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.
|
|
БИОХИМИЯ РОТОВОЙ ПОЛОСТИ Тема №1: БИОХИМИЯ ПУЛЬПЫ, ПЕРИОДОНТАЛЬНОЙ СВЯЗКИ И ДЕСНЫ Тема №2: БИОХИМИЯ МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ТКАНЕЙ РОТОВОЙ ПОЛОСТИ БИОХИМИЯ РОТОВОЙ ЖИДКОСТИ И ЗУБНОГО НАЛЕТА Тема №1: БИОХИМИЯ ПУЛЬПЫ, ПЕРИОДОНТАЛЬНОЙ СВЯЗКИ И ДЕСНЫ РЫХЛАЯ СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ ТКАНЬ (мягкая неминерализованная соединительная ткань) У многоклеточных организмов большинство клеток окружены вне-/межклеточным матриксом- это основное вещество; это комплекс связанных между собой макромолекул. Для соединительной ткани характерно наличие большого количества межклеточного вещества и небольшого количества клеток. Межклеточный матрикс содержит молекулы, которые способны путем самосборки образовывать трехмерные структуры, определяющие функции соединительной ткани. ● Основное вещество значительно преобладает над клеточной массой. ● Резидентные клетки - ФИБРОБЛАСТЫ (в пульпе- дентальные стволовые клетки и одонтобласты) ● Клетки защиты: макрофаги, дендритные клетки, лимфоциты, мастоциты (тучные клетки). ● Прочие клетки: клетки сосудов, нервные окончания. Соединительная ткань бывает двух видов: минерализованная и неминерализованная. Зуб - это не просто костное образование, это живой орган, внутри которого есть нервы и кровеносные сосуды. Жизнь зубу придает пульпа, которая и представляет собой вариант рыхлой мягкой соединительной ткани. ● Пульпа находится в полости, окруженной дентином. ● Также рыхлой соединительной тканью представлена периодонтальная связка, которая заполняет пространство между цементом и альвеолярной костью. ● Соединительная ткань десны находится между эпителием слизистой оболочки и костью. Пульпа - это жизнь зуба. ● В составе пульпы обнаружено около 5% неорганических веществ, 40% органических; она очень наводнена/ гидратирована благодаря особенностям строения состава органического компонента, то есть 55% воды содержится в пульпе. ● В молодой пульпе меньше волокон коллагена и больше клеточных элементов. По мере ее старения количество клеток начинает уменьшаться. ● Органические компоненты пульпы: 1) Основное вещество, которое состоит из протеогликанов, ГАГ, неколлагеновых белков - гликопротеинов , которые можно разделить на адгезивные и антиадгезивные 2) Коллагеновые волокна I, III типов: они погружены в основное вещество пульпы 3) Эластические волокна: находятся только в стенках артериол и не являются частью межклеточного матрикса. ● Для пульпы характерно: 1. высокое потребление , необходимого для аэробного гликолиза, О 2 окислительно-восстановительных реакций общего пути катаболизма ( окисление пировиноградной кислоты, ЦТК); 2. синтетические процессы: синтез ДНК, РНК, белков; 3. присутствие ферментов (щелочной и кислой фосфатаз, трансаминаз и пептидаз); 4. наличие макрофагов, обеспечивающих защиту полости зуба и периодонта от инфекций. Клеточный состав пульпы зуба. Такой же как и в любой рыхлой соединительной ткани, но со своими особенностями. В межклеточном веществе пульпы располагается множество различных клеток: одонтобласты, фибробласты, макрофаги, лимфоциты, гистиоциты, тучные клетки , которые снабжаются питательными веществами по кровеносным сосудам. В одонтобластах различают тело и отростки. Тела одонтобластов выполняют барьерную функцию. Через отростки одонтобластов осуществляется доставка питательных и минеральных веществ к твердым тканям зуба- эмали и дентину. Зрелые одонтобласты образуют вторичный дентин. С возрастом количество клеток в ткани снижается, что приводит к уменьшению репарационной способности пульпы. Клетки фибробласты синтезируют компоненты межклеточного матрикса: гликопротеина, ГАГ и коллагеновые белки самой ткани пульпы. Выявлены клетки, обладающие высокой пролиферативной активностью- стволовые клетки, которые могут превращаться в одонтобластоподобные клетки. Являются преобладающими в количественном соотношении, роль у них репаративная, они участвуют в синтезе компонентов внеклеточного матрикса. Содержащиеся в пульпе макрофаги и дендритные клетки обеспечивают защиту полости зуба и периодонта от инфекций. Функции пульпы: ● пластическая (образование дентина); ● трофическая (доставка питательных веществ дентину и эмали); ● защитная (барьерная) препятствует проникновению микроорганизмов; ● регенеративная (при наличии значительных травм способна оставаться жизнеспособной и образовывать рубец на месте травмы; участвует в образовании репаративного дентина). Пульпа осуществляет взаимосвязь организма и тканей зуба, поэтому различные заболевания человека (особенно продолжительные, тяжелые) снижают способности тканей зуба противостоять внешним повреждающим факторам, и наоборот, заболевания зубов (особенно пульпы) могут вызвать патологические процессы в организме. При кариесе происходят деструктивные изменения в одонтобластах, разрушаются коллагеновые волокна, появляются кровоизлияния, снижается активность ферментов и обмена веществ в пульпе. КЛЕТКИ “ОБЩАЮТСЯ” ДРУГ С ДРУГОМ С ПОМОЩЬЮ ЦИТОКИНОВ. ЦИТОКИНЫ (ЦК) - это в основном гликопротеины, сигнальные молекулы белковой природы (низкая молекулярная масса: 5-20 кДа), секретируемые клетками и регулируют активность “соседних” и собственных клеток (то есть у них ауто-/паракринный эффект). ЦК присутствуют в крови незначительном количестве, являясь очень активными молекулами. ЦК ( М) взаимодействуют с клетками-мишенями, имеющими 10 −9 − 10 −12 специфические рецепторы ( R ) в своей мембране. Образование такого комплекса ЦК-ЦК R ведет к инициации каскада, с помощью которого передается сигнал в клетке; ЦК , являясь маленькими белками, не могут проникать в клетки, поэтому осуществляется свой эффект в клетках-мишенях с помощью вторичных посредников (цАМФ, кальций, инозитол-1,4,5-трифосфат), как некоторые истинные гормоны. В результате появления таких вторичных посредников, передачи гормонального сигнала активируются соответствующие внутриклеточные протеинкиназы, что приводит к фосфорилированию белков, в т. ч. факторов транскрипции. Результат- индукция или репрессия синтеза определенных белков в клетке-мишени. Группы цитокинов: 1. Факторы роста. Например, факторы роста фибробластов (FGF2), трансформирующий фактор роста (TGF ) , эпидермальный фактор роста β β (EGF), BMP2 (костный морфогенетический протеин-2), M-CSF (миелоцитарный колониетсимулирующий фактор). Факторы роста так называются, поскольку стимулируют или ингибируют пролиферацию определенных типов клеток. 2. Белки семейства некроза опухоли (TNF или ФНО; RANKL). 3. Интерлейкины (IL или ИЛ) и интерфероны (IF или ИФ). 4. Хемокины (CCL2- миграция моноцитов в периодонт). Пролиферация и активация фибробластов. На фибробластах есть рецепторы к TGF , FGF2, EGF, IL 1, IL6, IL8, IL10, TNF/ β Результатом образования комплекса сигнальная молекула ЦК-ЦКR- индукция синтеза и секреции компонентов внеклеточного матрикса (ВКМ, основного вещества), то есть активация фибробластов, которая проявляется в активации синтеза компонентов ВКМ. Продукты, секретируемые фибробластами рыхлой волокнистой соединительной ткани. ● Коллаген I типа [ ] (70%)- основной коллаген в α1(𝐼) 2 α2(𝐼) неминерализованных и минерализованной ткани зуба, III типа [ ] α(𝐼𝐼𝐼) 3 (25%) и минорные коллагены (V, VI типа). ● Гиалуроновая кислота, ● Протеогликаны, ● Гликопротеины, ● Цитокины (главные- FGF), ● Ферменты обмена (при синтезе и распаде) ВКМ: лизилоксидаза (фермент синтеза), проколлагенпептидазы (N- и C-) (ферменты синтеза коллагена) , матриксные металлопротеиназы (MMP) (фермент катаболизма), гликозидазы (фермент катаболизма), сульфатазы (фермент катаболизма) и другие. Одни и те же клетки в пульпе осуществляют как синтезирующую функцию, так и функцию катаболизма внеклеточного матрикса. Основное вещество рыхлой соединительной ткани. Преобладающий неорганический компонент - вода (55%); (𝐻 2 𝑂) Преобладающий органический компонент - коллаген I типа [ ] . α1(𝐼) 2 α2(𝐼) СИНТЕЗ КОЛЛАГЕНА Это многоступенчатый процесс, в котором различают несколько стадий и этот синтез локализован, имеет внутриклеточные стадии, протекающие в фибробластах, поэтому первый этап синтеза коллагена назвали внутриклеточным. I этап - внутриклеточный. Локализация - рибосомы, ЭПР, аппарат Гольджи. Продукт - проколлаген , который секретируется во внеклеточный матрикс. II этап - внеклеточный. Локализация- ВКМ. Продукт- коллагеновые фибриллы. Внутри КЛЕТОЧНЫЙ ЭТАП СИНТЕЗА КОЛЛАГЕНА I ТИПА. В нем можно выделить 3 основных события: а) синтез полипептидных цепей про- и про- из α1(𝐼) α2(𝐼) соответствующих активных форм АК – аминоацил-тРНК. Особенности аминокислотного состава про- и про- α1(𝐼) α2(𝐼) полипептидных цепей. Коллаген – это основной структурный белок межклеточного матрикса. Коллаген- это самый выраженный в количественном соотношении белок организма человека (25-33% от общего количества белка в организме; 6% от массы человека). Есть несколько типов коллагена, это полиморфный белок, в настоящее время известно 19 типов коллагена. В первую очередь, они отличаются друг от друга первичной структурой полипептидных цепей, по функциям, по пространственной организации и по локализации в организме. Вариантов -цепей около 30. Для обозначения типа коллагена используется α римская цифра. В коллагене 1 типа встречаются 2 альфа-цепи, а в коллагене 3 типа- все цепи идентичны. ● Каждая про- - цепь содержит 31-35% (⅓) остатков глицина и 14-23% α (⅕) остатков пролина. Для протяженных центральных участков характерны коллагеновые триады -Гли-X-Y (среди X и Y преобладает пролин, также достаточно много встречается лизина). ● Боковые цепи цистеина находятся только в составе концевых доменов молекул. ● N-концевой домен содержит гидрофобный сигнальный пептид (основная функция сигнального пептида- ориентация синтеза пептидных цепей в полость ЭПР, а после выполнения этой функции сигнальный пептид отщепляется). б) посттрансляционная модификация и котрансляционный фолдинг с образование тройной спирали проколлагена (HSP47, пептидилпролил-цис-транс-изомераза) ПОСТТРАНСЛЯЦИОННАЯ МОДИФИКАЦИЯ ПРО-α-ЦЕПЕЙ КОЛЛАГЕНА 1. Протеолитическое отщепление N-концевого сигнального пептида после выполнения своей функции (в реакции ограниченного протеолиза) . Фермент: сигнальная пептидаза про-α-цепей. 2. Гидроксилирование боковых цепей пролина с образованием 3-гидроксипролила (3-О Н -Про), 4-гидроксипролила (4-О Н -Про) и 5-гидроксилизила (5-О Н -Лиз). Ферменты : проколлаген (5-лизил, 3-пролил или 4-пролил диоксигеназы (Fe+2 и акорбат-зависимые ферменты). Эти ферменты сложные, содержат и Ко-фактор (неорганические небелковые компоненты - F ) и Ко-фермент (органические небелковые компоненты - е 2+ аскорбиновая кислота) Монооксигеназы/гидроксилазы (поскольку в молекуле субстрата появляется ОН-группа) . Есть 4 группы монооксигеназ в зависимости от того, какой донор водорода используется для утилизации второго атома кислорода. Один атом кислорода встраивается в субстрат и появляется ОН-группа, а второй утилизируется. Типы монооксигеназных реакций: -Цитохром Р450-монооксигеназа (встречается в печени, рассматриваем в обмене холестерина); -Тетрагидроптериновые монооксигеназы (источник водорода- ТГБП; обмен ак); -Витамин С-зависимые монооксигеназы (превращение дофамина в норадреналин); -Аскорбат-зависимые монооксигеназы, работающие в присутствии альфа-кетокислот (сопряженные с окислением альфа-кетокислот). Все эти гидроксилазы относятся к этой группе! Гидроксилазы могут называть не только монооксигеназами, но и диоксигеназами. Классические монооксигеназы всегда сопровождаются образованием воды (один атом кислорода- в субстрат; а другой- с двумя водородами от донора=> образуется вода), то есть в молекулу субстрата встраивается ТОЛЬКО 1 АТОМ КИСЛОРОДА. А в данной реакции оба атома кислорода встраиваются в 2 субстрата, встраивание кислорода приведет к образованию другой карбоксильной группы. Роль аскорбата заключается в том, чтобы поддержать F , который е 2+ необходим для проявления каталитической активности этому ферменту в восстановленном виде. То есть в активном центре протеин-пролил-4-гидроксилазы есть железо. Тут такая же реакция, как и представленная выше. Оксигруппа присоединяется к лизину в 5 положении. Когда аскорбиновая кислота выполняет роль восстановителя железа, она теряет свои протоны и электроны, превращаясь в дегидроаскорбиновую кислоту. Обратное превращение (регенерация) дегидроаскорбиновой кислоты в аскорбиновую кислоту возможно с помощью восстановленного глутатиона . А регенерация самого глутатиона происходит НАДФН2. Витамин С не синтезируются в организме человека, свои функции проявляет лучше всего в кислой среде. Роль гидроксильных групп в составе лизина, пролина: ● Они необходимы для фиксации тройной спирали с помощью водородных связей. Первичная структура коллагена такова, что обычная альфа-спираль, которая характерна для всех остальных белков, не может образоваться. Водородные связи между общим фрагментом, как у других белков на уровне вторичной структуры, невозможны, потому что цепь очень вытянутая (электроотрицательные атомы находятся очень далеко друг от друга); пролина очень много, а он мешает образованию водородных связей своим общим фрагментом, потому что это, строго говоря, это не ак, а иминокислота. Именно поэтому единственный возможный вариант высшей структуры это не одна альфа-спираль, а три; у коллагена свой облик вторичной структуры- это ТРОЙНАЯ КОЛЛАГЕНОВАЯ СПИРАЛЬ. ● 5-ОН-Лиз является участком гликозилирования ПРО-α-ЦЕПЕЙ. ● 5-ОН-Лиз необходим для образования поперечных сшивок в коллагене. Поэтому так важно поддержание необходимого количества витамина С. При дефиците витамина С нарушается гидроксилирование остатков пролина и лизина, в результате этого развивается ЦИНГА. Образуются менее прочные и менее стабильные коллагеновые волокна, это приводит к большой хрупкости и ломкости кровеносных сосудов. Клиническая картина цинги характеризуется возникновением множественных точечных кровоизлияний под кожу и слизистой оболочки, наблюдается кровоточивость десен, расшатывание и выпадение зубов, анемия. Витамин С выполняет антиоксидантную функцию, являясь хорошим донором атомов водорода, поэтому при недостатке может нарушаться антиокисдантная система эритроцита (он более чувствителен к АФК=> анемия) 3. Гликозилирование по 5-ОН-Лиз. Фермент : галактозил-β-О-трансфераза. После завершения гидроксилирования при участии специфических гликозил-трансфераз в состав молекул проколлагена вводятся углеводные группы. Чаще всего к таким группам относятся галактоза или дисахарид - галактозил-глюкоза . Образуется О-гликозидная связь. То есть гликозилирование происходит еще в коллагене, который не претерпел спирализации, и затем продолжается после образования тройной спирали. Гликозилирование гидроксилизина Число таких углеводных единиц в молекуле коллагена зависит от вида ткани. Например, в коллагене сухожилий (коллагене I типа) это число равняется 6, в коллагене капсулы хрусталика (преобладающий коллаген - IV типа) - 110. Уменьшение углеводных компонентов (если процесс гликозилирования нарушен) может быть причиной ухудшения механических свойств кожи и связок. Галактоза, глюкоза в реакциях гликозилирования используются в активированном виде . Активированная форма углевода – УДФ-моносахарид. Роль гликозилирования α-цепей коллагена ● Степень и характер гликозилирования отличается у разных типов коллагена. ● Моно- или олигосахаридные участки коллагена являются лигандами лектиновых рецепторов. ● Взаимодействие с рецепторами приводит к эндоцитозу и удалению не разрушаемых фрагментов коллагена → гликозилирование необходимо для обеспечения катаболизма После того как отщепляется профрагмент (сигнальная последовательность, пропоследовательность), после гидроксилирования и гликозилирования – происходит котрансляционный фолдинг – процесс формирования высших структур на основе первичной структуры. Матрицей для этого фолдинга является первичная структура Вариантом вторичной структуры является тройная коллагеновая спираль. Котрансляционный фолдинг контролируется белками : 1) белками с ферментативной активностью Пептидилпропил-цис-транс-изомераза – одна из фолдаз, то есть ферментов фолдинга) 2) белками, не обладающими ферментативной активностью и регулирующими процесс котрансляционного фолдинга Это белки-шапироны (белки теплового шока) . Пример: HSP47 - шапирон, участвующий в формировании тройной спирали Образуется тройная спираль. Она (см. картинку ниже) спирализована в центральной части, где есть триады из глицина, пролина и Y (после их модификации становится возможным образование водородных связей), и достаточно длинные на концах неспирализованные участки – L- и С-концы полипептидных цепей. В области С-концов присутствуют многочисленные дисульфидные мостики. Концевые пропептиды не образуют тройную спираль, они формируют глобулярные домены. Такая структура называется проколлаген. |