минерализ тк 2ч

1.

БИОХИМИЯ
МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ
ТКАНЕЙ (КОСТИ И ЗУБА)

2.

ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ
Органические вещества минерализованных тканей – белки
эмали, дентина.
Небелковые органические вещества кости и зуба.
Теории минерализации кости и зуба.
Регуляция ремоделирования кости и зуба.

3.

БЕЛКИ ЭМАЛИ ЗУБА
ЭМБРИОНАЛЬНЫЕ БЕЛКИ
Амелогенины:
-олигомерные белки с мол. массой –
не более 30 кДа,
-синтезируются в энамелобластах,
-содержат в своем составе большое
количество остатков
про, лей,
глу,
-участвуют в минерализации
эмбриональной эмали,
-распадаются после созревания
эмали.
Энамелины:
- олигомерные белки с мол. массой 50-70 кДа,
-синтезируются в энамелобластах,
-сильно гликозилированы (много гексозаминов
и нейраминовой кислоты),
-участвуют в минерализации эмбриональной
эмали.
Амелобластин (амелин):
-ген-специфический белок эмали,
- составляет 5-10% белков эмали,
-образуется в энамелобластах,
-предполагают, что он регулирует удлинение
кристаллов гидроксиапатита и минерализацию эмали
в целом.

4.

БЕЛКИ ЭМАЛИ ЗУБА
ЭМБРИОНАЛЬНЫЕ БЕЛКИ
Тафтелин:
-кислый фосфопротеин,
-образуется в течение весьма
короткого отрезка времени
амелогенеза,
-принимает участие в начальных
этапах минерализации эмали.
Тафтелин-интерактивный белок
(TIP-39):
-39 кДа белок,
-синтезируется энамелобластами и
одонтобластами,
-облегчает транспорт белков из
энамелобластов в межклеточный
матрикс,
-принимает участие в образовании
эмалево-дентинной границы.
NB! Генетические дефекты белков эмбриональной
эмали приводят к повышению восприимчивости зубов к
кариесу и значительным нарушениям структуры эмали.

5.

БЕЛКИ ДЕНТИНА ЗУБА
Матриксный белок дентина:
-кислый гликопротеин,
-содержит 20 сульфатных остатков,
-принимает участие в образовании и росте
кристаллов гидроксиапатита.
Дентинный сиалопротеин:
-похож на сиалопротеин кости и остеопонтин,
-выполняет те же самые функции.
Дентинный фосфопротеин:
-составляет ~50% неколлагеновых белков дентина,
-может связываться с коллагеном,
-имеет высокое сродство к Ca2+,
-принимает участие в минерализации дентина.
Фосфофорин:
-имеет RGD сайт
-принимает участие в минерализации дентина.

6.

НЕБЕЛКОВЫЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА КОСТИ И
ЗУБА
Минерализованные ткани содержат небольшое количество органических веществ, но они
активно используются в метаболизме.
Свободные аминокислоты способные к рацемизации – переходу L-энантиомеров в Dформы.
Углеводы:
-гликоген (мало, содержится в клетках, источник энергии)
-гликозаминогликаны (расположены внеклеточно, участвуют в минерализации).
Липиды:
-нейтральный жир (содержится в костном мозге и пульпе),
-фосфолипиды (участвуют в минерализации кости и дентина).
Органические кислоты: (аконитовая, фумаровая, янтарная, молочная, пвк).

7.

ЦИТРАТ В МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ТКАНЯХ
Минерализованные ткани богаты цитратом. 90% всего цитрата
организма содержится в костях, в 230 раз больше, чем в
печени.
Цитрат играет особую роль в метаболизме минерализованных
тканей, так как он:
-бидентатный лиганд кальция (хелатный комплексон
кальция),
-транспортная форма кальция в минерализованных
тканях,
-предотвращает выпадение кальция в осадок,
-может связать от одного до трех ионов кальция.
Для минерализованных тканей характерна очень низкая
активность ферментов использования цитрата (АТФ-цитратлиазы).
3 иона кальция, связанные
2 молекулами цитрата –
Са32+(С6 Н5 О7)2

8.

БИОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОСТЕОГЕНЕЗА
И ОДОНТОГЕНЕЗА
Остеогенез – это процесс созревания и дифференцировки недифференцированных
плюрипотентных клеток (стволовых, хондробластов, перицитов и др.) в остеоциты.
Завершающим этапом остеогенеза является минерализация, т. е. образование
твердого минерального матрикса вокруг остеоцитов.
Одонтогенез – аналогичный процесс, протекающий в минерализованных тканях зуба.
Минерализация – стадия развития костной и зубной ткани, сопровождающаяся
образованием кристаллических структур апатитов и отложением неапатитных
водонерастворимых солей ряда остеотропных элементов.
Ремоделирование кости – процесс обновления костной ткани, включающий
резорбцию кости и последующий остеогенез. Ремоделирование обеспечивает рост
костей у детей и их обновление у взрослых.
Реминерализация – завершающая стадия ремоделирования кости, а также процесс
восстановления поврежденных минеральных структур кости и зуба.

9.

РЕГУЛЯТОРНЫЕ ФАКТОРЫ ОСТЕОГЕНЕЗА И
ОДОНТОГЕНЕЗА
Все регуляторные факторы, участвующие в росте, развитие,
обновлении и минерализации кости и зуба, разделяются на:
1. Митогены
2. Морфогены
3. Хемиаттрактанты
4. Антагонисты митогенов и морфогенов
5. Регуляторы минерализации.

10.

МИТОГЕНЫ
• Разновидность цитокинов, регулирующих
пролиферацию клеток.
• Увеличивают число клеток в популяции, не влияя на их
дифференцировку.
• Действуют либо через цАМФ, либо через Сакальмодулин в качеcтве посредников.
• Вызывают фосфорилирование белков хроматина и
активируют процесс репликации ДНК.
Представители митогенов:
1. Соматомедины – синтезируются под
действием соматотропного гормона
2. Фактор роста из эпидермиса
3. Фактор роста из эндотелия
4. Фактор роста из тромбоцитов
5. Фактор роста из хряща
6. Фактор роста из кости
7. Фактор роста из фибробластов
8. Инсулиноподобный фактор роста

11.

МОРФОГЕНЫ
• Инициаторы генетической программы клеточной
дифференцировки.
• Индукторы транскрипции определенных генов
белков и ферментов, участвующих в клеточной
дифферецировке.
• В отличие от гормонов эффект морфогенов не
исчезает после их удаления.
Представители морфогенов:
1. Морфогенетический белок кости
(фактор Юриста)
2. Внутриклеточный фактор роста
(фактор Редди)
3. Морфогенетический белок хряща
4. Остеогенин (фактор Тилемана)
5. Дентинный фактор роста
6. Витамин А (ретинол)
ретинол

12.

ХЕМИАТТРАКТАНТЫ
Хемиаттрактанты – белки или пептиды, способствующие направленному продвижению
(хемотаксису) определенных клеточных элементов к месту их (хемиаттрактантов)
появления или образования.
Представители хемиаттрактантов:
1. Фактор хемотаксиса из остеобластов
2. Фибронектин: способен «склеивать» элементы
соединительной ткани, хемиаттрактант для
фибробластов, нейтрофилов
3. Остеокальцин: привлекает остеокласты
4. Остеопонтин (BSP I): способен «склеивать» элементы
соединительной ткани
5. Костный сиалопротеин II (BSP II)
6. RANKL пептиды (Receptor Activator of Nuclear factor
Kappa-B Ligand)

13.

АНТАГОНИСТЫ МИТОГЕНОВ И МОРФОГЕНОВ
Пептиды кейлоны – «клеточные тормоза», способны ингибировать
митотическую активность в печени и почках. Кейлоны участвуют в регуляции
завершающих этапов ремоделирования кости.
ЛПОНП – вероятно, антагонисты митогенов и морфогенов.
Полиамины спермин и спермидин блокируют митоз клеток.
Остеопротегерин — ингибитор остеокластов.

14.

СХЕМА РЕМОДЕЛИРОВАНИЯ КОСТИ
Сигнальные
молекулы остеокальцин,
PANKL пептиды
остеоциты
Факторы роста
Ремоделирование (процесс обновления) заключается в быстрой резорбции (2-3 недели) и медленном
образовании (2-3 месяца) новой кости.
АКТИВАЦИЯ. Зрелые остеоциты секретируют сигнальные молекулы (фактор, стимулирующий образование
колоний моноцитов, хемиаттрактанты - PANKL пептиды, остеокальцин), в результате действия которых
происходит образование активных колоний остеокластов.

15.

СХЕМА РЕМОДЕЛИРОВАНИЯ КОСТИ
РЕЗОРБЦИЯ. Остеокласты связываются с поверхностью кости и выделяют вещества, разрушающие
органические компоненты кости. Здесь же в зоне резорбции в условиях кислой среды происходит
вымывание кальция из апатитов. В то же время из матрикса высвобождаются факторы роста,
активирующие остеобласты.
В течение некоторого времени резорбция идет одновременно с формированием новой кости.
КОСТЕООБРАЗОВАНИЕ. Остеобласты обеспечивают образование всех структурных компонентов
матрикса и создают условия для его минерализации (формируются центры кристаллизации).
По завершении минерализации наступает этап покоя, остеобласты оказываются замурованными в
минерализованный матрикс, снижают активность и превращаются в остеоциты.

16.

СХЕМА РЕГУЛЯЦИИ РЕМОДЕЛИРОВАНИЯ КОСТИ по механизму
обратной связи

17.

МИНЕРАЛИЗАЦИЯ КОСТИ и ЗУБА
Фосфатазная теория (Robison, 1923). Согласно этой теории:
Минерализация кости начинается после освобождения
неорганического фосфата в реакции, катализируемой щелочной
фосфатазой.
R-O-PO3H2 + HOH
R-OH + H3PO4
Щелочная фосфатаза располагается вокруг плазматических
мембран остеобластов и связана с пузырьками внеклеточного
матрикса новообразованной кости.
Освобождающийся неорганический ортофосфат связывает ионы
Ca2+, и молекулы нерастворимого ортофосфата кальция служат
центрами дальнейшего образования кристаллов гидроксиапатита
(центрами нуклеации).
Недостатком этой теории является то, что она не объясняет, как
белки соединительной ткани участвуют в минерализации кости и
зуба.

18.

МИНЕРАЛИЗАЦИЯ КОСТИ и ЗУБА
Белковая теория.
Согласно этой теории:
Многие белки, имеющие фосфатные группы, сульфатные группы,
свободные карбоксильные или аминогруппы могут выполнять роль
центров нуклеации для дальнейшего образования кристаллов
гидроксиапатита.
Доказано непосредственное участие следующих белков в
минерализации кости и зуба: коллаген, остеонектин, остеокальцин,
gla-белки, амелогенины, энамелины, фосфопротеины е3 и е4,
амелобластин, тафтелин.

19.

МИНЕРАЛИЗАЦИЯ КОСТИ и ЗУБА
Схема минерализации с участием коллагена, остеонектина,
фосфопротеинов и Gla-белков кости и зуба.

20.

МИНЕРАЛИЗАЦИЯ КОСТИ и ЗУБА
Участие глюкозаминогликанов и фосфолипидов в минерализации
кости и дентина.

21.

РЕМИНЕРАЛИЗАЦИЯ ЭМАЛИ ЗУБА
• В отличие от кости эмаль не подвергается ремоделированию,
но здесь идет реминерализация.
• Поверхностная деминерализация эмали вследствие частичной
сольватации Са2+ из кристаллов гидроксиапатита может
возникать из-за многих причин (кислая пища, кислые
метаболиты микроорганизмов, локальные дефекты пелликулы
при абразивных воздействиях и т. д.).
• Реминерализация (восстановление структуры кристаллов
гидроксиапатитов в поверхностных слоях эмалевых призм) физико-химический
процесс,
опосредуемый
минерализующими компонентами ротовой жидкости (ионы
кальция, неорганического фосфата, фторида, стронция, белков
и ферментов ротовой жидкости).
• Нарушение нормального процесса реминерализации эмали
ведет к развитию кариеса зубов.

22.

РЕГУЛЯЦИЯ МИНЕРАЛИЗАЦИИ КОСТИ И ЗУБА
ГОРМОНЫ – регуляторы остеогенеза
Кальцитонин – пептидный гормон щитовидной железы
Паратгормон (паратиреоидный гормон, паратирин) – гормон
паращитовидной железы
Паротин – пептидный гормон околоушной слюнной железы
1,25(ОН)2 вит.D3 (1,25 дигидроксихолекальциферол, кальцитриол)
24,25(ОН)2 вит.D3 (24,25 дигидроксихолекальциферол)

23.

РЕГУЛЯЦИЯ МИНЕРАЛИЗАЦИИ КОСТИ И ЗУБА
гормон
клеткимишени
эффект
механизм действия
кальцитонин
остеоциты
[Ca2+] в крови, стимуляция
минерализации,
ингибирование
остеокластов
Активация ферментов
минерализации
остеокласты,
почки
[Ca2+] в крови,
стимуляция резорбции кости,
гидроксилирование вит.D3 в
почках
Активация ферментов
деминерализации и
гидроксилаз витамина
D3 в почках
антагонист Паратгормон
кальцитонина
паротин
энамелобласт Усиление минерализации
ы
эмали
Активация ферментов
минерализации
1,25(ОН)2
вит. D3,
кальцитриол
энтероциты,
клетки
почечных
канальцев
[Ca2+] в крови за счет
Индукция синтеза
стимуляции всасывания Са и Р в ферментов
кишечнике и реабсорбции в
почках
24,25(ОН)2
остеоциты
Минерализация кости
Индукция синтеза

24.

РЕГУЛЯТОРНАЯ ФУНКЦИЯ витамина D
паратгормон
+
Биологический эффект кальцитриола
зависит от природы клетки-мишени
(остеобласты, моноциты,
преостеобласты).
Регулирует обмена Са и Р.
Стимулирует выход Са2+ из костной
ткани за счет активации остеокластов.
В почках активирует синтез белковпереносчиков кальция и фосфатов,
усиливая
их
реабсорбцию
в
дистальных канальцах почек.
В клетках кишечника активирует
синтез
Са-переносящих
белков,
которые способствуют всасыванию
кальция, магния и фосфатов.
В почках паратгормон индуцирует
синтез фермента 1α-гидроксилазы и,
следовательно,
образование
кальцитриола.

25.

РЕГУЛЯЦИЯ МИНЕРАЛИЗАЦИИ КОСТИ И ЗУБА
Половые гормоны оказывают большое влияние на костную ткань в
течение всей жизни человека. Эстрогены вызывают активацию
остеобластов,
угнетение остеокластов и стимулируют синтез
коллагена I типа.
Гормоны, принимающие опосредованное участие в регуляции
остеогенеза и минерализации:
• Соматолиберин, соматостатин, соматотропин
• Глюкокортикоиды (кортизол)
• Инсулин и гормон роста активируют остеобласты.
• Тиреоидные гормоны (Т3 и Т4)
Дефицит или избыток этих гормонов вызывает нарушение остеогенеза
и минерализации.

26.

ДЛЯ НОРМАЛЬНОГО ОСТЕОГЕНЕЗА и ОДОНТОГЕНЕЗА
НЕОБХОДИМО:
• Полноценное питание и особенно поступление достаточных
количеств Са, Р, F, а также группы остеотропных микроэлементов.
• Нормальное поступление витаминов, особенно А, D, Е, К и С
• Выработка всех белковых факторов остеогенеза (митогенов,
морфогенов, хемиаттрактантов и т. д.).
• Нормальная деятельность желез внутренней и внешней секреции
секреции (гипофиза, паращитовидной, щитовидной, околоушной
желез, наадпочечников и др.).