50. Коллагеновые белки зуба

С химической точки зрения, эмаль зрелого зуба состоит из неорганического (около 95% по весу), органического (1−1,5%) компонента и воды (4%). Органический компонент представлен преимущественно коллагеновыми белками, которые (вместе с другими органическими компонентами – углеводами) образуют органическую матрицу – коллагеновые волокна. Эти и другие белки, кроме каркасной, выполняют защитную и регуляторную функцию в процессе реминерализации. Неорганическим компонентом является фосфат кальция в виде апатита Ca5(PO4)3X, где Х – это гидроксильная группа (преимущественно, т.н. гидроксиапатит), фтор, хлор. Биологически образованные фосфаты кальция обычно называют «биологическим апатитом». Состав биологического апатита на самом деле более сложен. Часть ионов кальция замещена ионами магния, стронция, натрия, калия, ионы фосфата частично замещены ионами карбоната, а в качестве Х-ионов присутствуют не только вышеперечисленные, но и карбонат-ионы. Более того, для компенсации электрических зарядов образуются т.н. ионные вакансии, что в целом приводит к нестехиометрическому (переменному) составу биологического апатита. Именно поэтому невозможно говорить о точном химическом составе биологического апатита. Каждый кристалл апатита имеет гидратную оболочку (слой молекул воды, т.н. эмалевая лимфа) и содержит внутрикристаллическую воду. Молекулы воды играют важную роль в ионном обмене при деминерализации и реминерализации эмали. Существенное отличие зубной эмали от обычной костной ткани состоит в том, что эмаль не восстанавливается (в восстановлении обычной костной ткани участвуют специальные клетки – остеокласты и остеобласты). По данным, полученным в последнее время, ультраструктура зубной эмали представляет собой пучки белковых, в основном коллагеновых, волокон, на которых расположены кристаллы биологического апатита (т.н. кристаллические волокна). Кристаллические волокна изогнуты в толще эмали и выпрямлены в ее поверхностном слое. Данные образования обычно называют эмалевыми призмами, что не соответствует их геометрической форме. Компактность и прочность эмали является следствием перехода тесно перевитых между собой кристаллических волокон из одного ряда в другой. В эмали выделяют 3 зоны: внутреннюю (отдельный тонкий слой, примыкающий к

дентину), среднюю

и поверхностную (самый плотный слой жевательной поверхности). Все 3 слоя обладают микропористыми свойствами. Состав внутренней части зуба (дентина) также представлен биологическим апатитом (70−72%, преимущественно гидроксиапатит), органическим компонентом (20%, преимущественно коллаген, но есть и другие белки и углеводы; играют важную регуляторную роль в минеральном обмене) и водой (10%). Дентин составляет основную массу зуба и по структуре напоминает грубоволокнистую кость. В отличие от эмали, дентин пронизан большим количеством дентинных канальцев, заполненных дентинной жидкостью, веществом пульпы, клеточными отростками. Цемент корня имеет наименьшее количество неорганического компонента (50%, в основном фосфаты и карбонат кальция) и пронизан коллагеновыми волокнами и клеточными элементами.

50, 51 – повторение!!!

Органические компоненты зуба.

Органические компоненты зуба – это белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты, витамины, ферменты, гормоны, органические кислоты.

Основу органических соединений зуба, несомненно, составляют белки, которые разделяются на растворимые и нерастворимые белки.

Растворимые белки тканей зуба: альбуміни, глобулины, гликопротеины, протеоглікани, ферменты, фосфопротеин. Растворимые (неколлагеновые) белки характеризуются высокой метаболической активностью, выполняют ферментную (каталитическую), защитную, транспортную и ряд других функций. Наивысшее содержание альбумінів и глобулинов - в пульпе. Пульпа является богатой на ферменты гликолиза, цикла трикарбонових кислот, дыхательной цепи, пептозофосфатного пути расщепления углеводов, биосинтеза белка и нуклеиновых кислот. К растворимым белкам-ферментов принадлежат два важных фермента пульпы – щелочная и киснула фосфатаза, которые принимают непосредственное участие в минеральном обмене тканей зуба.

Щелочная фосфатаза – катализирует перенесение остатков фосфорной кислоты (фосфатных анионов) от фосфорных эфиров глюкозы на органический матрикс. То есть, фермент принимает участие в образовании ядер кристаллизации и, тем самым, способствует минерализации тканей зуба.

Киснула фосфатаза – имеет противоположный, деминерализирующий эффект. Она принадлежит к лизосомальным кислым гідролаз, которые усиливают растворение (“рассасывание”) как минеральных так и органических структур тканей зуба. Частичная резорбция тканей зуба является нормальным физиологичным процессом, но особенно она растет при патологических процессах.

Важную группу растворимых белков составляют гликопротеины. Гликопротеины являются белково-углеводными комплексами, которые содержат от 3-5 до нескольких сотен моносахаридных остатков и могут формировать от 1 до 10-15 олігосахаридних цепей. Обычно содержание углеводных компонентов в молекуле гликопротеинов редко перевищуе 30% массы всей молекулы. В состав гликопротеинов входит: глюкоза, галактоза, манноза, фукоза, N-ацетилглюкозамін, N-ацетилнейрамінова (сіалова) кислота, которые не имеют регулярный повтор (дисахаридних единиц). Сиалови кислоты является специфическим компонентом группы гликопротеинов – сіалопротеїнів, содержание которых является особенно высоким в дентине.

Одним из важных гликопротеинов тканей зуба и костной ткани есть фибронектин. Фибронектин синтезируется клетками и секретируется в межклеточное пространство. Он имеет свойства “липкого“ белка. Связываясь с углеводными группами сіалогліколіпідів на поверхности плазматических мембран, он забеспечує взаимодействую клеток между собой и компонентами межклеточного матрикса. Взаимодействуя с коллагеновыми фибриллами, фибронектин обеспечивает образование перицелюлярного матрикса. Для каждого соединения, с которым он связывается, фибронектин имеет свой, специфический центр связывания.

Содержание растворимых белков в тканях зуба является меньше в сравнении с содержанием нерастворимых белков. Однако ткани зуба являются исключительно чувствительными к уменьшению содержания именно растворимых белков. В частности, при кариесе, в первую очередь нарушается обмен неколлагеновых белков.

Нерастворимые белки тканей зуба представлены преимущественно двумя белками – это коллаген и специфический белок эмали, который не растворяется в ЕДТА (етилендиамінотетраоцтовій кислоте) и Нсl (соляной кислоте). Благодаря чрезвычайно высокой стойкости, этот белок эмали исполняет роль скелета всей структуры эмали, образовывая каркас – “корону” на поверхности зуба.

Коллаген – особенности строения, роль в минерализации зуба. Коллаген является основным фібрилярним белком соединительной ткани и главным нерастворимым белком в тканях зуба. Его содержание составляет около трети всех белков организма. Больше всего коллагену в сухожилиях, связках, коже (выдублена кожа одежды – это практически 100% коллаген), хрящах, костной ткани и тканях зуба.

Коллаген имеет уникальную структуру, которая получила название коллагеновая спираль, – она является левозакрученной спиралью, которая существенно отличается от структуры -спіралі белков. На один виток коллагеновой спирали приходится 3 аминокислотных остатки (а не 3,6 - как в -спіралі), но шаг спирали является значительно больше (0,9 нм), чем в -спіралі (0,54 нм). То есть, первичная коллагеновая спираль является более вытянутой и менее закрученной. Такая структура предопределяется специфической аминокислотной последовательностью. Каждая третья аминокислота в цепи являются глицином (его содержание составляет 33-35%), 11% составляет содержание аланіну.