуляция СаАТРазы саркоплазматического ретикулума – SERCA.
Лекция 7. Цитоскелетные белки мышечных клеток. Строение
саркомера. Структурные и функциональные свойства актина и миозина.
Аудиторных 2 часа.
Подробно рассматривается структура и функции цитоскелетных белков
и сократительных белков.
Лекция 8. Электромеханическое сопряжение в скелетной мускулатуре.
Механизм мышечного сокращения. Аудиторных 2 часа.
Рассматриваются основные положения теории скользящих нитей и
электромеханическое сопряжение. Кроме того, подробно рассматривается
механизм мышечного сокращения и расслабления.
Лекция 9. Метаболические особенности скелетной мускулатуры.
Аудиторных 2 часа.
Рассматриваются механизмы ресинтеза АТР в условиях физической
нагрузки – креатинфосфокиназный, лактатный, аэробный и миокиназный.
Описываются углеводный, белковый и липидный обмен скелетной
мускулатуры.
6
Лекция 10. Структурные и функциональные свойства миокарда.
Аудиторных 2 часа.
Описывается ультраструктура кардиомиоцитов. Рассматриваются
механизмы, обеспечивающие основные функциональные свойства миокарда
(автоматизм, проводимость, сократимость, возбудимость), кроме того,
механизм регуляции сократительной деятельности миокарда.
Лекция 11. Метаболические особенности миокарда. Аудиторных 2
часа.
Подробно энергетический обмен миокарда, а также углеводный,
белковый и липидный обмены. Особое внимание уделяется защитным
механизмам кардиомиоцитов.
Лекция
12.
Особенности
строения
гладкой
мускулатуры.
Электромеханическое и фармакомеханическое сопряжение в гладкой
мускулатуре. Аудиторных 2 часа.
Подробно
описывается
ультраструктура
миоцитов
гладкой
мускулатуры.
Рассматриваются
особенности
механизмов
электромеханического и фармакомеханического сопряжения.
Лекция 13. Механизмы регуляции мышечного сокращения в гладкой
мускулатуре. Аудиторных 2 часа.
Рассматриваются особенности регуляции сокращения гладкой
мускулатуры фосфорилированием киназы легких цепей миозина и
кальдесмоном.
Лекция
14.
Молекулярные
механизмы
регуляции
Са2+чувствительности сокращения гладких мышц. Аудиторных 2 часа.
Рассматриваются основные механизмы, обеспечивающие увеличение и
снижение Са2+-чувствительности. Феномен «защелки». Фазная и тоническая
гладкая мускулатура.
Лекция 15. Метаболические особенности гладкой мускулатуры.
Аудиторных 2 часа.
Рассматриваются
особенности
энергетического,
углеводного,
белкового и липидного обменов.
Лекция 16. Патология мышечной системы. Аудиторных 2 часа.
Рассматриваются основные патологии скелетной мускулатуры,
миокарда и гладкой мускулатуры, как приобретенные, так и наследуемые.
3.3 Самостоятельная работа
Самостоятельная работа студентов реализуется через самостоятельное
изучение теоретического материала, выполнение реферативных работ,
выполнение заданий. Все задания на индивидуальную самостоятельную
работу выдаются и принимаются преподавателем по графику для
выполнения самостоятельной работы.
Темы и содержание теоретической самостоятельной работы студентов
Тема 1. Механизмы клеточной миграции
Вопросы для самостоятельного изучения:
7
1. Актин — основной белок микрофиламентов. Белки, индуцирующие
полимеризацию актина. Белки, ассоциированные с актином
2. Распределение актина в подвижной клетке (фибробласте).
Зональность организации актина на активном крае движущегося
фибробласта.
3. Взаимодействие актинового цитоскелета с фокальными контактами.
4. Регуляция перестроек актинового цитоскелета и клеточного
движения.
5. Малые ГТФазы семейства Rho.
6. Семейство WASP.
7. Цитоскелет, морфология, и движение трансформированных
фибробластов.
8. Способы миграции трансформированных клеток.
9. Коллективная миграция.
Тема 2. Биохимические механизмы адаптации к физической
нагрузке.
Вопросы для самостоятельного изучения:
1. Основные стадии адаптации к физическим нагрузкам.
2. Изменения на клеточном уровне
3. Гормональные изменения при адаптации к физической нагрузке
4. Структурный след адаптации.
Тема 3. Механизмы развития патологии миокарда
Вопросы для самостоятельного изучения:
1. Метаболические последствия ишемии миокарда (гипоксия,
прекращение доступа субстратов к клеткам, удаление продуктов
обмена, ацидоз)
2. Защитные механизмы, мобилизуемые при ишемии
3. Открытие АТР-завичимых К-каналов
4. Аденозин
5. Влияние действия ацидоза и накопления фосфата на кальциевую
чувствительность миофибрилл миокарда
Тема 4. Патология гладкой мускулатуры
Вопросы для самостоятельного изучения:
1. Миотонии
2. Мышечная контрактура
3. Атеросклероз
4. Причины повышения артериального давления
Тема 5. Механизмы развития мышечных дистрофий
Вопросы для самостоятельного изучения:
8
1. Наследственные миодистрофии (мышечная дистрофия Дюшенна,
мышечная дистрофия
Беккера, миотоническая мышечная
дистрофия)
2. Причины приобретенных миодистрофий
3. Развитие миодистрофий при старении
4. Токсические миодистрофии
5. Метаболические миодистрофии
Выполнение рефератов
Реферат выполняется в объеме не менее 10 страниц машинописного
текста. Реферат содержит оглавление, введение, список использованной
литературы. В тексте приводятся ссылки на используемые литературные
источники. Количество используемых литературных источников не может
быть менее 10. Допускается использование электронных информационных
ресурсов с указанием источника. Рефераты выполняются по темам,
представленным ниже. Допускается выполнение реферата по теме, не
указанной в списке, при условии предварительного согласования данной
темы с преподавателем.
Темы рефератов
1. Актинсвязывающие белки.
2. Строение и функционирование митотического веретена.
3. Особенности молекулярной организации и функции сократительных
белков гладкой и поперечно-полосатой мускулатуры.
4. Биохимические изменения в мышцах при физической нагрузке.
5. Биохимические изменения в мышцах при утомлении.
6. Биохимические изменения в мышцах в период восстановления после
физической нагрузки.
7. Роль Na+/Ca2+ -обмена в клетках миокарда.
8. Ионные основы электрической активности сердца.
9. Эмбриональное развитие скелетных мышц
10. Миодистрофии.
11. Механизмы мышечной гипертофии
12. Структура и функции тропомодулина – белка, регулирующего длину
актиновых филаментов.
13. Молекулярная организация жгутика сперматозоидов.
14. Строение и функционирование саркоплазматического ретикулума
15. Особенности электромеханического и фармакомеханического
сопряжения в мышечной системе.
16. Роль катионов кальция в мышечном сокращении.
17. Особенности метаболизма скелетной мускулатуры.
18. Особенности метаболизма миокарда.
19. Особенности метаболизма гладкой мускулатуры.
20. Особенности электромеханического сопряжения в скелетной,
сердечной и гладкой мускулатуре.
9
21. Строение и функция актиновых микрофиламентов.
22. Строение и функции микротрубочек.
23. Строение и особенности функционирования миозиновой АТРазы
гладкой и скелетной мускулатуры.
24. Молекулярные механизмы регуляции Са2+-чувствительности при
сокращении гладких мышц
4. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО
ДИСЦИПЛИНЕ
1. Биохимия: Учебник /Под. ред. Е.С. Северина. - М.: ГЭОТАР-МЕД,
2005. - 784 с. (9)
2. Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами / Под ред. Е.С.
Северина, А.Я. Николаева. - М.:ГЭОТАР-МЕД, 2002. -448 (17)
3. Волков Н.И. Биохимия мышечной деятельности. М.: Олимпийский
спорт, 2001. (5)
4. Рубин А.Б. Биофизика. В 2-х т. М.: Книжный дом «Университет»,
2000. (2)
5. Фаллер Д.М., Шилдс Д. Молекулярная биология клетки.-М.: Изд-во
БИНОМ, 2006.-256 с. (4)
Информационные ресурсы
1. Биохимия и молекулярная биология. Версия 1.0 [Электронный
ресурс]: электрон. учеб.-метод. комплекс / Н.М. Титова, А. А. Савченко,
Т.Н.Замай и др. – Электрон. дан. (172 Мб). - Красноярск: ИПК СФУ, 2008. –
(Биохимия и молекулярная биология: УМКД № 175-2007/ рук.
творч.коллектива Н.М. Титова). 1 электрон. опт. диск (DVD). Систем.
требования: Intel Pentium (или аналогичный процессор других
производителей) 1 ГГц; 512 Мб оперативной памяти; 94 Мб свободного
дискового пространства; привод DVD; операционная система Microsoft
Windows 2000 SP 4 / XP SP 2 / Vista (32 бит); Adobe Reader 7.0 (или
аналогичный продукт для чтения файлов pdf). – (Номер гос. регистрации в
ФГУП НТЦ «Информрегистр» 0320802400 от 21.11.2008 г.).
1.
Биохимия и молекулярная биология: Банк текстовых заданий.
Версия 1.0 [Электронный ресурс]: контрольно – измерительные материалы / Красноярск: ИПК СФУ, 2008. – (Биохимия и молекулярная биология: УМКД
№ 175-2007/ рук. творч. коллектива Н.М. Титова). ). 1 электрон. опт. диск
(DVD). Систем. требования: Intel Pentium (или аналогичный процессор
других производителей) 1 ГГц; 512 Мб оперативной памяти; 57 Мб
свободного дискового пространства; привод DVD; операционная система
Microsoft Windows 2000 SP 4 / XP SP 2 / Vista (32 бит); Adobe Reader 7.0 (или
аналогичный продукт для чтения файлов pdf). – (Номер гос. регистрации в
ФГУП НТЦ «Информрегистр» 0320802397 от 27.11.2008 г.).
10
2.
Биохимия и молекулярная биология. Презентационные
материалы. Версия 1.0 [Электронный ресурс]: наглядное пособие / Н.М.
Титова А. А. Савченко, Т.Н.Замай и др. – Электрон. дан. (30 Мб). Красноярск: ИПК СФУ, 2008. – (Биохимия и молекулярная биология: УМКД
№ 175-2007/ рук. творч. коллектива Н.М. Титова). ). 1 электрон. опт. диск
(DVD). Систем. требования: Intel Pentium (или аналогичный процессор
других производителей) 1 ГГц; 512 Мб оперативной памяти; 30 Мб
свободного дискового пространства; привод DVD; операционная система
Microsoft Windows 2000 SP 4 / XP SP 2 / Vista (32 бит); Adobe Reader 7.0 (или
аналогичный продукт для чтения файлов pdf). – (Номер гос. регистрации в
ФГУП НТЦ «Информрегистр» 0320802396 от 21.11.2008 г.).
3. Информационно-коммуникационные
технологии
в
естественнонаучных исследованиях : учеб. пособие /– Красноярск : ИПК
СФУ, 2009. – 178 с. – (Информационно-коммуникационные технологии в
естественнонаучных исследованиях : УМКД № 1363/991-2008 / рук. творч.
коллектива И. Е. Суковатая)
4. Каталог лицензионных программных продуктов, используемых в
СФУ / сост. : А. В. Сарафанов, М. М. Торопов. – Красноярск : Сибирский
федеральный ун-т; 2008. – Вып. 1–3.
www.ncbi.nlm.nih.gav.
www.molbiol.ru.
www. high.stanford.edu.
www.wikipedia.org.
4.2 Перечень наглядных и других пособий, методических указаний и
материалов к техническим средствам обучения
Презентации лекций по курсу «Биоэнергетика», подготовленные в
Power Point (от 25 слайдов на лекцию).
Использование на лекциях доски прямой и обратной проекции
(SMART Board) позволяет осуществлять пояснение непосредственно на
самой презентации при помощи специальных маркеров, а также использовать
через сети Интернет информационные ресурсы и анимации.
4.3 Контрольно-измерительные материалы
1. Перечень тем рефератов
2. Экзаменационные билеты.
11
Учебное издание
Замай Татьяна Николаевна
Биохимия мышечного сокращения
Редактор
Корректор
Компьютерная верстка:
Подписано в печать (дата) 2012 г. Формат 60х84/16. (А5)
Бумага офсетная. Печать плоская.
Усл. печ. л. 0,8 Уч.-изд. Л.
Тираж 100 экз. Заказ
Редакционно-издательский отдел
Библиотечно-издательского комплекса
Сибирского федерального университета
660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79
Тел/факс (391) 244-82-31. E-mail rio@sfu-kras.ru
http://rio.sfu-kras.ru
Отпечатано Полиграфическим центром
Библиотечно-издательского комплекса
Сибирского федерального университета
660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 82а
12