口腔生物化學(xué)4.14

1、口腔生物化學(xué),南方醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)系 王丹,5,本章內(nèi)容,,,1 牙及周圍組織的化學(xué)組成,,,2 唾液及齦溝液的生物化學(xué),,,3 牙菌斑的生物化學(xué),,,4 牙體硬組織的生物礦化,口腔生物化學(xué)研究的主要方法,第1節(jié) 牙及周圍組織的化學(xué)組成,,牙及周圍組織包含哪些組織學(xué)結(jié)構(gòu)？,,組織結(jié)構(gòu)學(xué)角度 牙體組織 釉質(zhì)（Enamal）

2、 牙本質(zhì) (Dentin) 牙骨質(zhì) (Cementum) 牙髓 (Pulp) 牙周組織 牙周膜 (Periodontal membrane) 牙槽骨 (Alveolar bone) 牙齦 (Gingiva),一、釉質(zhì),1、無機(jī)成分2、有機(jī)成分3、

3、釉質(zhì)晶體的理化性質(zhì),1、無機(jī)成分,在所有無機(jī)物中，氟濃度的變化最大，其影響因素主要有如下幾種：,釉質(zhì)蛋白組織液外環(huán)境生理性磨損,2、有機(jī)成分,主要包括：蛋白質(zhì)和酶 脂類 枸櫞酸鹽 糖類 水分布：釉質(zhì)的帶狀結(jié)構(gòu)內(nèi) （釉叢、釉板、 釉質(zhì)間質(zhì)內(nèi)）,,釉質(zhì)蛋白(enamel proteins)分類釉原蛋白（amelogeni

4、ns) ---疏水 非釉原蛋白（non-amelogenins) ---酸性 釉叢蛋白（tuftlin) 成釉蛋白（ameloblastin) 釉蛋白（enamelin)蛋白水解酶類 基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP20） 絲蛋白酶,3、釉質(zhì)晶體的理化性質(zhì),羥磷灰石晶體是牙體硬組織無機(jī)鹽基本的結(jié)構(gòu)形式（1）基本組成羥磷灰石是一種磷酸鈣物質(zhì)

5、，屬于磷灰石的一種，具有和磷灰石一樣的晶體結(jié)構(gòu)（2）釉質(zhì)晶體的物理性質(zhì) （似羥磷灰石）釉質(zhì)晶體的基本構(gòu)型： 長(zhǎng)、薄片狀 六棱柱形釉質(zhì)晶體數(shù)目的變化,,,,（3）釉質(zhì)晶體的化學(xué)性質(zhì)吸收性離子交換,,（4）釉質(zhì)晶體的表面化學(xué)釉質(zhì)表層晶體排列疏松-釉質(zhì)具有一定的滲透性。 牙齒萌出口腔前 牙齒萌出口腔后,,齲病,二、牙本質(zhì)和牙骨質(zhì),無機(jī)成分 碳、磷酸礦物鹽、鈉、鎂、氯有機(jī)成分

6、 膠原蛋白（90%） 非膠原蛋白 枸櫞酸鹽 脂類,,膠原蛋白 牙本質(zhì) 組成：I、V 合成細(xì)胞：成牙本質(zhì)細(xì)胞 作用：形成胞外基質(zhì)骨架 特點(diǎn)：吸引力 硫酸粘多糖 穩(wěn)定性 高度交鏈結(jié)構(gòu),牙骨質(zhì) 組成：I,非膠原蛋白 成牙本質(zhì)細(xì)胞源性-牙本質(zhì)磷蛋白、牙本

7、質(zhì)涎蛋白 血清源性,,三、牙周組織,牙齦、牙周膜、牙槽骨,1、膠原2、蛋白多糖,1、膠原分布 牙齦 I、III、IV、V 牙周膜 I、III、V 牙槽骨 I,牙周病變過程中的改變,膠原含量減少：,膠原類型改變：,V 型,,出現(xiàn) I 型膠原三聚體,III 型,,破壞增加產(chǎn)生抑制,參與膠原破壞的因素：,膠原酶、巰基復(fù)合物內(nèi)毒素,牙齦蛋白多糖

8、 硫酸皮膚素、透明質(zhì)酸、 硫酸肝素、4-硫酸軟骨素牙周膜蛋白多糖 硫酸皮膚素、透明質(zhì)酸、 硫酸肝素、硫酸軟骨素 作用：水的再吸收、與膠原纖維發(fā)生作用牙槽骨蛋白多糖 4-硫酸軟骨素、透明質(zhì)酸、 硫酸角質(zhì)素、硫酸皮膚素 6-硫酸軟骨素,2、蛋白多糖—糖胺聚糖

9、+蛋白核心,四、口腔粘膜組織,,1、口腔粘膜上皮與結(jié)締組織交界-基底膜的生化特征膠原性蛋白質(zhì) IV型 非膠原性糖蛋白 層粘連蛋白 蛋白多糖 纖維連接蛋白 大皰性類天皰瘡（BP）抗原 獲得性大皰性表皮松解癥（EBA）抗原,,2、口腔黏膜結(jié)締組織的生物化學(xué) 膠原纖維 彈力纖維（極易變形的襯里粘膜中含量豐富） 結(jié)締組織基質(zhì)（無定形物質(zhì)）

10、 主要為蛋白多糖,,口腔粘膜結(jié)締組織基質(zhì)蛋白多糖與一般粘膜蛋白多糖的比較,第二節(jié) 唾液和齦溝液的生物化學(xué),一、唾液的生物化學(xué) (一)唾液與口腔環(huán)境 唾液的分泌-大、小唾液腺 靜態(tài)分泌 動(dòng)態(tài)分泌-刺激分泌,,（二）唾液成分 唾液性狀：正常情況下，唾液是無色、無味、稍粘稠的液體，比重略比水大，pH平均為6.8（5.6-7.6），唾液中99%為水，另還有少許

11、固體成分（0.7%）及少許氣體。 無機(jī)成分 有機(jī)成分 蛋白質(zhì) 其他,1、無 機(jī) 成 分,各無機(jī)成分的作用和意義,2、有機(jī)成分--蛋白質(zhì),來源唾液中的大部分蛋白質(zhì)由唾液腺腺胞和導(dǎo)管上皮合成和分泌，少數(shù)來源于血漿滲出，濃度很低，唾液中已經(jīng)鑒定出的蛋白質(zhì)有40多種。,,唾液總蛋白 濃度:約為血漿蛋白濃度的1/30

12、 濃度變異比較大：隨個(gè)體、隨時(shí)間 絕大部分為糖蛋白或者蛋白多糖 作用很重要,唾液蛋白質(zhì)的組織來源,黏蛋白富脯蛋白富組蛋白富酪蛋白富半胱蛋白,唾液淀粉酶溶菌酶唾液過氧化物酶免疫球蛋白乳鐵蛋白,具體各蛋白質(zhì),唾液粘蛋白MGⅠ與MGⅡ的比較,唾液粘蛋白是唾液一組含糖類的特異蛋白，是唾液中的主要有機(jī)成分，具有黏滑性質(zhì)。由下頜下腺、舌下腺及小涎腺分泌，其中小涎腺分泌占整個(gè)唾液粘蛋白的70%。,,唾液淀粉酶

13、 為唾液中最早發(fā)現(xiàn)的淀粉酶，主要來自腮腺 作用：水解食物中的淀粉 參與牙菌斑獲得性膜的形成及吸附細(xì)菌 產(chǎn)酸→脫礦→齲齒,3、涎腺及唾液的功能,涎腺分泌功能 外分泌-分泌唾液 內(nèi)分泌-合成分泌入血的肽類物質(zhì)達(dá)30種以上唾液消化及營(yíng)養(yǎng)功能 協(xié)助咀嚼和吞咽 唾液中多種酶直接參與消化 維持味覺-溶劑

14、提供各種營(yíng)養(yǎng)來提供口腔軟硬組織的代謝平衡,,唾液保護(hù)功能 粘蛋白起到潤(rùn)滑作用 維持粘膜的完整 軟組織的修復(fù)作用 清除作用 調(diào)節(jié)口腔菌群平衡 緩沖作用 維持牙齒礦化,,唾液診斷 口腔疾病-涎腺炎(SIgA)、齲病(變鏈) 全身性疾病-舍格倫綜合征(唾液量)、AIDS(HIV-1) 藥物監(jiān)測(cè)-酒精、毒品等

15、 測(cè)定激素水平-類固醇激素 監(jiān)測(cè)體內(nèi)的環(huán)境毒物-汞、鉛等,什么是齦溝液？,二、齦溝液的生物化學(xué),齦溝液的生物化學(xué),化學(xué)組成 細(xì)胞成分-炎細(xì)胞、脫落上皮細(xì)胞、細(xì)菌 電解質(zhì)-鈉、鉀離子 有機(jī)成分-抗體、補(bǔ)體 酶類和其他成分,,膠原酶 組織蛋白酶堿性磷酸酶?-葡萄糖苷酸酶 、芳基硫酸酯酶天門冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶其他酶類-彈性蛋白酶等炎癥介導(dǎo)因子：白三

16、烯、前列腺素內(nèi)毒素其他-抗體，其他蛋白等,齦溝液的生理功能及臨床意義,抗菌防御 沖洗 抑菌或殺菌—溶菌酶、乳鐵蛋白等 抗菌--抗體成分變化作為牙周病變的評(píng)判指數(shù) 堿性磷酸酶、前列腺素、天門冬氨酸基轉(zhuǎn)移酶,第三節(jié) 牙菌斑的生物化學(xué),牙菌斑：一種細(xì)菌性生物膜, 為基質(zhì)包裹的相互粘附的或粘俯于牙面、牙間或修復(fù)體表面的軟而未鈣化的細(xì)菌性群體，不能被水沖去或漱掉。菌斑內(nèi)微生物的物質(zhì)代謝

17、菌斑內(nèi)的礦物質(zhì)轉(zhuǎn)換,一、牙菌斑內(nèi)的主要物質(zhì)代謝,細(xì)菌是牙菌斑內(nèi)物質(zhì)代謝活動(dòng)的主體，不斷的進(jìn)行著新陳代謝，新陳代謝包括分解代謝和合成代謝。（一）糖的分解代謝糖的轉(zhuǎn)運(yùn)途徑 Embden-Meyerhof-Paprs(EMP)-己糖二磷酸途徑 Hexose-Monophophate(HMP)-己糖單磷酸途徑 Entner-Doudoroff(ED)途徑 磷酸乙酮醇酶(PK)途徑,1、磷酸化

18、2、磷酸葡萄糖異構(gòu)酶3、磷酸果糖激酶4、1，6-二磷酸果糖醛縮酶5、磷酸丙糖異構(gòu)酶6、3-磷酸甘油醛脫氫酶7、3-磷酸甘油酸激酶8、磷酸甘油酸變位酶9、烯醇酶10、丙酮酸激酶,EMP途徑,1、葡萄糖激酶11、6-磷酸葡萄糖脫氫酶12、 6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶13、核酮糖磷酸異構(gòu)酶14、核糖磷酸異構(gòu)酶15、轉(zhuǎn)酮醇酶16、轉(zhuǎn)醛醇酶4、果糖二磷酸醛縮酶17、果糖二磷酸酶2、磷酸葡萄糖異構(gòu)酶,HMP途徑,ED

19、途徑,1、葡萄糖激酶11、6-磷酸葡萄糖脫氫酶18、磷酸葡萄糖酸水解酶19、2-酮-3-脫氫-6-磷酸葡 萄糖醛縮酶15、轉(zhuǎn)酮醇酶16、轉(zhuǎn)醛醇酶13、核酮糖磷酸異構(gòu)酶,磷酸乙酮醇酶PK途徑,1、葡萄糖激酶2、磷酸葡萄糖異構(gòu)酶20、果糖-6-磷酸乙酮醇酶22、磷酸乙酰轉(zhuǎn)移酶23、乙醛脫氫酶24、乙醇脫氫酶16、轉(zhuǎn)醛醇酶15、轉(zhuǎn)酮醇酶26、磷酸乙酮醇酶25、乳酸脫氫酶,,4 種途徑比較,,以上四條

20、代謝途徑，對(duì)于某種細(xì)菌來說，往往以一條途徑為主，而輔以另外一條途徑，也有部分細(xì)菌只有一條途徑。前三條途徑廣泛存在于細(xì)菌菌斑中，只有PK途徑存在于少數(shù)細(xì)菌中。,細(xì)菌分解葡萄糖三條主要途徑之間的聯(lián)系,糖的分解代謝產(chǎn)物 菌斑表層-有氧分解：丙酮酸進(jìn)入三羧酸循環(huán)→ 氧化脫羧 作用后→ 二氧化碳、水、能量 菌斑深層-無氧酵解：丙酮酸→有機(jī)酸，如乳酸、甲酸、乙 酸、丙酸及乙醇等。,（二）糖的合成代謝,細(xì)胞內(nèi)途徑,

21、外源性糖豐富 糖,糖原,胞內(nèi)多糖（糖原）,合成代謝的途徑,,,多聚?-羥丁酸多聚磷酸鹽,,,甲酸、乙酸、乙醇（厭氧）,乳酸、丙酮酸（有氧）,外源性糖缺乏,,,多聚?-羥丁酸,,乙酰輔酶 A,,,細(xì)胞外途徑,蔗糖,GTF,,,FTF,葡聚糖,果聚糖,GTF(葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶)和FTF(果糖基轉(zhuǎn)移酶)的特性,⑴對(duì)蔗糖高度特異性-只能利用蔗糖作為底物⑵廣泛的pH適應(yīng)度- pH5.2-7.0，與菌斑pH相符⑶固有酶-細(xì)菌自發(fā)合成,,兩種

22、葡聚糖比較,二、牙菌斑內(nèi)的礦物質(zhì)轉(zhuǎn)換,菌斑-唾液間的礦物質(zhì)轉(zhuǎn)換唾液是菌斑礦物質(zhì)的主要來源，唾液中礦物質(zhì)的濃度和存在形式直接影響到菌斑內(nèi)的礦物質(zhì)濃度。唾液中鈣磷氟的濃度隨不同個(gè)體，不同的唾液流速而不同。唾液和菌斑中離子形式的鈣、磷、氟等礦物質(zhì)可以相互轉(zhuǎn)換--離子擴(kuò)散，取決于濃度梯度。且擴(kuò)散的過程是一個(gè)可逆的過程，最終在唾液和菌斑間達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡,,菌斑-牙面間（釉質(zhì)）的礦物質(zhì)轉(zhuǎn)換菌斑牙面間的礦物質(zhì)轉(zhuǎn)換：是在菌斑液中進(jìn)行。菌斑中的礦

23、物質(zhì)含量明顯高于唾液 菌斑可阻擋牙表面礦物離子的擴(kuò)散-離子屏障； 菌斑中的礦物質(zhì)與其中蛋白結(jié)合； 菌斑中的細(xì)菌具有結(jié)合一些離子的能力。鈣、磷、氟礦物質(zhì)存在形式：離子 與蛋白結(jié)合 磷酸鹽,菌斑pH與齲病pH,,菌斑pH與牙結(jié)石,,牙釉質(zhì)溶解,,pH,,,牙釉質(zhì)溶解,,正常,,穩(wěn)定,,pH,,磷

24、灰石溶解,,pH,,,磷灰石沉積,,,第四節(jié) 牙體硬組織的生物礦化,一、生物礦化及種類 生物礦化(biomineralization)是指生物體內(nèi)的鈣磷等無機(jī)離子在多種生物因子的調(diào)控下通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生難溶性鹽與有機(jī)質(zhì)結(jié)合，形成機(jī)體礦化組織。牙體硬組織的礦化是由基因調(diào)控、細(xì)胞因子介導(dǎo)、礦化細(xì)胞完成的生物礦化過程。 人體的礦化組織：釉質(zhì)、牙本質(zhì)、牙骨質(zhì)、骨骼 生理性礦化-牙及骨骼中的磷酸鹽，磷灰石

25、晶體 病理性礦化-牙結(jié)石、膽結(jié)石、腎結(jié)石等 人工再礦化,二、生物礦化的一般特性,生物礦化組織的組成結(jié)構(gòu) 羥磷灰石晶體的基本組成單位是 晶胞-六棱柱形,,生物礦化的機(jī)制 生物礦化常發(fā)生在機(jī)體需要礦化組織的部位 是特殊的反應(yīng)物質(zhì)對(duì)礦化的指導(dǎo)和細(xì)胞參與的結(jié)果 在結(jié)構(gòu)上高度有序 生物礦化組織存在于一個(gè)礦化和脫礦的平衡過程中 參與物質(zhì)代謝生物礦化的結(jié)晶過程

26、 成核-種晶、晶核形成 晶核的生長(zhǎng)-晶體在特有方向和空間生長(zhǎng)的有序過程 集聚 固相轉(zhuǎn)換-鈣磷結(jié)晶首先是形成無定形磷酸鈣或磷酸八鈣 →羥磷灰石,,生物體內(nèi)的礦化過程 基質(zhì)效應(yīng) 生物礦化發(fā)生在機(jī)體內(nèi)的特定礦化部位，而不發(fā)生在軟組織； 細(xì)胞效應(yīng) 組織細(xì)胞在生物礦化過程中通過合成分泌基質(zhì)、轉(zhuǎn)運(yùn)礦物離子，對(duì)生物礦化起著重要的調(diào)節(jié)作用,釉質(zhì)

27、的生物礦化 釉質(zhì)礦化機(jī)制 釉質(zhì)的最初礦化是在前期牙本質(zhì)形成之后開始的 牙本質(zhì)晶體對(duì)釉質(zhì)基質(zhì)的初始晶核的形成有誘導(dǎo)作用 釉質(zhì)礦化步驟,三、釉質(zhì)與牙本質(zhì)的生物礦化,成釉細(xì)胞分泌基質(zhì)(釉原蛋白、非釉原蛋白)→礦化HA晶體→成釉細(xì)胞后退→晶體跟進(jìn)→成熟，蛋白分解,,牙本質(zhì)的生物礦化 牙本質(zhì)礦化機(jī)制 成牙本質(zhì)細(xì)胞首先分泌細(xì)胞外基質(zhì)-Ⅰ型膠原，以此為骨架發(fā)生礦化結(jié)晶。

28、 牙本質(zhì)礦化步驟 牙本質(zhì)磷蛋白,四、氟與牙的生物礦化,氟在生物礦化中的作用 降低牙釉質(zhì)的溶解性 改善牙的形態(tài)發(fā)育-晶體的穩(wěn)定性 促進(jìn)牙釉質(zhì)再礦化 過量氟則會(huì)影響發(fā)育期釉質(zhì)晶體的礦化 抑制釉基質(zhì)蛋白的合成和分泌 作用于釉質(zhì)蛋白酶，阻礙釉質(zhì)蛋白的移除 過量氟離子可以使局部釉質(zhì)晶體出現(xiàn)過度礦化,,課后作業(yè)：唾液有機(jī)成