Основы нейробиологии (576,00 руб.)

Стр.3

Стр.4

Стр.5

Стр.6

Стр.7

Стр.8

Стр.9

УДК 577.25(075.8) ББК 28.7 я73 К 91 Печатается по решению кафедры физиологии человека и животных Академии биологии и биотехнологии им. Д. И. Ивановского Южного федерального университета (протокол № 5 от 27 апреля 2021 г.) Рецензенты: доцент кафедры «Биология и общая патология» Донского государственного технического университета, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник И. В. Соболева; заведующий кафедрой физиологии человека и животных Академии биологии и биотехнологии им. Д. И. Ивановского Южного федерального университета, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Е. К. Айдаркин Кундупьян, О. Л. К 91 Основы нейробиологии : учебник / О. Л. Кундупьян, А. С. Фомина, М. Ю. Бибов ; Южный федеральный университет ; Донской государственный технический университет ; Ростовский государственный медицинский университет. — Ростов-на-Дону ; Таганрог : Издательство Южного федерального университета, 2022. — 384 с. ISBN 978-5-9275-4062-4 Cодержит полное и систематическое изложение материала, входящего в учебную программу курса «Нейробиология», изучаемую студентами специальности «Биология» Академии биологии и биотехнологии им. Д. И. Ивановского Южного федерального университета. Последовательно рассматриваются следующие темы: архитектоника нервной системы, нейрогенез зрелой ЦНС, роль астроглиальных клеток в ЦНС, строение и функции гематоэнцефалического барьера, особенности организации синапсов, молекулярные механизмы внутриклеточной сигнализации в нервной ткани, нейромедиаторные системы мозга, механизмы сна и бодрствования, нейродегенеративные заболевания ЦНС. Содержит тестовые задания и ситуационные задачи. Предназначен для студентов, которые обучаются по программам бакалавриата и магистратуры в области физиологии, нейробиологии, психофизиологии и психоневрологии. ISBN 978-5-9275-4062-4 УДК 577.25(075.8) ББК 28.7 я73 © Южный федеральный университет, 2022 © Кундупьян О. Л., Фомина А. С., Бибов М. Ю., 2022 © Оформление. Макет. Издательство Южного федерального университета, 2022

Стр.3

Содержание Введение ......................................................................................... 9 1. Архитектоника нервной системы. Основные эволюционные этапыипринципы формирования нервной системы ..................... 11 1.1. Нервная сеть кишечнополостных (Coelenterata): наиболее простойпринцип организации нервной системы ........................ 11 1.2. Особенности организации нервной системы плоских червей (Plathelminthes): централизация и цефализация нервной системы ....................................................................................... 16 1.3. Особенности строения нервной системы кольчатых червей (Annelida) и членистоногих (Arthropoda) ...................................... 18 1.4. Основные принципы организации нервной системы у хордовых (тип Chordata)............................................................ 19 1.5. Развитие нервной системы позвоночных ................................... 22 2. Роль и значение астроглиальных клеток в ЦНС ............................ 30 2.1.Общая характеристика глиальных клеток ................................... 30 2.2.Характеристика и функции астроцитов ....................................... 31 2.3.Нейрон-глиальные взаимодействия ............................................ 33 2.4.Нейроваскулярное сцепление (coupling) ..................................... 36 2.5.Кальциевые волны в астроцитах ................................................ 36 2.6.Синантоциты— новый подтип глии ............................................. 39 2.7.Роль и значение астроглии при патологии головного мозга ....... 41

Стр.4

4 О. Л. Кундупьян, А. С. Фомина, М. Ю. Бибов. Основы нейробиологии 3. Нейрогенез в зрелой ЦНС ............................................................ 47 3.1.Общая характеристика процесса нейрогенеза ............................ 47 3.2.Оценка процессов нейрогенеза с помощью специфических маркеров ............................................................ 53 3.3.Нейрогенез и микроглия ............................................................. 54 3.4.Регуляция процессов нейрогенеза в зрелом мозге посредствомнейромедиаторов .................................................. 55 3.5.Адаптивная роль нейрогенеза..................................................... 56 4. Строение и функции гематоэнцефалического барьера ................... 64 4.1.Общий план строения гематоэнцефалического барьера ............. 64 4.2.Транспорт веществ через гематоэнцефалический барьер .......... 68 4.3.Нарушения гематоэнцефалического барьера.............................. 69 5. Нейробиология синаптических контактов ..................................... 72 5.1.Общая характеристика синаптических контактов ....................... 72 5.2.Электрические синапсы .............................................................. 73 5.3.Химические синапсы ................................................................... 76 5.4.Везикулярная гипотеза высвобождения медиатора ................... 78 5.5.Передача возбуждения в химическом синапсе ........................... 83 6. Молекулярные механизмы внутриклеточной сигнализации в нервной ткани ......................................................................... 91 6.1. GPCR-зависимые механизмы внутриклеточной сигнализации, опосредованные G-белками ........................................................ 92 6.1.1. Общие принципы G-белок-зависимой сигнализации ......... 94 6.1.2. Цикл G-белков .................................................................... 97 6.1.3. Роль субъединиц G-белков в трансдукции сигнала ........... 99 6.2. Эффекторные ферменты, ионные каналы и мембранные переносчики, модулируемые G-белками ................................... 101 6.2.1. Роль аденилатциклазы в процессах сигнализации, опосредованных G-белками ............................................ 101 6.3. Фосфолипиды как источники вторичных мессенджеров .......... 104 6.3.1. Роль ДАГ в качестве вторичного мессенджера ............... 107

Стр.5

Содержание 5 6.3.2. Роль ИФ3 6.3.3. Роль фосфолипазы А2 в качестве вторичного мессенджера ............... 108 , арахидоната и различных метаболитов инозитола вовнутриклеточной сигнализации ...... 110 6.4. Сигнальный механизм PI3K/Akt/PKB/mTOR .............................. 111 6.5. Роль ионов Ca2+ 6.5.1. Биологические эффекты Ca2+ опосредованныекальмодулином .................................... 113 в качестве вторичных мессенджеров ............. 112 , 6.6. Роль NO в регуляции активности гуанилатциклазы .................. 114 6.6.1. Активация гуанилатциклазы ........................................... 117 6.6.2. цГМФ-фосфодиэстераза как эффекторный фермент вфор ми ровании зрительного восприятия упозвоночных 117 6.7. Регуляция работы ионных каналов G-белками ......................... 118 6.8. Роль протеинкиназ в регуляции активности клеток нервнойткани ........................................................................... 120 6.8.1. Строение и функции протеинкиназы А ............................ 123 6.8.2. Строение и функции Са2+ протеинкиназ ................................................................... 128 6.8.3. Структура и функции протеинкиназы С (ПКС) .................. 132 -кальмодулин-зависимых 6.8.4. Роль тирозинкиназ в регуляции роста идифференцировкиклеток ............................................. 134 6.9. Протеинфосфатазы ................................................................... 137 6.9.1. Строение и принципы регуляции РР-1 икальцинейрина ... 138 6.9.2. Протеинфосфатаза-1 (РР-1) .............................................. 140 6.9.3. Кальцинейрин (РР-2В) ...................................................... 140 6.10. Взаимодействие между различными сигнальными механизмами внейронах головного мозга ............................. 143 6.11. Механизмы внутриклеточной сигнализации, действующие науровне регуляции экспрессии генов ................................... 144 6.11.1. Внутриклеточные сигналы, оказывающие влияние науровень транскрипции ............................................. 148 6.11.2. Роль цАМФ и Са2+ в регуляции экспрессии генов ........ 150 6.11.3. Транскрипционные факторы семейства AP-1 .............. 153 6.11.4. Гены немедленного раннего ответа ............................. 154 6.11.5. Регуляция гена c-fos ..................................................... 155 6.11.6. Регуляция гена c-jun ..................................................... 156 6.12. Краткое содержание главы ..................................................... 156

Стр.6

6 О. Л. Кундупьян, А. С. Фомина, М. Ю. Бибов. Основы нейробиологии 7. Механизмы бодрствования и сна ................................................162 7.1.Механизмы медленноволнового сна ........................................ 165 7.2.Механизмы быстрого сна .......................................................... 170 7.3.Роль мелатонина в регуляции цикла «бодрствование-сон» ...... 173 7.4.Теории, объясняющие биологическую необходимость сна ....... 174 7.4.1. Висцеральная теория ....................................................... 174 7.4.2. Биофизическая теория сна .............................................. 175 7.4.3. Теория синаптического гомеостаза ................................. 176 7.5.Нарушения сна .......................................................................... 177 8. Медиаторные системы мозга .....................................................184 8.1. Строение и функции рецепторов нейромедиаторов ................. 187 8.2. Строение и функции ионотропных рецепторов ......................... 188 8.2.1. Строение и функции рецептора глицина.......................... 188 8.2.2. Ионотропные рецепторы пуриновых нуклеотидов .......... 189 8.2.3. Метаботропные рецепторы, ассоциированные сG-белками: семейство рецепторов GPCR ...................... 189 8.3. Медиатор ацетилхолин.Общая характеристика ....................... 205 8.4. Ионотропные рецепторы........................................................... 208 8.4.1.Строение и функции ацетилхолинового рецептора ......... 208 8.4.2.Строение и функции нейрональногорецептораnAChR .... 217 8.5. Мускариновый рецептор ацетилхолина (mAChR) ..................... 220 8.6. Роль ацетилхолина в механизмах памяти ................................ 221 8.7. Патология холинергической системы ....................................... 222 8.8. Медиатор норадреналин ........................................................... 226 8.8.1. Общая характеристика норадреналина ........................... 226 8.8.2. Адренергические рецепторы ........................................... 229 8.8.3. Роль норадреналина в механизмах памяти .................... 229 8.8.4. Нарушение работы адренергической системы ................ 230 8.9. Медиатор дофамин ................................................................... 234 8.9.1. Метаботропные рецепторы дофамина ............................ 236 8.9.2. Патология дофаминергической системы ........................ 237

Стр.7

Содержание 7 8.10. Медиатор серотонин ............................................................... 241 8.10.1. Особенности строения ионотропного серотонинового рецептора 5-НТ3 ............................................................... 242 8.10.2. Метаботропные рецепторы серотонина ........................ 243 8.10.3. Патология серотонин ергической системы .................... 243 8.11. Медиатор ГАМК ....................................................................... 249 8.11.1. Особенности строения и функций рецептораГАМКА 8.11.2. Метаботропный рецептор γ-аминомасляной кислоты (ГАМКБ ) ............................................................................. 252 8.11.3. Патология ГАМК-эргической системы ........................... 253 8.12. Медиатор глутамат .................................................................. 257 8.12.1. Строение и функции ионотропного рецептора глутаминовой кислоты (Glu) ............................................ 258 8.12.2. NMDA-независимые рецепторы Glu ............................... 259 8.12.3. NMDA-зависимые рецепторы Glu ................................... 263 8.12.4. Метаботропные рецепторы глутаминовой кислоты (Glu) .. 266 8.12.5. Патология глутаматной системы ................................... 268 8.13. Гистамин .................................................................................. 271 8.13.1. Патология гистаминергической системы мозга ............ 272 9. Нейробиология болезни Альцгеймера .........................................276 9.1.Общая характеристика заболевания ......................................... 276 9.2.Стадии болезни Альцгеймера ................................................... 277 9.3.Причины возникновения заболевания ипатологическаяанатомия ....................................................... 278 9.4.Гипотезы возникновения болезни Альцгеймера ....................... 280 9.4.1. Холиновая гипотеза ......................................................... 281 9.4.2. Гипотеза накопления дефектного β-амилоида итау-белка ....................................................................... 282 9.4.3. Кальциевая гипотеза болезни Альцгеймера— гипотеза«кальциевого дисгомеостаза» .......................... 284 9.4.4. Нарушение функции митохондрий в нейронах ................. 287 9.4.5. Норадренергическая гипотеза— дисбаланс активации рецепторов к норадреналину ........................................... 288 9.5.Роль периваскулярных пространств Вирхова— Робена ввозникновении болезни Альцгеймера .................................... 289 ..... 250

Стр.8

8 О. Л. Кундупьян, А. С. Фомина, М. Ю. Бибов. Основы нейробиологии 10. Нейробиология болезни Паркинсона ..........................................296 10.1.Общая характеристика заболевания ...................................... 296 10.2.Патологоанатомическая картина болезни Паркинсона— гибель дофаминергических нейронов .................................... 297 10.3.Дефектный α-синуклеин как фактор гибели дофаминергических нейронов ............................................... 299 10.4.Нейрохимические нарушения при болезни Паркинсона ........ 304 10.5.Митофагия при болезни Паркинсона...................................... 306 11. Нейробиология эпилепсии ........................................................315 11.1.Общая характеристика заболевания ...................................... 315 11.2.Типы эпилептических расстройств ........................................ 318 12. Нейробиология шизофрении .....................................................326 12.1.Общая характеристика заболевания ...................................... 326 12.2.Теории возникновения шизофрении ...................................... 328 12.2.1. Нейроанатомическая теория ...................................... 328 12.2.2. Нейрохимическая теория ............................................ 331 12.2.3. Гипотеза митохондриальной дисфункции ................... 334 Ключи к тестовым заданиям .........................................................339 Список сокращений ......................................................................343 Список использованной литературы ...............................................344

Стр.9