Конспект по теме Биохимия ротовой полости. Биохимия ротовой полоститема 1 биохимия пульпы, периодонтальной связки и деснытема 2 биохимия минерализованных тканей ротовой полости
 Скачать 7.39 Mb.
|
|
в) секреция проколлагена механизмом экзоцитоза во внеклеточный матрикс Вне КЛЕТОЧНЫЙ ЭТАП СИНТЕЗА КОЛЛАГЕНА (проколлаген -> коллагеновые волокна) 1) Начинается с отщепления от проколлагена N-концевых (Е: проколлаген-N-пептидаза) и С-концевых (Е: проколлаген-С-пептидаза) пропептидов (то есть участков неспирализованности). Это ключевой момент в образовании коллагеновых фибрилл. Их содержание в крови – показатель интенсивности синтеза коллагена! Продукт - молекулы тропоколлагена (ТК). 2) После отщепления концевых структур формируется структура тропоколлагена. При этом освобождаются концы тропоколлагена (телопептиды) (тоже неспирализованные участки), которые инициируют самосборку микрофибрилл и коллагеновых волокон. В результате 1 этапа (т.е. отщепление пропептидов) формируется тропоколлаген, содержащий на концах телопептиды Существуют дефекты синтеза ферментов N- и С-пептидаз → нарушается образование тропоколлагена → нарушается образование нормальных коллагеновых фибрилл. Клинические проявления: маленький рост, искривление позвоночника, привычные вывихи суставов и высокая растяжимость кожи. Недостаточность этих ферментов приводит к нарушению образования нормальных коллагеновых фибрилл. Этот (2) процесс является спонтанным – “спонтанная самосборка микрофибрилл и коллагеновых волокон”. Как образуются коллагеновые волокна (картинка): Каждый тропоколлаген будет основой для организации коллагеновых фибрилл Последовательности молекул тропоколлагена ассоциируются в параллельные ряды, которые сдвинуты на ¼ длины молекулы тропоколлагена относительно друг друга. Такая организация коллагеновых фибрилл максимально повышает сопротивление к растягивающим нагрузкам и обеспечивает высокую механическую прочность. Наблюдается поперечная исчерченность. Есть участки с полным перекрытием (т.е. без зазоров) в структуре коллагеновых волокон, что обеспечивает высокую механическую прочность коллагенового волокна. Прочность укрепления этого коллагенового волокна достигается образованием ковалентных сшивок. 3) Образование ковалентных поперечных сшивок. Происходит внутри и между цепями молекул коллагена. Спонтанно образовавшиеся коллагеновые фибриллы укрепляются внутри- и межцепочечными ковалентными сшивками → особая прочность коллагеновых фибрилл ОБРАЗОВАНИЕ ПОПЕРЕЧНЫХ КОВАЛЕНТНЫХ СШИВОК I. Участвует фермент - лизилоксидаза . Оксидазы относятся к металлофлавопротеинам. ● Катализирует окисление лизина (оксилизина) ● Оксидазный тип окисления Процесс: 2 атома водорода передаются на молекулу кислорода → молекула кислорода становится перекисью – двухэлектронное восстановление. Когда вместо аминогруппы появляется иминогруппа, то второй этап протекает легко и спонтанно без фермента (т.к. иминогруппа нестабильная) – это гидролитическое дезаминирование этой иминогруппы → вместо аминогруппы появляется кислород. В целом, появляется альдегидная группа. Такое соединение называется альдегид лизина, или аллизин (в составе коллагена). → необходимы лизилоксидаза и ионы меди для того, чтобы образовалась прочная коллагеновая фибрилла. II. Происходит спонтанная альдиминная или кетиминная конденсация боковых цепей лизина или ОН-лизина с боковыми цепями аллизина или ОН-аллизина. → т.е. аминокислота с альдегидом спонтанно связывается уже без фермента. ВАРИАНТЫ СШИВОК БИФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СШИВКИ Аллизил Лизил Лизиннорлейциновая Аллизил OH-лизил Гидроксилизинонорлейциновая OH-аллизил Лизил Лизино-5-кетонорлейциновая OH-аллизил OH-лизил Гидроксилизино-5-кетонорлейциновая - самая распространенная сшивка Количество таких поперечных связей (сшивок фибриллов коллагена) зависит от функций и возраста тканей. Например, между молекулами коллагена ахиллова сухожилия особенно много, так как для этой структуры особенно важна большая прочность. С возрастом количество поперечных связей в фибриллах коллагена возрастает→ замедление скорости метаболизма коллагена у пожилых людей Картинка: ковалентные сшивки могут быть внутри тропоколлагена либо межцепочечные связи между разными остатками тропоколлагена. Образовавшиеся реактивные альдегиды (аллиз и ОН-аллиз) участвуют в образовании ковалентных сшивок с остатками лизина или ОН-лизина стабилизируя фибриллы коллагена Самая распространенная сшивка (учить): Гидроксилизино-5-кетонорлейциновая сшивка образуется между гидроксилизином и 5-гидроксиаллизином. Процесс: аминокислота и альдегид образуют шиффово основание за счет отнятия воды, затем происходит перераспределение электронной плотности за счет того что один из водородов переходит к азоту, а второй водород – к углероду. Образуется ковалентная сшивка. Бифункциональные связки наиболее присущи фибриллообразующим коллагенам типа I, II и III, причём в зависимости от вида ткани преобладает какой-либо определённый вид сшивки. По мере созревания ткани возникают перемычки и между микрофибриллами. В бифункциональных сшивках сохраняются реакционноспособные атомы, которые постепенно вступают в реакции дополнительной конденсации с образованием трифункциональных сшивок, имеющих в центре гетероцикл – пиридиниевое или пиррольное кольцо Эти реакции протекают также неферментативно (так же как и бифункциональные сшивки) путём спонтанного взаимодействия кетоиминной двойной сшивки одной микрофибриллы с альдегидным радикалом другой микрофибриллы. Если в реакции участвуют 5-гидроксиаллизин и уже сформированная сшивка гидроксилизино-5-кетонорлейцина, то продукт – гидроксилизил-пиридинолин. В большинстве тканей это главная трифункциональная сшивка коллагенов. Дополнительные перемычки циклического характера нужны для повышения механической прочности волокон коллагена. ТРИФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СШИВКИ ● Гидроксилизил-пиридинолиновая - самый распространенный вариант ● Гидроксилизил-пиррольная ● Лизил-пиридинолиновая - второй самый распространенный вариант ● Лизил-пиррольная КАТАБОЛИЗМ белков ВКМ Коллаген существует определенное время. Его относят к медленно обновляющимся белкам. Период полураспада – недели или месяцы. Разрушение коллагеновых волокон осуществляется либо активными формами кислорода либо активными формами кислорода и ферментативным способом, т.е. ферментами гидролиза. Такие ферменты, катализирующие катаболизм компонентов рыхлой соединительной ткани, синтезируются фибробластами. То есть фибробласты рыхлой соединительной ткани секретируют в ВКМ протеиназы, гидролизующие белки ВКМ, в.т.ч. коллаген. Ключевой фермент – матриксная металлопротеиназа-1 (MMP-1 или коллагеназа) обладает высокой специфичностью, расщепляет тройную коллагеновую спираль в определенном месте примерно на ¼ расстояния от С-конца - между остатками глицина и лейцина или изолейцина: Дальше такие образующиеся фрагменты коллагена уже растворимы в воде. Они спонтанно денатурируют, то есть цепь разворачивается и становится доступными для действия других протеолитических ферментов. После чего структура коллагена разрушается. ● ММР – Zn зависимые внеклеточные эндопептидазы. ● Фибробласты здоровой пульпы секретируют ММР-1 (коллагеназа), ММР-2 (стромелизин А), ММР-9 (стромелизин В) и ММР-14 (мембранно-связанная протеиназа). ● Нарушение катаболизма коллагена ведет к фиброзу органов и тканей (в основном, в печени и легких) ● Усиление распада коллагена и увеличение активности ММР - диагностический маркер аутоиммунных заболеваний (ревматоидный артрит, системная красная волчанка, в результате избыточного синтеза коллагеназы при иммунном ответе) ● При воспалении происходит индукция синтеза ММР в фибробластах и клетках крови и выделение лизосомальных катепсинов. ● У молодых людей обмен коллагена протекает интенсивно. С возрастом, особенно в старости, обмен коллагена снижается, так как у пожилых людей увеличивается количество поперечных сшивок в структуре коллагеновых фибрилл → затрудняется доступность коллагена для действия коллагеназы. ● В некоторых случаях синтез коллагена заметно увеличивается. Например, фибробласты мигрируют в заживающую рану и начинают активно синтезировать в этой области основные компоненты межклеточного матрикса → усиление синтеза коллагена при заживлении ран МАРКЕРЫ КАТАБОЛИЗМА КОЛЛАГЕНА Коллагены расщепляются не полностью. Часть «недоразрушенных» продуктов попадает в кровь и мочу. При усилении катаболизма коллагена повышается концентрация: а) телопептидов (N- и C-концевых) тропоколлагена, б) пептидов, содержащих оксипролин и оксилизин, в) фрагментов трифункциональных сшивок. Следующий компонент - ГАГ и ПГ ● ГАГ или гликозаминогликаны – это линейные гетерополисахариды, содержащие кислые компоненты (Преобладающий ГАГ – гиалуроновая кислота). ● ПГ или протеогликаны – это соединения белка (коровый белок, 5-10%) с одним или несколькими ГАГ(90-95%). ● Протеогликаны это больше углеводы. ГАГ и ПГ являются обязательным компонентом межклеточного матрикса. ►Играют большую роль в межклеточных взаимодействиях, формировании и поддержании формы клеток и органов, образовании каркасов при формировании тканей. Благодаря своим физико-хим свойствам они выполняют следующие функции: 1. Являются структурными компонентами межклет матрикса 2. Специфически взаимодействуют с коллагеном, эластином, фибронектином и др компонентами межкл матрикса 3. Все ГАГ и ПГ могут взаимодействовать с водой, в результате чего межкл вещ=во приобретает желеобразный характер 4. Являются полианионами, содержат большое кол-во отрицательных зарядов, поэтому могут присоединять большое кол-во катионов 5. Удерживая воду они обеспечивают тургор - упругость ткани 6. Играют роль молекулярного сита в межкл матриксе - препятствуют распространению патогенных микроорганизмов 7. Гиалуроновая к-та выполняет рессорную функцию в суставных хрящах 8. Гепарин - защитная - антикоагулянт ►Мономер гомополисахарида - моносахарид - глюкоза ►Мономер гетерополисахарида - дисахарид ►Формула гетерополисахарида - многократно повторяющийся дисахарид (x-y)n Особенности: ● Х - окисленная производная моносахарида ● У - аминопроизводные моносахаридов ● Большинство ГАГов сульфатированные ►Гиалуроновая кислота встречается в свободном виде, единственный не сульфатированный, кол-но преобладает над другими. НЕЙТРАЛЬНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ГАГ и ПГ Аминосахара: глюкозамин (Глю-NH2), галактозамин(Гал-NH2). Ацетиламиносахара: N-ацетилглюкозамин, N-ацетилгалактозамин. КИСЛОТНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ГАГ и ПГ 1. Уроновые кислоты: А) глюкуроновая кислота (глюук), Б) галактуроновая кислота (галук), В) идуроновая кислота (Иду) 2. Сульфатные остатки (-SO3H) ГИАЛУРОНОВАЯ КИСЛОТА (гиалуронан) ● Субстраты: УДФ-глюук и УДФ-N-ацетилглюкозамин. ● Фермент: мембранная гиалуронансинтетаза - локализован на ЦП мембраны ● Биологическая роль: А) удержание воды Б) связывание катионов (Na+, K+, Ca++) В) барьер для микроорганизмов Г) регуляторная ►Синтез происходит не на белковом матриксе. У ее фермента есть 2 центра связывания с различными субстратами (активированная форма производных моносахаридов). Субстраты передаются на центры фермента и затем с участием каталитических центров образуется либо 1,3 гликозид связь - между моносахаридами внутри мономера, либо бета-1,4 - между остатками дисахаридов. Затем происходит высвобождение гиалуроновой к-ты в межклеточный матрикс. СИНТЕЗ СУБСТРАТОВ ➔ Глюкоза фосфорилируется ➔ Глюкоза-6-фосфат превращается в глюкозо-1-фосфат ➔ Активируется с участием УТФ ➔ Образуется УДФ-глюкоза ➔ Глюкоза в его составе дважды окисляется ➔ Образуется УДФ-глюкуроновая кислота (первый субстрат) ● Функции УДФ-глюкуроновой кислоты: ○ 1. Образование гагов ○ 2. Обезвреживание токсинов (билирубина) ➔ Глюкозо-6-фосфат изомеризуется во фруктозо-6-фосфат ➔ Фруктозо-6-фосфат аминируется с участием амидной группы глутамина ➔ Превращается в глюкозамин-6-фосфат (далее 2 пути) ◆ 1 - фосфоглюкомутазная реакция - глюкозамин-1-фосфат(субстрат) - образование ГАГ и ГП ◆ 2 - ацетилированная форма глюкозамин-6-фосфата - образуется N-ацетилглюкозамин-6-фосфат - N-ацетилглюкозамин-1-фосфат - активируется с участием УТФ - УДФ-N-ацетилглюкозамин - УДФ-N-ацетилгалкатозамин(субстрат) - образование ГАГ и ГП Ферменты: 1 - гексокиназа; 2 - фосфоглюкоизомераза; 3 - аминотрансфераза; 4 - ацетилтрансфераза; 5 - N-ацетилглюкозаминфосфомутаза; 6 - УДФ-N-ацетилглюкозаминпирофосфорилаза; 7 - эпимераза; 8 - УДФ- глюкозаминпирофосфорилаза; 9 - УДФ-глюкопирофосфорилаза; 10 - УДФглюкозо-дегидрогеназа. Другие ГАГ рыхлой соединительной ткани ● Хондроитинсульфат (ХС, компонент ПГ) ● Кератансульфат (КС, компонент ПГ), ● Гепарансульфат (ГС, компонент ПГ), ● Тучные клетки выделяют свободный сульфатированный ГАГ- гепарин(антикоагулянт) Формулы знать хондроитинсульфата и гиалурон к-ты Реакция эпимеризации знать Для сульфатирования гагов используется ФАФС (органическая форма серной кислоты) ФАФС образуется из эндогенной серной кислоты - ее источник таурин - из цистеина Распад гликозаминогликанов ● Гликозаминогликаны отличаются высокой скоростью обмена: период полужизни (Т1/2) многих из них составляет от 3 до 10 сут и только для кератансульфата Т1/2 «120 сут. В разрушении полисахаридных цепей участвуют экзо- и эндогликозидазы (гиалуронидаза, (3-глюку- ронидаза, (3-галактозидаза, (3-идуронидаза) и сульфатазы. ● Из внеклеточного пространства по механизму эндоцитоза гликозаминогликаны поступают в клетку, где эндоцитозные пузырьки сливаются с лизосомами. Активные лизосомальные ферменты обеспечивают полный постепенный гидролиз гликозаминогликанов до мономеров. Мукополисахаридозы ● Мукополисахаридозы - тяжёлые наследственные заболевания, обусловленые дефектами гидролаз, участвующих в катаболизме гликозаминогликанов. В лизосомах тканей, для которых характерен синтез наибольшего количества гликозаминогликанов, накапливаются не полностью разрушенные гликозаминогликаны и с мочой выделяются их олигосахаридные фрагменты. Существует несколько типов мукополисахаридозов, вызванных дефектами разных ферментов, участвующих в расщеплении гликозаминогликанов. ● Мукополисахаридозы проявляются нарушениями умственного развития у детей, поражениями сердечно-сосудистой системы, деформациями костного скелета, значительно выраженными в челюстнолицевой области, гипоплазией твёрдых тканей зубов, помутнением роговицы глаз, снижением продолжительности жизни. ● В настоящее время эти болезни не поддаются лечению, поэтому при подозрении на носительство дефектных генов необходимо проводить пренатальную диагностику. В этих случаях определяют активность лизосомальных гидролаз. ПГ пульпы, периодонта и рыхлой соединительной ткани десны (2 группы) ● Версикан (из группы больших агрегирующих ПГ), содержит 16 цепей хондроитинсульфата (ХС). ● Декорин (из группы малых, богатых лейцином ПГ), содержат одну цепь ХС ● Бигликан (из группы малых, богатых лейцином ПГ) содержит по одной цепи ХС и кератансульфата (КС). ● Фибромодулин и люмикан (из группы малых, богатых лейцином ПГ), содержат по несколько цепей КС. НЕКОЛЛАГЕНОВЫЕ БЕЛКИ СО СПЕЦИАЛЬНЫМИ СВОЙСТВАМИ Адгезивные и антиадгезивные белки Белки межклеточного матрикса выполняют самые разные функции. Часть из них обладает способностью склеивать компоненты межклеточного вещества и клеток, и эти белки получили название адгезивных. ФИБРОНЕКТИН - адгезивный ГП, котрый соединяет все компоненты межклеточного матрикса. Крупный мультидоменный гликопротеин (470 кда), состоит из двух субъединиц, соединенных дисульфидными связями. Содержит участки связывания для А) коллагена, Б) гиалуронана, В) клеточных мембран (RGD или –Арг-Гли-Асп-). Служит молекулярным клеем, связывающим компоненты ВМК. Особенности тканей пульпы и пародонта Пульпарные фибробласты – уникальная популяция фибробластов, синтезирующая все белки системы комплемента. Продукты активации комплемента С3а и С5а вызывают пролиферацию и мобилизацию стволовых клеток и фибробластов, а мембранно-атакующий комплекс разрушает бактерии. Цитокин FGF2 путем индукции синтеза комплемента является главным фактором репарации пульпарно-дентинного комплекса. Фибробласты периодонта характеризуются высокой активностью щелочной фосфатазы и способностью к дифференцировки в остеобласты и цементобласты. Связь с цементом осуществляется коллагеновыми волокнами и протеогликанами. Скорость обновления периодонтального коллагена в 4 раза выше, чем в коже. Тема №2: БИОХИМИЯ МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ТКАНЕЙ РОТОВОЙ ПОЛОСТИ Состояние ротовой полости взаимосвязано с состоянием всего организма, поэтому длительные патологические процессы, протекающие в организме человека, могут сказываться на состоянии тканей зуба. Главная функция зуба - механическое измельчение пищи, попадающей в организм. МИНЕРАЛИЗОВАННЫЕ ТКАНИ ● В основном веществе содержится большое количество КРИСТАЛЛИЗОВАННЫХ СОЛЕЙ КАЛЬЦИЯ ● Твердые ткани зуба характеризуются высоким содержанием минерального компонента: ○ Кость (образуют лунки) – 60-70% ○ Цемент (клеточный и бесклеточный) – 68 - 70% ○ Дентин – 71- 72% ○ Эмаль – 95% (на нее приходится бОльшая нагрузка) |