33. Биохимический состав эмали: характеристика органических и минеральных компонентов эмали зуба. Характеристика апатитов.

Зубы представляют довольно сложно устроенный орган, состоящий из разных тканей, отличающихся по строению и происхождению. В состав зубов входят три вида плотных тканей: эмаль, дентин и цемент, а также разновидность рыхлой соединительной ткани, входящей в пульпу зуба.

Особенностью эмали является то обстоятельство, что сразу после ее формирования она утрачивает клетки - главные носители жизни. Зрелая эмаль становится объектом воздействия различных факторов. Не имея своих клеток, она поддерживает нормальное состояние в течениедлительного времени. Эмаль отличается еще и тем, что это самая твердая ткань. По шкале твердости она приближается к кварцу.

Основу зуба составляет дентин. Эта часть зуба менее минерализована. В дентине, в отличие от эмали, имеются клетки, одонтобласты, которые покрывают внутреннюю часть зуба, его полость. Эти клетки позволяют дентину сохранять способность к регенерации в течение всей жизни зуба.

Компоненты	Эмаль	Кость	Дентин
Незрелая	Зрелая	Вес %	Вес %
Вес %	Объем %	Вес %	Объем %
Неорганические вещества
Органические вещества			0,1	0,3
Вода			3,9	11,7	остатки	остатки
Основной органический компонент	Амелогенины и энамелины	Нерастворимые белки	коллаген	коллаген
Неорганический компонент	Апатитные фосфаты кальция	Апатитные фосфаты кальция
Плотность, г/см3	1,45	2,9-3,0	2,01-2,05	2,0-2,30
Размеры кристаллов	Уплощенные гексагоны, около 30 нм в поперечнике, в длину 0,1-5 мкм и более	50х20х20 нм

Компонент	Содержание, весовые %
Са	33,6-39,4
Р	16,1-18
СО2	1,95-3,66
Натрий	0,25-0,90
Магний	0,25-0,56
Хлор	0,19-0,30
Калий	0,05-0,30

Корень зуба покрыт тонким слоем цемента, который по многим показателям не отличается от костной ткани. Корень зуба прочно вставляется в костную ткань и прикрепляется перидонтальными связками.

До прорезывания зубов эмаль покрыта мембраной, содержащей бесклеточный слой (толщина ~ 1 мкм) и слой (толщина ~ 10 мкм), который состоит из клеток, производивших эмаль. Эта мембрана после прорезывания быстро разрушается, а зубы покрываются кутикулой, состоящей из органической матрицы слюнного происхождения и десквамированного эпителия. На поверхности её находятся бактерии. Синтезируемые ими продукты и мертвые бактерии создают так называемые бляшки. Бляшки могут кальцифицироваться с образованием зубных камней.

Главные компоненты твердых тканей приведены в таблице 19.9. Большую часть зрелой эмали составляют неорганические вещества (96%). В незрелой формирующейся эмали их намного меньше - всего 5%, в эмали молочных зубов - 80%. На долю органических молекул приходится 1,5-2,0%, 18-20% и 20%, соответственно.

Вода составляет 2-3% для зрелой и до 20% - для незрелой эмали. Она там находится в связанном состоянии с органическими и минеральными компонентами. Основная масса неорганических компонентов представлена кристаллами гидроксиапатита (75%), карбонатного апатита (12%), фторапатита (1%) и других форм апатитов. Имеются и аморфные участки неорганического матрикса.

Кроме солей фосфата кальция в составе эмали обнаружены свыше 30 разных элементов. Вторым по популярности после кальция является магний (0,3-0,9%). В относительно больших количествах присутствуют цинк (20-25 мг на 100 г сухого остатка), железо (от 2 до 40 мг на 100 г). Минеральный состав эмали может колебаться в зависимости от характера питания, но процентное соотношение кальция, фосфора и карбоната довольно постоянно. Содержание стронция, свинца и некоторых других микроэлементов в эмали колеблется и зависит от количества их в почве данной местности.

Минеральные вещества неравномерно распределены в эмали. Поверхностные слои более плотные. Они содержат меньше воды, карбонатов, больше фтора. Следует заметить, что минеральные компоненты неравномерно распределены и в самом зубе. Их количество уменьшается в направлении от поверхности к зоне перехода эмали в дентин. Наоборот, количество органических компонентов увеличивается в том же направлении, хотя на поверхности эмали их доля несколько выше.

В созревающей эмали содержатся разные по свойствам белки. Их можно разделить на 2 основные группы: амелогенины и энамелины. По мере созревания эмали соотношение этих белков меняется. Если вначале основная масса белков представлена амелогенинами (90%), то впоследствии они постепенно разрушаются и увеличивается доля энамелинов.

Амелогенинысодержат в своем составе большое количество остатков ПРО, ЛЕЙ, ГИС, ГЛУ. В них отсутствуют гидроксипролин и цистеин, характерные для коллагена и кератинов. Молекулярная масса их не превышает 30000 Да. Они гидрофобны и склонны к агрегации. Белки, выделенные из разных видов животных, имеют схожий аминокислотный состав, что связывают с их участием в механизмах минерализации. В ходе минерализации они, по-видимому, расщепляются, потому что по мере созревания увеличивается доля низкомолекулярных амелогенинов. Точные детали этого процесса неизвестны, но из незрелой эмали была выделена пептидаза со специфическим действием на амелогенины.

В настоящее время путем клонирования генов, кодирующих амелогенины, удалось установить первичную структуру этих белков. Интересно, что первые 33 аминокислоты на N-конце всех амелогенинов, выделенных из разных видов животных, были одинаковыми. В местах обнаруженных отличий сохранялся принцип, когда гидрофобные участки заменялись на неполярные, а полярные - на полярные. Тем самым сохраняются возможности формирования одинаковых пространственных структур, которые обеспечивают процессы минерализации.

Энамелины - группа кислых белков с молекулярной массой 50000-70000 Да. Они сильно гликозилированы (много гексозаминов - 4% и нейраминовой кислоты - 4%). Мало известно об их аминокислотном составе и пространственной структуре. Недавно было установлено, что вторичная структура энамелинов представлена преимущественно b-структурой.

Помимо белков из созревающей эмали выделены пептиды, липиды, моносахариды. Пептиды эмали, кислые по своим свойствам, по аминокислотному составу напоминают энамелины. Созревание эмали сопровождается значительным снижением содержания органических компонентов. Почти 100-200 кратное снижение содержания белков при созревании сопровождается значительным изменением аминокислотного состава. Предполагается, что процесс созревания сопровождается распадом амелогенинов и задержкой распада энамелинов. Энамелины, при этом, прочно присоединяются к кристаллам апатита.

Наружная поверхность эмали содержит меньше белков, чем внутренняя часть. Белки и пептиды, расположенные снаружи, более растворимы в воде

Апатит - минерал, содержащий переменное количество фтора, хлора, OH - , а точнее - общее название для ряда родственных минералов группы апатита с общей формулой Ca 5 (PO 4 ) 3 (F,OH,Cl). Разновидности (минеральные виды в группе) - фторапатит ( F - до 3,8), хлорапатит (Cl - до 6,8), гидроксилапатит , карбонат-апатит (с содержанием карбонатной группы СO 2 ), стронциоапатит . Часто содержит примеси марганца, железа, стронция, алюминия, редких земель. Назв. от греч. арate - обман, введение в заблуждение, т.к. апатит часто принимался за другие минералы.