Распространение потенциала действия по миелинизированным волокнам

 

А) Основная литература

1. Овчинников Ю.А. Биоорганическая химия. М.: Просвещение, 1987.

1. Шабарова З.А., Богданов А.А. Химия нуклеиновых кислот и их компонентов. М.: Химия, 1978.
2. Кнорре Д.Г., Годовикова Т.С., Мызина С.Д., Федорова О.С. Учебное пособие. Биоорганическая химия Новосибирск. НГУ, 2013.
3. Общая органическая химия / Под ред. Н.К. Кочеткова. М.: Химия, Т. 10. 1986.
4. Практическая химия белков / Под ред. А. Дарбе. М.: Мир, 1989.
5. Органическая химия нуклеиновых кислот / Под ред. Н.К. Кочеткова. М.: Химия, 1970.
6. В. Зенгер. Принципы структурной организации нуклеиновых кислот. М., Мир, 1987.
7. Дюга Г., Пенни К. Биоорганическая химия. М.: Мир, 1983.
8. Химия полипептидов / Под ред. П. Катсояниса. М.: Мир, 1977.
9. Пептиды. Основные методы образования пептидных связей / Под ред. В.Т. Иванова. М.: Мир, 1983.
10. Кнорре Д.Г., Мызина С.Д. Биологическая химия. М.: Высшая школа, 1992.
11. Тюкавкин Н.А., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия М. Дрофа, 2010.
12. .Кнорре Д.Г., Кудряшова Н.В., Годовикова Т.С. Химические и функциональные аспекты посттрансляционной модификации белков // Acta Naturae. 2009, №3. С. 32-56.
13. Зацепин Т.С., Романова Е.А., Орецка Т.С. Нуклезиды и олигонуклеотиды с реакционноспособными группами при С(2’)-атоме: синтез и применение // Успехи химии, 2004, т. 73. С. 1-38.

1. Алексеев П.В, Годовикова Т.С. Биоорганическая химия. Химический синтез пептидов и полипептидов. Учебное пособие. Часть 1. Новосибирск: Изд-во НГУ. 2002, 128 с.

1. Попова т.В., Годовикова Т.С. Биоорганическая химия. Методы выделения, фракциионирования, очистки белков и их компонентов. Учебное пособие. Часть 2. Новосибирск: Изд-во НГУ. 2006, 139 с.

 

Б) Дополнительна литература

1. Практическая химия белка. Ред. А.Дарбре. М., Мир, 1989.
2. Р. Скоупс. Методы очистки белков. М., Мир, 1985.

3. Проблема белка. Т. 1. Химическое строение белка. Ред. В.М.Липкин. М., Наука, 1995.

1. Белки и пептиды. Т. 1. Ред. В.Т. Иванов, В.М. Липкин. М., Наука, 1995.
2. Э.Шредер, К.Любке. Пептиды. Т.1-2. М., Мир, 1965.
3. E.Atherton, R.C.Sheppard. Solid Phase Peptide Synthesis. A Practical Approach. JRL Press, 1989.
4. А.С. Спирин. Молекулярная биология. Структура рибосомы и биосинтез белка. М., Высшая школа, 1986.
5. M. Manoharan. Oligonucleotide conjugates as potential antisense drugs with improved uptake, biodistribution, targeted delivery, and mechanism of action // Antisense&Nucleic Acid Drug Development. 2002, v. 12, p. 103-128.
6. Н.К. Кочетков и др. Химия углеводов, М., Химия, 1967.
7. А.Ф. Бочков, В.А. Афанасьев, Г.Е. Заиков. Образование и расщепление гликозидных связей. М., Наука, 1978.
8. Р. Хьюз. Гликопротеины. М., Мир, 1986.
9. Р.П. Евстигнеева, Е.Н. Звонкова, Г.А. Серебренникова, В.И. Швец. Химия липидов. М., Химия, 1983.
10. В.И. Швец, А.Е. Степанов, В.Н. Крылова, П.В. Гулак. мио -Инозит и фосфоинозитиды. М., Наука, 1987.
11. Биологические мембраны. Ред. Дж. Финдлей, У.Эванс. М., Мир,1990.
12. Cevc G., Marsh D. Phospholipid bilayers. Physical principles and models. N.Y.: Wiley Intersci., 1987.

16. Болдырев А.А., Курелла Е.Г., Павлова Т.Н., Стволинский С.Л., Федосова Н.У. Биологические мембраны. М., Изд. МГУ, 1992.

1. Ю.А.Овчинников, В.Т.Иванов, А.М. Шкроб. Мембрано-активные комплексоны. М., Наука, 1974.
2. Химия биологически активных природных соединений. Ред. Н.А. Преображенский, Р.П. Евстигнеева. М., Химия, 1976.
3. Н.А.Преображенский, Э.И.Генкин. Химия органических лекарственных веществ. М., Госхимиздат, 1953.
4. Физико-химические методы исследования биополимеров и низкомолекулярных биорегуляторов. Ред. В.Т. Иванов. М., Наука, 1992.
5. Э. Бакс. Двумерный ядерный магнитный резонанс в жидкости. Новосибирск, Наука, 1989.
6. Д. Фрайфелдер. Физическая биохимия: применение физико-химических методов в биохимии и молекулярной биологии. М., Мир, 1980.
7. Дж. Чепмен. Практическая органическая масс-спектрометрия. М., Мир, 1988.
8. Метод спиновых меток. Теория и применение. Ред. А. Берлинер. М., Мир, 1979.
9. Н.Н. Зубова, А.П. Савицкий. Молекулярные клеточные сенсоры, созданные на основе цветных флуоресцирующих белков // Успехи биологической химии, т. 45, 2005, с. 391-454.
10. Д.М. Грайфер, Н.А. Моор. Биосинтез белка. Учебное пособие. Новосибирск: Изд-во НГУ. 2011, (Уч.-изд. л. 5,0) 80 с.
11. Воробьев П.Е., Жарков Д.О. Основы молекулярной биологии. Новосибирск: Изд-во НГУ. 2009. 90 с.
12. В.И. Слесарев. Основы химии живого. Санкт-Петербург. Химиздат, 2001

8.2. Примеры вопросов на экзамене:

Билет 1

1. Полифункциональные реагенты для структурно-функциональных исследований белков. Конструирование, примеры использования.
2. Химические реакции по атомам азота пиридиниевого типа в нуклеиновой кислоте. Примеры реакций, протекающих по механизму S_N1.

Билет 2

1. Химический синтез пептидов. Защитные группы уретанового типа. Основные способы введения, удаления защитных групп и механизмы соответствующих процессов.
2. Химическая модификация нуклеиновых кислот, сопровождающаяся расщеплением и перегруппировкой в гетероциклических основаниях.

Билет 3

1. Химическая модификация основных аминокислот при планировании химического синтеза пептидов или при исследовании первичной структуры белков.
2. Общие принципы конструирования аффинных реагентов. Типы реакционноспособных групп в аффинных реагентах.

Билет 4

1. Проблема рацемизации при химическом синтезе пептидов и пути ее решения.
2. Химическая модификация гетероциклических оснований нуклеотидов (пуринов). Примеры реакций, протекающих по механизму S_N1.

Билет 5

1. Методы избирательного введения защитных групп по карбоксильным и аминогруппам боковых радикалов аминокислот при химическом синтезе пептидов.
2. Химическая модификация гетероциклических оснований нуклеотидов (пиримидинов). Примеры реакций, протекающих по механизму присоединения-отщепления.

Билет 6

1. Химические и ферментативные подходы к фрагментации полипептидной цепи. Использование химической модификации функциональных групп белков для изменения специфичности ферментативного гидролиза.

2. Реакции присоединения-отщепления и замещения по атомам углерода гетероциклических оснований в нуклеозидах и нуклеотидах.

Билет 7

1. Общие принципы конструирования полифункциональных реагентов для изучения надмолекулярных комплексов.
2. Химико-ферментативные методы получения фотоактивируемых фрагментов ДНК и РНК.

Билет 8

1. Установление числа и расположения дисульфидных связей в белках.
2. Антисмысловые нуклеиновые кислоты. Примеры синтеза и использования производных олигонуклеотидов.

Билет 9

1. Временные и постоянные защиты аминокислот при химическом синтезе пептидов. Примеры. Механизм введения и удаления защитных групп на любом примере.
2. Кислотно-основные свойства компонентов нуклеиновых кислот. Таутомерия. Расщепление N-C-гликозидной связи в пуриновых и пиримидиновых нуклеозидах при низких значениях рН.

Билет 10

1. Посттрансляционная и химическая модификация белков: ацилирование и ацетилирование белков.
2. Химическая модификация остатков рибозы при химическом синтезе нуклеиновых кислот и с целью получения производных нуклеотидов и олигонуклеотидов.

Билет 11

1. Посттрансляционная и химическая модификация белков: алкилирование белков.
2. Методы определения первичной структуры ДНК и РНК.

Билет 12

1. Методы изучения первичной структуры белка. Метод Эдмана. Роль масс-спектрометрии в определении точек пост-трансляционной модификации белков.
2. Подходы к направленной доставке терапевтических конструкций на основе нуклеиновых кислот в клетки-мишени.

Билет 13

1. Посттрансляционная и химическая модификация белков: фосфорилирование и нуклеотидирование белков. Методы определения точек модификации.
2. Химический синтез фотоактивируемых производных нуклеозид-5’-трифосфатов, модифицированных по гетероциклическому основанию.

Билет 14

1. Общая стратегия выбора защитных групп при синтезе пептидов. Защита функциональных групп ароматических аминокислот.

2. Аналоги олигонуклеотидов с модифицированным углеводным фрагментом. Схема синтеза на любом примере.

Билет 15

1. Определение аминокислотного состава белка. Идентификация и локализация цистинсодержащих пептидов.
2. Способы активации фосфатной группы в нуклеотидах и олигонуклеотидах. Механизмы соответствующих процессов.

Билет 16

1. Общая стратегия определения первичной структуры белков. Методы определения N - и С -концевых остатков в белках.

2. Методы введения репортерных групп в олиго- и полинуклеотиды. Использование олигонуклеотидных зондов при гибридизационном анализе нуклеиновых кислот.

Билет 17

1. Химический синтез пептидов. Способы активации карбоксильной группы. Механизмы соответствующих процессов. Метод Меррифилда.
2. Морфолиновые аналоги моно- и олигонуклеотидов. Подходы к их получению.

Билет 18

1. Посттрансляционная и химическая модификация боковых радикалов серусодержащих аминокислот. Методы определения точек модификации.

2. Блокирование и деблокирование аминогрупп гетероциклических оснований и гидроксильных групп остатков пентозы при химическом синтезе олигонуклеотидов. Механизмы соответствующих процессов.

Билет 19

1. Посттрансляционная и химическая модификация белков: ферментативное и неферментативное гликозилирование белков.
2. 2’-Модифицированные аналоги олигонуклеотидов.

Билет 20

1. Модификация белков путем присоединения простетических групп.
2. Пост-синтетическое введение реакционноспособных групп в олигонуклеотиды.

Билет 21

1. Моно- и поли(ADP-рибозилирование) белков.
2. Циклонуклеозиды (ангидронуклеозиды). Синтез и использование пиримидиновых циклонуклеозидов для получения 2’-модифицированных аналогов нуклеотидов.

Билет 2 2

1. Введение карбоксилатных анионных групп по боковому радикалу глутамата.
2. Влияние вторичной структуры нуклеиновых кислот на реакционную способность гетероциклических оснований (можно на примере реакций с алкилирующими реагентами).

Билет 23

1. Посттрансляционная модификация белков. Изопренилирование и убиквитинилирование белков.

2. Синтез 2’-аминонуклеозидов с целью последующего получения реагентов для модификации белков.

Билет 24

1. Модификация белков с целью изменения биологической функции.

2. Методы получения нуклеозид-5’-трифосфатов.

Билет 25

1. Аффинная модификация как инструмент изучения механизма функционирования надмолекулярных комплексов.

2. Н-фосфонатный метод синтеза олигорибонуклеотидов.

Билет 26

1. Реакции ароматического электрофильного замещения при химической и посттрансляционной модификации боковых радикалов аминокислот.

2. Твердофазный фосфотриэфирный метод синтеза олигонуклеотидов

Вопросы по биофизике

1. Роль и функции биологических мембран.

2. Методы изучения структуры мембраны (электронная микроскопия, рентгено-структурный анализ, оптические и химические методы).

3. Развитие представлений о строении биомембран. Строение клеточной мембраны по Робертсону, Даниели — Давсону, Шостранду и т. д. Современные представления о строении биологических мембран. Модель Зингера — Никольсона.

4. Химический состав биологических мембран: соотношение белков и липидов.

5. Классификация мембранных белков.

6. Строение основных липидов биомембран.

7. Ассиметрия биомембран.

8. Физическая природа сил взаимодействия белков и липидов в структуре мембран.

9. Искусственные фосфолипидные мембраны как модели биологических мембран (липосомы, протеолипосомы).

10. Состояние воды в клетке. Свободная и структурированная вода в клетке.

11. Адгезия живых клеток.

12. Строение канала ионной проницаемости.

13. Фазовые переходы в биологических мембранах.

14. Транспорт веществ через мембрану.

15. Методы изучения проницаемости: изотопный, осмотический, химический, индикаторный.

16. Пассивный транспорт веществ в живой клетке.

17. Проницаемость путем растворения в липидах клеточной мембраны.

18. Проникновение веществ путем простой, обменной и облегченной диффузии.

19. Доказательство существования облегченной диффузии.

20. Модели транспорта веществ с участием подвижных или неподвижных молекул-переносчиков («малая — большая карусель»).

21. Осмос и фильтрация.

22. Ионофоры, структура и механизм функционирования.

23. Классификация и общие принципы управления работы ионных каналов.

24. Общие принципы селективности ионных каналов по Михаэлису, Конвею, Муллнизу, Эйзенману.

25. Активный транспорт веществ в клетке. Классификация систем активного транспорта. Энергетика активного транспорта.

26. Роль Na, К-активируемой АТФазы в переносе ионов через биологические мембраны.

27. Схема функционирования Na, К-АТФазы.

28. Структура Na,K-АТФазы, Са-АТФазы, КН-АТФазы и анион чувствительной АТФазы.

29. Активный перенос сахаров в живой клетке.

30. Симпорт и антипорт.

31. Краткая характеристика потенциалов живой клетки.

32. Потенциал покоя и условия его возникновения.

33. Формула Нернста для расчета абсолютных значений потенциала покоя.

34. Связь по­тенциала покоя с клеточным метаболизмом.

35. Методы измерения биопотенциалов.

36. Потенциал действия.

37. Фазы деполяризации, реполяризации и гиперполяризации.

38. Уравнение Гольдмана.

39. Распространение потенциала действия и кабельная теория.

40. Методы фиксации напряжения. Пэтч-клямп.

41. Метод внутриклеточной перфузии.

42. Современные представления о структуре ионных каналов.

43. Поверхностный потенциал клеток.

44. Модель Гуи — Чапмена.

45. Воротные механизмы потеициалзависимых ионных каналов.

46. Потенциалзависимые Са-каналы, их блокаторы, селективность.

47. Потенциалзависимые К-каналы, их блокаторы, селективность.

48. Потенциалзависимые Na-каналы, их блокаторы, селективность.

49. Биосинтез ионных каналов плазматической мембраны.

50. Электропроводность клеток и тканей для постоянного тока.

51. Виды поляризации.

52. Электропроводность для переменного тока.

53. Область дисперсии.

54. Коэффициент поляризации.

55. Использование электропроводности в медицине.

56. Электрокинетические явления в биологии.

57. Классификация термодинамических систем.

58. Первый закон термодинамики. Доказательство первого закона термодинамики.

59. Энтальпия. Закон Гесса.

60. Второй закон термо­динамики.

61. Энтропия.

62. Свободная энергия и термодинамические потенциалы.

63. Термодинамика стационарного состояния.

64. Уравнение Онзагера.

65. Закон Пригожина и принцип Ле-Шателье.

66. Пути перехода из одного стационарного состояния в другое.

67. Общая характеристика реакций в биологической системе.

68. Понятие математической модели. Задачи математического моделирования.

69. Принципы построения математических моделей биологических систем.

70. Кинетика биологических процессов.

71. Стационарные состояния биологических систем.

72. Устойчивость стационарных состояний.

73. Вопросы кинетики ферментативных реакций.

74. Кинетика простейших ферментативных реакций.

75. Кинетическая модель ферментативного процесса с одним активным комплексом.

76. Стационарная кинетика ферментативных реакций.

77. Уравнение Михаэлиса — Ментен.

78. Влияние различных факторов на кинетику ферментативных реакций (ингибиторы, активаторы, рН среды, ионы металлов).

79. Влияние температуры на скорость реакций в биологических системах.

80. Зависимость константы скорости реакций от температуры.

81. Энергия активации. Коэффициент Вант — Гоффа.

82. Влияние температуры на соотношение между скоростями отдельных стадий сложных процессов.

83. Современные представления о механизмах ферментативного катализа. Строение активного центра и электронные взаимодействия в фермент-субстратном комплексе (примеры).

84. Задачи и методы молекулярной биофизики.

85. Методы ЭПР и ЯМР.

86. Макромолекула как основа организации биоструктур.

87. Общие понятия стабильности конфигурации молекул, энергия связи.

88. Различные типы взаимодействий в макромолекулах.

89. Водородные связи Ван-дер-Ваальса и стабильность вторичной и третичной структуры.

90. Природа гидрофобных взаимодействий.

91. Конформация полипептидной цепи.

92. Стерические карты.

93. Биологические функции белков.

94. Динамика формирования белковой макромолекулы.

95. Свободные радикалы в биологии.

96. Методы изучения свободных радикалов, метод ЭПР.

97. Свободные радикалы при цепных реакциях окисления липидов.

98. Общая характеристика фотохимических реакций и их типы.

99. Основные фотобиологические процессы и их общие закономерности.

100. Основные стадии фотобиологического процесса: возбуждение фоторецептора, миграция энергии возбуждения, первичный фотохимический акт, сопряжение с энзиматическими стадиями, фотофизический эффект.

101. Основы молекулярной организации фоторецепторов.

102. Законы поглощения света и физические процессы в молекулах.

103. Применение закона Ламберта — Бэра, коэффициент поглощения, спектры поглощения биологически важных веществ.

104. Миграция энергии. Процессы растраты энергии и фотохимический акт.

105. Спектр действия и определение спектров поглощения веществ, ответственных за фотопроцесс. Механизмы элементарных фотопроцессов (фотовосстановление, фотоокисление, фотоизомеризация, фоторазложение).

106. Фотосинтез. Спектр действия, поглощение и миграция энергии в фотосинтетической единице. Роль мембранных структур.

107. Термодинамика фотосинтеза.

108. Фотосистемы I и II.

109. Электронно-транспортная цепь и две фотохимические реакции.

110. Фотофосфолирование.

111. Действие УФ-лучей на биологические системы.

112. Общая характеристика УФ-излучения и их влияние на живые объекты.

113. Фотохимические реакции при действии УФ-излучения. Фотореактивация ДНК

114. Фотозащита и бактерицидное действие УФ.

115. Физическая структура ионизирующих излучений: электромагнитных, корпускулярных. Механизмы взаимодействия ионизирующей радиации с веществом. Возбуждение и ионизация.

116. Дозиметрия ионизирующих излучений. Единицы дозы (грей, рентген, бэр).

117. Действие ионизирующей радиации на молекулы воды и макромолекулы (белки, нуклеиновые кислоты и др.)

118. Действие ионизирующей радиации на живые организмы.

119. Относительная биологическая эффективность.

120. Биологический экви­валент рентгена.

121. Летальные дозы.

122. Радиочуствительность раз­личных организмов.

123. Зависимость величины поражения от дозы и мощности дозы.

124. Количественные закономерности лучевого по­ражения.

125. Развитие лучевого поражения во времени.

126. Первичные процессы в живых клетках и тканях при действии ионизирующей радиации.

127. Восстановление после лучевого поражения.

128. Основные биофизические исследования на уровне клетки и организма при действии радиации.

129. Природная и модификационная радиорезистентность.

130. Теории, объясняющие механизм лучевого поражения.

131. Теория попадания и мишени.

132. Радиопрофилактические вещества, их классификация, воз­можные механизмы защиты.

133. Кислородный эффект.

134. Общие понятия клеточной рецепции.

135. Понятие специфичности рецептора.

136. Типы гормональных коммуникаций клеток.

137. Синапс. Зрение.

138. Механизмы зрительного процесса.

139. Клеточные механизмы иммунитета.

 

 

Распространение потенциала действия по миелинизированным волокнам

Механизм проведения возбуждения по нервным волокнам зависит от их типа. Существуют два типа нервных волокон: миелиновые и безмиелиновые.По миелинизированному волокну ПД распространяется скачкообразно (сальтаторное проведение). Для миелинизированных волокон характерна концентрация потенциалзависимых ионных каналов только в областях перехватов Ранвье; здесь их плотность в 100 раз больше, чем в мембранах безмиелиновых волокон. В области миелиновых муфт потенциалзависимых каналов почти нет. ПД, возникший в одном перехвате Ранвье, за счет электрического поля деполяризует мембрану соседних перехватов до критического уровня, что приводит к возникновению в них новых ПД, то есть возбуждение переходит скачкообразно, от одного перехвата к другому. В случае повреждения одного перехвата Ранвье ПД возбуждает 2-ой, 3-ий, 4-ый и даже 5-ый, поскольку электроизоляция, создаваемая миелиновыми муфтами, уменьшает рассеивание электрического поля. Это увеличивает скорость распространения ПД по миелинизированным волокнам по сравнению с немиелинизированными. Кроме того, миелинизированные волокна толще, а электрическое сопротивление более толстых волокон меньше, что тоже увеличивает скорость проведения импульса по миелинизированным волокнам. Другим преимуществом сальтаторного проведения является его экономичность в энергетическом плане, так как возбуждаются только перехваты Ранвье, площадь которых меньше 1 % мембраны, и, следовательно, необходимо значительно меньше энергии для восстановления трансмембранных градиентов Na+ и K+, расходующихся в результате возникновения ПД, что может иметь значение при высокой частоте разрядов, идущих по нервному волокну.Чтобы представить, насколько эффективно может быть увеличена скорость проведения за счёт миелиновой оболочки, достаточно сравнить скорость распространения импульса по немиелинизированным и миелинизированным участкам нервной системы человека. При диаметре волокна около 2 µм и отсутствии миелиновой оболочки скорость проведения будет составлять ~1 м/с, а при наличии даже слабой миелинизации при том же диаметре волокна — 15-20 м/с. В волокнах большего диаметра, обладающих толстой миелинововой оболочкой, скорость проведения может достигать 120 м/с.Скорость распространения потенциала действия по мембране отдельно взятого нервного волокна отнюдь не является постоянной величиной — в зависимости от различных условий, эта скорость может очень значительно уменьшаться и, соответственно, увеличиваться, возвращаясь к некоему исходному уровню.

 

 

Основные формы активного состояния возбудимой ткани – возбуждение и торможение. Возбуждение – это активный физиологический процесс, который возникает в ткани под действием раздражителя, при этом изменяются физиологические свойства ткани. Возбуждение характеризуется рядом признаков:

1) специфическими признаками, характерными для определенного вида тканей;

2) неспецифическими признаками, характерными для всех видов тканей (изменяются проницаемость клеточных мембран, соотношение ионных потоков, заряд клеточной мембраны, возникает потенциал действия, изменяющий уровень метаболизма, повышается потребление кислорода и увеличивается выделение углекислого газа).

По характеру электрического ответа существует две формы возбуждения:

1) местное, нераспространяющееся возбуждение (локальный ответ). Оно характеризуется тем, что:

а) отсутствует скрытый период возбуждения;

б) возникает при действии любого раздражителя;

в) отсутствует рефрактерность;

г) затухает в пространстве и распространяется на короткие расстояния;

2) импульсное, распространяющееся возбуждение.

Оно характеризуется:

а) наличием скрытого периода возбуждения;

б) наличием порога раздражения;

в) отсутствием градуального характера;

г) распространением без декремента;

д) рефрактерностью (возбудимость ткани уменьшается).

Электрограмма-график активности какого-либо органа.Видами электрограмм являются:

Электроэнцефалограмма- график электрической активности головного мозга, получаемый в процессе электроэнцефалографии.

Электрокардиограмма-запись сокращения сердца;

Электромиограмма-запись биоэлектрических потенциалов,возникающих в скелетных мышцах.

Различают также электрограмму сна и т.д