Занятие № 3. Биохимия мышечной и нервной тканей.

Цель занятия. Усвоить особенности химического состава и метаболизма мышечной и нервной тканей, молекулярные механизмы мышечного сокращения и расслабления, закрепить знания по биохимическим основам функционирования нервной ткани; овладеть методами исследования химического состава и активности некоторых ферментов мышечной и нервной тканей.

Студент должен
знать:	уметь:
1) химический состав мышц; 2) биохимические механизм мышечного сокращения и расслабления; 3) особенностей энергетического обмена в мышцах; 4) биохимические изменения в мышцах при утомлении; 5) основные типы клеточных элементов нервной ткани; 6) особенности химического состава спинномозговой жидкости; 7) особенности химического состава нервной ткани; 8) особенность состава и структуры миелиновых мембран; 9) особенности обмена углеводов в нервной ткани, зависимость биоэнергетики головного мозга от притока глюкозы; 10) кислородозависимость нервной ткани; 11) особенности метаболизма аминокислот в нервной ткани; 12) пути образования аммиака при функционировании нервной клетки и пути его обезвреживания; 13) биологические механизмы возникновения и проведения нервного импульса; 14) молекулярные механизмы синаптической передачи; 15) физиологически активные пептиды мозга.	1) охарактеризовать роль ионов кальция в процессе сокращения и расслабления мышц; 2) выделить основные и дополнительные пути образования АТФ в мышечной ткани; 3) охарактеризовать и объяснить биохимические изменения в мышцах при патологии; 4) выделять из мышечной ткани гликоген и миоглобин, обнаруживать в ней белок; 5) количественно определять креатинин в сыворотке крови и моче и интерпретировать полученные результаты; 6) оценить химический состав ликвора; 7) объяснить особенность обмена аминокислот в ткани головного мозга, пути образования аммиака при функционировании нервной клетки и пути его обезвреживания; 8) использовать знания биохимии нервной ткани для понимания действия большой группы фармакологических средств; 9) проводить разделение липидов ткани мозга методом тонкослойной хроматографии; 10) проводить качественное определение активности холинэстеразы ткани мозга.

Содержание занятия. На занятии студентам предстоит пройти проверку заданий по самоподготовке, дать ответы на тесты контроля исходного уровня знаний и вопросы преподавателя, решить ситуационные задачи, прослушать доклад по теме УИРС, выполнить работы по выделению гликогена и миоглобина из мышечной ткани, количественному определению креатинина в сыворотке крови и моче, по хроматографическому разделению липидов мозга и обнаружению активности холинэстеразы мозговой ткани.

Методические указания к самоподготовке

Материал, изучаемый на данном практическом занятии, чрезвычайно важен для как для исследователей, так и для практических врачей. Знание особенностей химического состава и метаболизма мышечной ткани, биохимических механизмов мышечного сокращения и расслабления, особенностей энергетического обмена в мышцах необходимо для понимания физиологического акта мышечного сокращения, нарушений обмена веществ при патологии и их фармакологической коррекции. Изучение химического состава нервной ткани, спинномозговой жидкости; особенностей метаболизма нервной ткани; природы возбуждения и его проведения по аксону, молекулярных механизмов синаптической передачи имеет большое значение при изучении нормальной физиологии, фармакологии, патологической физиологии и клинических дисциплин (для усвоения молекулярных основ психических и неврологических заболеваний, нарушений сна, памяти; для понимания механизма действия большой группы фармакологических средств).

Для успешного усвоения темы и активной работы на занятии выполните следующие задания:

№ №	Задание	Указания к выполнению задания
	Изучите химический состав мышц.	1. Выпишите основные группы веществ, входящих в состав мышечной ткани: а), б), в), г). 2. Дайте классификацию и общую характеристику мышечных белков: а), б), в). 3. Охарактерезуйте белки миофибрилл: а) миозин, б) актин, в) актомиозин, г) тропомиозин, д) тропонин. 4. Охарактеризуйте саркоплазматические белки, мышечные глобулины. Напишите структуру простетической части миоглобина. Какое значение имеет более высокое средство миоглобина и кислороду чем у гемоглобина. 5. Выпишите основные небелковые (экстрактивные) вещества мышечной ткани.
	Изучите биохимический механизм мышечного сокращения и расслабления.	1. Охарактеризуйте роль ионов кальция в процессе сокращения и расслабления мышц. Каковы механизмы его аккумуляции в саркоплазматическом ретикулуме и роль в этом процессе Са^2+- насоса. 2. Охарактеризуйте роль градиента одновалентных катионов в регуляции мышечного сокращения. 3. Схематически представьте этапы мышечного сокращения. 4. Расслабление мышц. Фактор расслабления. 5. Дайте понятие химических механизмов, лежащих в основе мышечного утомления.
	Изучите особенности энергетического обмена в мышцах..	1. Охарактеризуйте роль аэробного дихотомического окисления углеводов и окисления кетоновых тел в обеспечении метаболизма в покоящейся мышце. 2. Охарактеризуйте роль гликолиза в энергообеспечении интенсивно работающей мышцы. 3. Охарактеризуйте механизмы быстрой регенерации АТФ для работающей мышцы: а), б). 4. Напишите схему синтеза креатина, креатинфосфата, образования креатинина и выведения его из организма.
	Вспомните основные типы клеточных элементов нервной ткани.	1. Охарактеризуйте нейроны с аксонами и синапсами. 2. Подумайте об особенностях строения и функции нейронов. 3. Перечислите, какие клетки в нервной ткани являются мезенхимными. 4. Охарактеризуйте морфологическую структуру гематоэнцефалического барьера.
	Изучите особенности химического состава нервной ткани.	1. Выпишите процентное содержание основных групп белков головного мозга: - нейроальбуминов- - нейроглобулинов- - катионных белков- - нейросклеропротеидов- 2. Кратко охарактеризуйте особенности содержания и функции в нервной ткани: - нуклеопротеинов- - липопротеинов и протеолипидов- - фосфопротеинов- - гликопротеинов- - специфических белков нервной ткани (нейрофезины, белок S-100 и др.)- 3. Подумайте об особенностях состава и структуры миелиновых мембран: Ответьте на вопросы: а) каково соотношение в них липидов и белков; б) каково соотношение различных классов сложных липидов в миелине мозга и периферических нервов; в) чем представлены белки миелиновых оболочек: 1)…2)…3)… г) как построены миелиновые оболочки. 4. Сравните содержание гликогена (в мг на 1 г ткани) в мозге с другими тканями (мышечной, печени, почек и др.). 5. Охарактеризуйте особенности липидного состава белого и серого вещества мозга. 6. Выпишите процентное соотношение отдельных липидов к общему их содержанию и занесите их в таблицу: ЛипидыСерое в-во Белое в-во Холестерин Фосфолипиды Плазмологены Сфингомиелины Цереброзиды Ганглиозиды 7. Сопоставьте содержание (ммоль/кг или г/л) основных минеральных веществ в мозговой ткани, ликворе и плазме крови и занесите их в таблицу: Вещество Мозговая ткань Ликвор Плазма крови Na^+ K^+ Ca^2^+ CI^- HCO3^-
6.	Изучите особенности химического состава спинномозговой жидкости.	1. Выпишите содержание в ликворе следующих компонентов: - альбумины и глобулины – - остаточный азот – - глюкоза – - молочная кислота – - холестерин – триацилглицерины – - лецитин – - Na^+ - - K^+- - Ca^2+ - - Cl^- - HCO3^- - 2.Сравните концентрации перечисленных компонентов в ликворе и крови. 3. Охарактеризуйте изменения химического состава ликвора при: - менингите; - энцефалите; - инсультах; - опухолях мозга; - черепно-мозговой травме; - сахарном диабете.
	Изучите особенности метаболизма нервной ткани.	1. Выпишите факты, доказывающие, что нервная ткань характеризуется постоянно высоким уровнем потребления кислорода. 2.Поясните, почему при гипогликемии быстро развивается кома. 3. Чем объясняется чрезвычайная зависимость биоэнергетики головного мозга от притока глюкозы: а)…б)… 4. Напишите схему основных путей использования глюкозы в нейроне. 5. Подумайте, какое физиологическое значение для функционирования нервной ткани имеет тот факт, что в состоянии покоя используется лишь 1-10% активности ключевых ферментов углеводного и энергетического обмена. 6. Напишите структуру основных макроэргов нервной ткани. 7. Почему наиболее интенсивный обмен белка происходит в синаптических образованиях нейронов? 8. Охарактеризуйте особенности метаболизма аминокислот в ткани головного мозга: а), б), в). 9. Схематически представьте пути образования аммиака при функционировании нервной клетки и пути его обезвреживания.
	Изучите биологические механизмы возникновения и проведения нервного импульса.	1. Поясните, как возникает на мембране нервной клетки потенциал покоя. Объясните, какова в этом процессе роль Nа,К–АТФазы. 2. Представьте последовательность процессов, вызываемых в нерве раздражителем. Для этого объясните, как развивается: а) поляризация мембраны (возникает потенциал покоя); б) деполяризация мембраны и какова в этом роль Nа-каналов, в) инверсия потенциала на мембране (возникает потенциал действия); г) гиперполяризация мембраны.
	Изучите молекулярные механизмы синаптической передачи.	1. Выпишите все известные нейромедиаторы. 2. Напишите реакции биосинтеза и распада ацетилхолина с указанием ферментов. 3. Зарисуйте схему выхода квантов ацетилхолина из пресинаптических везикул и поступления их в синаптическую щель. 4. Напишите химизм синтеза норадреналина из тирозина с указанием соответствующих ферментов. 5. Каковы особенности действия ферментов, участвующих в деградации катехоламинов – моноаминооксидазы(МАО) и катехол-оксиметилтрансферазы (КОМТ). 6. Изучите нарушения обмена биогенных аминов при психических заболеваниях. Приведите примеры предшественников катехоламинов и ингибиторов МАО, используемых в лечении депрессивных состояний. 7. Продумайте вопросы биохимических механизмов кратковременной и долговременной нейрологической памяти. 8. Напишите, какие аминокислотные остатки из β-липотропина приходятся на: α – эндорфин – β – эндорфин – γ – эндорфин – 9. Напишите порядок чередования аминокислот в метионинэнкефалине и лейцин-энкефалине. 10. В чем заключается биологическая роль пептидов мозга? Приведите примеры.

 

Примеры контроля исходного уровня знаний

Вид 1. Для каждого вопроса выберите правильный ответ

А) Интенсивно работающую мышцу обеспечивают энергией:

1) аэробное дихотомическое окисление глюкозы

2) анаэробное дихотомическое окисление глюкозы

3) окисление кетоновых тел

4) окисление жирных кислот

Б) Резкое повышение концентрации белка в ликворе характерно для:

1.Энцефалит

2. Острая черепно-мозговая травма

3. геморрагический инсульт

4. Острый гнойный менингит

5. Опухоль мозга

Вид 2. Для каждого вопроса, пронумерованного цифрой, подберите соответствующий ответ, обозначенный буквенным индексом. Один и тот же ответ может быть использован несколько раз.

А) 1) миофибриллярные белки	А. Миозин
2) саркоплазматические белки	Б. Миоглобин
	В. Актин
	Г. Мышечные глобулины
	Д. Тропомиозин
Б) 1) соединения, временно связывающие аммиак в ткани мозга	А. Глицин
2) соединения – медиаторы ЦНС	Б. Дофамин
3) соединение – предшественник тормозного медиатора ЦНС	В. Глутамат Г. α-кетоглутарат
4) соединение, метаболизм которого нарушается при болезни Паркинсона/паркинсонизме	Д. Серотонин Е. Норадреналин Ж. ГАМК
5) соединение, метаболизм которго нарушается при маниакально-депрессивном психозе и некоторых формах шизофрении	З. Ацетилхолин
6) основной медиатор лимбической системы и ретикулярной формации
7) соединения – медиаторы периферической нервной системы

Вид 3. Для каждого вопроса выберите сочетание правильных ответов.

А) Выберите и расставьте в соответствующем порядке ферменты, при участии которых происходит мобилизация гликогена в мышцах.

1. Фосфорилаза активная

2. Протеинкиназа активная (димер С₂)

3. Глюкозо-6-фосфатаза

4. Аденилатциклаза активная

5. Аденилатциклаза неактивная

6. Фосфорилаза неактивная

7. Протеинкиназа неактивная (тетрамер R₂ – С₂)

Б) Установите правильную последовательность возникновения нервного импульса.

1. «Следовая» деполяризация мембраны

2. Поток К⁺ из нервной клетки

3. Деполяризация мембраны

4. Потенциал покоя на мембране

5. Реполяризация мембраны

6. «Следовая» гиперполяризация мембраны

7. Инверсия заряда на мембране (потенциал действия)

8. Поток Na⁺ внутрь клетки

Вид 4. Для каждого вопроса определите: 1) верно или неверно каждое из приведенных утверждений; 2) если верны оба утверждения, имеется ли между ними причинная связь.

А) Трупное окоченение обусловлено истощением запасов АТФ, потому что при трупном окоченении не происходит диссоциация комплекса актин – миозин.

Б) Систематический прием морфиноподобных наркотиков быстро приводит к развитию физической и психической зависимости, потому что такие наркотики являются экзогенными лигандами опиатных рецепторов мозга.

Примеры ситуационных задач

Задача 1. Токсическое действие аммиака на клетки мозга объясняется, в частности, нарушением образования нейромедиаторов. Синтез какого из известных Вам нейромедиаторов будет нарушен в первую очередь?

Задача 2. Если препарат скелетной мышцы обработан смесью йодацетата (ингибитор глицеральдегиддегидрогеназы) и ротенона (ингибитор цепи переноса протонов и электронов), то мышца теряет способность сокращаться в ответ на электростимуляцию. Если препарат скелетной мышцы обработан только ротеноном, то способность к сокращению сохраняется. Объясните результаты.

 

Подготовьте к предстоящему занятию протокол лабораторных работ: выпишите кратко принципы методов и техники их выполнения, показатели нормы, оставляя место для расчетов и выводов.

Самостоятельная работа студентов