БИОХИМИЯ МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ТКАНЕЙ ЗУБА Ассистент Демьяненко Е.В. ГУ ЛНР

УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ СВЯТИТЕЛЯ ЛУКИ»
Кафедра медицинской химии

в онтогенезе.








Однако в их развитии есть общие черты:

Межклеточный матрикс заполнен

минералами.

Принцип минерализации единый – минерализации подвергается матрица, представленная белками, которые синтезируются бластными клетками матрикса. Большинство этих белков способны связывать Са++ за счет наличия в них фосфосерина, глутамата и аспартата ( «-»заряд)

и протеогликанов лизосомальными ферментами – протеазами, гликозидазами, фосфатазами, - и

вытеснение Н2О.
Различия в общих путях метаболизма биомолекул носят количественный, а не качественный характер: в них протекают (с разной скоростью в разные периоды морфогенеза) анаэробное и аэробное окисление углеводов, ЦТК, ПФЦ, окисление ВЖК, синтез и потребление АТФ, биосинтез и распад нуклеиновых кислот, биосинтез и распад белков и протео-гликанов (не относится к зрелой эмали); процессы минерализации и деминерализации.
Поддержание гомеостаза по окончанию морфогенеза поддерживается за счет пульпы, клеточного цемента, периодонтальных волокон и слюны ( в эмале – в основном за счет слюны).

апатит – гидроксиапатит: Са10 (РО4)6 (ОН)2.
Молекула его электронейтральна.(+20; -20)
Если

молекула находится в нейтральном состоянии, то соотношение Са/Р (кальциево-фосфатный коэффициент) составляет 1,67 (10:6). Это идеальное соотношение.
Кальциево-фосфатный коэффициент может меняться от 1,3 до 2,0 (кристаллы неустойчивые), т.к. кол-во Са2+ может колебаться от 8 до 12, что меняет заряд молекулы.
В кристаллической решетке апатита могут быть вакантные места, на которые могут встраиваться другие ионы.
Это снижает устойчивость кристаллов, снижает резистентность кристалла к разрушению. В глубь ионной решетки кристаллов гидроксиапатитов за счет изоморфного замещения также могут включаться Са2+ РО44-, СО3-, Sr2+ ,F-. Интенсивность замещения зависит от содержания ионов-заместителей в слюне и в крови, а значит от характера питания и качества воды.

цементе.
Са10 (РО4)6 F.ОН (гидрофторапатит)
Са10 (РО4)6 F2 (фторапатит)
Эти соединения

устойчивы к растворению в кислой среде. Повышают резистентность к кариесу. С этим связана профилактическое действие фтора.

ФТОРАПАТИТЫ

При высоких концентрациях фтора образуется
фторид Са – CаF2, нерастворимое соединение.
Он не образует кристаллы, быстро исчезает из ткани, (вызывая повреждение ткани) – флюороз.
Большое количество фтора у младенца сопровождается развитием несовершенного амелогенеза, угнетает пролиферацию амелобластов, приводит к нарушению образования фосфосерина (связывается с гидроксильными группами серина) , фтор способен связываться с активным центром сериновых протеаз , ингибируя их, что ограничивет протеолиз белков эмалевого матрикса при созревании эмали.
Поэтому для флюороза характерно более высокое содержания белка в эмали зрелого зуба и уменьшение количества апатитов, что сопровождается изменением проницаемости эмали.

Отрицательная роль ионов фтора при высоком содержании

более хрупкие, более аморфные, неустойчивые в кислой среде. Снижается резистентность

к кариесу.

Образуются:
на поверхности эмали за счет НСО3-образующимся при аэробном окислении глюкозы в зубном налете аэробными организмами;
в непосредственной близости от эмалево-дентиновой границы за счет продукции НСО3- при аэробном окислении глюкозы в одонтобластах.
Кол-во карбонатапатитов увеличивается при употреблении пищи, богатой углеводами; бесконтрольном потреблении газированных напитков

КА
Р
БОНАТАПАТИТЫ

Sr в условиях высокой концентрации Sr в воде и почве.

Sr входит в решетку, но не удерживается, это приводит к порозности, хрупкости тканей (болезнь Кашина-Бека или «уровская болезнь»). Впервые описана в Забайкалье вблизи реки Уров (много стронция).
Поражает весь костный скелет

МАГНИЕВЫЕ АПАТИТЫ
Са9Mg(РО4)6 (ОН)2
В эмали (незначительно), в дентине (больше на эмалево-дентиновой границе), зубные, слюнные камни

Гидроксиапатит – как результат несовершенного замещения в кислой среде.
Заместитель Са++протон не удерживается в решетке в силу малого размера. Кристалл разрушается. Са9 2Н+(РО4)6 (ОН)2 При бесконтрольном потреблении кислых соков, содержащих много орган. кислот, при диссоциации которых высвобождаются протоны. (может при сахарном диабете) – эрозия эмали зуба

Защищает дентин и пульпу от физических,химических,бактериальных воздействий.
В процессе амелогенеза в

клетках ткани активно обменные процессы. Зрелая эмаль характеризуется низким обменом веществ, но обладает достаточной проницаемостью для минеральных компонентов;
Транспорт веществ через эмаль осуществляется одновременно в двух направлениях- из крови через пульпу и дентин; из ротовой жидкости.
В эмали постоянно идут процессы поддержания постоянства ее состава за счет де- и реминерализации( минеральных компонентов) за счет электролитов слюны. В основе процессов лежит способность кристаллов апатитов к ионному обмену и способность белков эмали к химической связи с гидроксиапатитами.
Благодаря своему строению и химическому составу, эмаль обладает высокой резистентностью. Ее проницаемость может увеличиваться под действием органических кислот, высоких температур, деятельности микробов, под действием гормонов- кальцитониина, паратгормона, паротина.

химических элементов в разных слоях эмали
В 12-13 лет наибольшее количество

минералов в поверхностном слое эмали, наименьшее – области эмалево-дентинной границы.

I - молекула гидрооксиапатита,
II – кристалл гидрооксиапатита
(около 2 500 молекул)
III - эмалевая призма (от нескольких тысяч до 1 млн. кристаллов)
IV - пучки эмалевых призм

УРОВНИ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ЭМАЛИ

твердая и плотная ткань организма. Минеральный компонент зрелой эмали составляет

95% (первичная,незрелая эмаль на стадии вторичной минерализации - 70%). Основная масса неорганический компонентов представлена кристаллами гидроксиапатита (75%), карбонатапатита (12%), фторапатитов (около1%) и незначительно другими, прочно связанных с органическим компонентом.
Имеются и аморфные участки неорганического компонента, ионы 43 макро- и микроэлементов, распределение которых строго закономерно – снижением их концентрации в направлении от поверхности зуба к дентину.

энамелобластов (амелобласты, адамантобласты).
Энамелобласты на первой стадии амелогенеза секретируют в

матрикс специфические белки, обеспечивающие формирование матрицы минерализации.
Эмбриональная эмаль содержит их 20% от массы тканей, зрелая эмаль - 1% (амелогинины и фосфопротеиды). Основными белками являются амелогинины и энамелины; тафтелин (все гликофосфопротеиды), кальцийсвязывающие белки.
Роль амелогининов – организация будущего кристалла определенной формы. Особенность матричных белков в аминокислотном составе, в частности в них много сер, лиз, тир, способных к фосфорилированию (центры минерализации, способные далее присоединять ионы Са.

центры минерализации неактивны, они заблокированы. После прорезывания белки подвергаются ограниченому

протеолизу (специфические протеазы) и освобождаются центры минерализации.
В местах минерализации активируется щелочная фосфатаза (синтез в остеобластах) . Она высвобождает органический фосфат, который идет на фосфорилирование аминокислот в структуре матричных белков в центрах минерализации. Донор фосфатной группы – АТФ. Роль индукторов минерализации –чаще серин, лизин, тирозин.

Белки эмали

специфической формы.
Тафтелин имеет сродство к ионам Р и Са

– необходим только на начальной стадии образования центров минерализации. Тафтелин – фосфорилированный гликопротеид, интегрирующий белок, который осуществляет связь между эмалью и дентином.
В матрице эмали также содержится небольшое к-во протеогликанов.
Для образования и роста кристаллов гидроксиапатитов необходимы высокая концентрация ионов Са. Транспорт ионов Са к матричным белкам осуществляют кальцийсвязывающие белки, содержащие в своем составе карбоксильную группу вƔ- положении (для их образования необходим витамин К).
Окончательная минерализация происходит после прорезывания зуба. Неорганические в-ва поступают в основном слюны из слюны и со стороны дентина.
Созревание эмали сопровождается снижением кол-ва органического компонента, в частности белков, углеводов; В зрелой эмали амелобласты погибают (апоптоз)

в энамелобластах.
Этому может способствовать также и употребление препаратов тетрацик-линового ряда

беременными женщина-ми, младенцами – ингибиторов матричного синтеза амелогининов и соответственно снижению роста кристаллов. Возникает множественная гипоплазия эмали (тетрациклиновые зубы).
Гипоплазие могут способствовать метаболические нарушения при гипоксии плода, дефицит АТФ. Это сказывается на фосфорилировании аминокислот матричных белков, а в последствии на снижении способности связывания ими ионов кальция при минерализации эмали.

«ТЕТРАЦИКЛИНОВЫЕ» МОЛОЧНЫЕ И ПОСТОЯННЫЕ ЗУБЫ

и цемента.
Обновляется в течении жизни человека, как и кость. После

прорезывания зуба дентиногенез замедляется.
В обеспечении метаболизма основную роль играет пульпа. Формирование дентина обеспечивают секреторно-активные одонтобласты, образующиеся в пульпе. Одонтобласты секретируют в матрикс коллагеновые белки (I типа), неколлагеновые белки (кислые фосфопротеиды, богатые аспарагиновой кислотой и фосфосерином); глюкозаминогликаны (в .ч. гиалуроновую кислоту), ФЛ, цитраты ( из ЦТК).
При повреждении дентина одонтобласты восстанавливают матрицу минерализации и, таким образом, регулируют минерализацию (существует терапия, активирующая этот процесс).

от 30000 до 75000 на 1 кв.мм дентина.
В дентинных трубочках

(канальцах) циркулирует дентинная жидкость, которая доставляет органические и неорганические вещества, участвующие в обновлении дентина.
В дентине происходят выраженные обменные процессы.

протеогликаны, кристаллы гидрооксиапатита)
Дентинные трубочки (отростки дентинобластов, нервные волокна,

дентинная жидкость)

10% воды от общей массы.
Качественный спектр схож с костной

тканью и эмалью, отличается количественно и представлен в основном Са, РО4 (меньше, чем в эмали), Mg, Na (больше чем в эмали), CI.
Из микроэлементов в основном - Si, Fe+3, Ba, Zn,Pb. Основной компонент – кристаллы гидроксиапатита (однако, суммарный химический состав его не совпадает с формулой идеального гидроксиапатита) и его производные (повышено содержание фторапатитов). Кроме кристаллов – аморфные фосфат кальция и карбонат натрия. Размер кристаллов меньше, чем в эмале.

основной компонент матрицы минерализации;
белки, способные связываться с ионом фосфора

и кальция;
глюкозаминогликаны, протеогликаны,
ФЛ - компоненты матрикса минерализации,
моносахара необходимые для гликозилирования протеинов и источники энергии;
гликоген – источник глюкозы;
цитрат (1% из ЦТК) - депо (у цитрата три СОО- ) и транспортная форма Са++ к поверхности растущего кристалла.

Ферменты: щелочная фосфатаза, синтезируемая одонтобластами, катализиру-ющая отщепление фосфатного иона, необходимого для мине-рализации, от фосфооргани-ческих соединений (часто от АТФ).
Ферменты гликолиза, ЦТК, трансаминазы т.к. в клетках дентина проте-кают все эти процессы.
Факторы роста и др. пептиды влияющие на пролиферцию одонтобластов.
Растворимые белки, проникающие в дентин из крови – сывороточные белки – альбумины, α-, β-, Ɣ- глобулины.

матрицу минерализации.
Основа матрицы – коллаген I типа (95% от

белковой фракции).
Неколлагеновые белки:
Фосфофорин – специфический белок, синтезируется только в одонтобластах (50% от всех неколлагеновых белков). Содержит большое количество серина, который способен активно фосфорилироваться ( по ОН-группе), а значит способен в дальнейшем связываться с Са. и способен связываться с коллагеном. Его роль в образовании первичных кристаллов между фибриллами коллагена.
Остеонектин – гликопротеид, имеет центры связывания с ионами Са и РО4 и функциональными группами коллагена, располагается между фибриллами коллагена, формирует центры кристаллизации и инициирует процесс минерализации. В матриксе дентина в период развития.

Характеристика белков дентина, участвующих в минерализации

ионы Са через фосфосерин) –участвует в формировании и росте кристаллов

апатитов только в дентине).
Са- связывающие белки – (Gla-белки), содержащие остатки Ɣ-глютаминовой кислоты, способные связывать ионы кальция необходимые для роста кристаллов. Для синтеза Gla-белков на посттрансляционном уровне для карбоксилирования глутаминовой кислоты необходим витамин К.
Морфогенетический белок кости (МБК) – кислый гликофосфопротеид. Один из пептидов, относящийся к семейству факторов роста. Секретируется в пульпе в ответ внешние раздражители ( эрозия, травма) одонтобластами для образования заместительного дентина.

Характеристика белков дентина, участвующих в минерализации

относится группе Са-связывающих белков.
За счет Ɣ-карбоксильной группы глютаминовой связывается

с Са++ в межклеточном веществе. Это приводит к снижению содержания свободных Са++, уменьшается связывание Са++ с остеонектином, это замедляет центры минерализации, снижается скорость минерализации и кость не подвергается излишней минерализации.
Остеокальцин – маркер ормирования костной ткани.
Синтезируется в остеобластах, поступает во внеклеточный матрикс, чачтично в кровоток.
Снижение его содержания ведет к активации минерализации.

Характеристика белков дентина, участвующих в минерализации

межклеточное вещество,
клеточный цемент (вторичный) – клетки: цемен-тоциты,

цементобласты и обызвествленное межклеточ-ное вещество.

Участие в поддерживающем аппарате зуба.
Участие в репаративных и компенсаторных процессах.

ФУНКЦИИ ЦЕМЕНТА

лимфатических сосудов и нервов.
По периферии пульпы располагаются в несколько слоев

клетки-одонтобласты, отростки которых, пронизывая через дентинные канальцы всю толщу дентина, осуществляют трофическую функцию.
В состав отростков одонтобластов входят нервные элементы, проводящие болевые ощущения при механическом, физическом и химическом воздействии на дентин.

веточкам соответствующих артерий и нервов челюстей.
Пульпа способствует регенеративным процесса, которые

проявляются в образовании заместительного дентина при кариозном процессе.
Пульпа является биологическим барьером, препятствующим проникновению микробов из кариозной полости через канал зуба за пределы зуба в периодонт.

а) наружная зона (бесклеточная) - содержит сеть кровеносных капил-ляров

и нервных волокон
б) внутренняя зона – (клеточная) - содержит малодифференцированные клетки.
3. Центральный слой - содержит сосудисто-нервные пучки.

ФУККЦИИ ПУЛЬПЫ
Пластическая – образование дентина.
Трофическая – питание дентина.
Сенсорная – содержит большое количество нервных окончаний.
Защитная – развитие гуморальных и клеточных иммунных реакций, воспаления.
Репаративная – выработка заместительного дентина.

камеры.
Уменьшение количества клеток (до 50 %).
Увеличение

количества коллагеновых волокон и обызвествленных структур.

системными (гормонами) и местными, секретируемыми клетками кости (факторы роста, цитокины

и др.) и витаминами. Действие этих факторов изучено в основном на кости.
Необходимым условием развития костных тканей является баланс между количеством и активностью остеокластов и остеобластов, которые синтезируют необходимые матричные белки, ГАГ, кальцийсвязывающие белки, факторы роста и др, определяющие формирование матрицы; баланс между продукцией RANKL и остеопротегерином и оптимальное соотношение, в первую очередь, ионов кальция и фосфора.

– способствует активации метаболических процессов в остеобластах, способствует минерализации.
Паротин –

гликопротеин (околоушная, поднижнечелюст-ная железа) усиливает поступление Са в дентин.
Глюкокортикоиды
Инсулиноподобный фактор роста- IGF-1- стимулирует пролиферацию и дифференцировку остеобластов. В период роста и развития секреция усиливается, при остеопорозе снижается.
Трансформирующий фактор роста- TGF-β – стимулирует в остеобластах синтез коллагена I, щелочной фосфатазы, которая повышает концентрацию РО4 в зоне минерализации.
Тромбоцитарный фактор роста –PDGF – активирует в остеобластах матричные синтезы ( синтез ДНК, РНК, белка).
В связи с этим в стоматологической практике исполь-зуется тромбоцитарная масса – плазма крови, обогащенная тромбоцитами, которые синтезируют эти факторы

плане зуба – способствует развитию и дифференциации клеток в эмбриональном

развитии – остеобластов, амелобластов, цементобластов
Витамин Д3 необходим для образования гормональной форма кальцитриола
Витамин С – для поддержания Fе++ - кофактора пролилгидроксилазы, лизилгидрооксилазы на стадии образования про –альфа-цепей коллагена.
Витамин В6 – кофактор медьзависимой лизилоксидазы на стадии образования поперечных сшивок лиз-лиз при формирования зрелого коллагена.
Витамин К- на стадии гамма - карбоксилирования глютаминовой кислоты на стадии образования кальцийсвязывающих белков ( Gla-белков)