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口腔生物化学,南方医科大学口腔医学系 王丹,5,本章内容,1 牙及周围组织的化学组成,2 唾液及龈沟液的生物化学,3 牙菌斑的生物化学,4 牙体硬组织的生物矿化,口腔生物化学研究的主要方法,第1节 牙及周围组织的化学组成,牙及周围组织包含哪些组织学结构？,组织结构学角度 牙体组织 釉质（Enamal） 牙本质 (Dentin) 牙骨质 (Cementum) 牙髓 (Pulp) 牙周组织 牙周膜 (Periodontal membrane) 牙槽骨 (Alveolar bone) 牙龈 (Gingiva),一、釉质,1、无机成分 2、有机成分 3、釉质晶体的理化性质,1、无机成分,在所有无机物中，氟浓度的变化最大，其影响因素主要有如下几种：,釉质蛋白 组织液 外环境 生理性磨损,2、有机成分,主要包括：蛋白质和酶 脂类 枸橼酸盐 糖类 水 分布：釉质的带状结构内 （釉丛、釉板、 釉质间质内）,釉质蛋白(enamel proteins)分类 釉原蛋白（amelogenins) -疏水 非釉原蛋白（non-amelogenins) -酸性 釉丛蛋白（tuftlin) 成釉蛋白（ameloblastin) 釉蛋白（enamelin) 蛋白水解酶类 基质金属蛋白酶（MMP20） 丝蛋白酶,3、釉质晶体的理化性质,羟磷灰石晶体是牙体硬组织无机盐基本的结构形式 （1）基本组成 羟磷灰石是一种磷酸钙物质，属于磷灰石的一种，具有和磷灰石一样的晶体结构 （2）釉质晶体的物理性质 （似羟磷灰石） 釉质晶体的基本构型： 长、薄片状 六棱柱形 釉质晶体数目的变化,（3）釉质晶体的化学性质 吸收性 离子交换,（4）釉质晶体的表面化学 釉质表层晶体排列疏松-釉质具有一定的渗透性。 牙齿萌出口腔前 牙齿萌出口腔后,龋病,二、牙本质和牙骨质,无机成分 碳、磷酸矿物盐、钠、镁、氯 有机成分 胶原蛋白（90%） 非胶原蛋白 枸橼酸盐 脂类,胶原蛋白 牙本质 组成：I、V 合成细胞：成牙本质细胞 作用：形成胞外基质骨架 特点：吸引力 硫酸粘多糖 稳定性 高度交链结构,牙骨质 组成：I,非胶原蛋白 成牙本质细胞源性-牙本质磷蛋白、牙本质涎蛋白 血清源性,三、牙周组织,牙龈、牙周膜、牙槽骨,1、胶原 2、蛋白多糖,1、胶原分布 牙龈 I、III、IV、V 牙周膜 I、III、V 牙槽骨 I,牙周病变过程中的改变,胶原含量减少：,胶原类型改变：,V 型,出现 I 型胶原三聚体,III 型,破坏增加 产生抑制,参与胶原破坏的因素：,胶原酶、巯基复合物 内毒素,牙龈蛋白多糖 硫酸皮肤素、透明质酸、 硫酸肝素、4-硫酸软骨素 牙周膜蛋白多糖 硫酸皮肤素、透明质酸、 硫酸肝素、硫酸软骨素 作用：水的再吸收、与胶原纤维发生作用 牙槽骨蛋白多糖 4-硫酸软骨素、透明质酸、 硫酸角质素、硫酸皮肤素 6-硫酸软骨素,2、蛋白多糖糖胺聚糖+蛋白核心,四、口腔粘膜组织,1、口腔粘膜上皮与结缔组织交界-基底膜的生化特征 胶原性蛋白质 IV型 非胶原性糖蛋白 层粘连蛋白 蛋白多糖 纤维连接蛋白 大疱性类天疱疮（BP）抗原 获得性大疱性表皮松解症（EBA）抗原,2、口腔黏膜结缔组织的生物化学 胶原纤维 弹力纤维（极易变形的衬里粘膜中含量丰富） 结缔组织基质（无定形物质） 主要为蛋白多糖,口腔粘膜结缔组织基质蛋白多糖与一般粘膜蛋白多糖的比较,第二节 唾液和龈沟液的生物化学,一、唾液的生物化学 (一)唾液与口腔环境 唾液的分泌-大、小唾液腺 静态分泌 动态分泌-刺激分泌,（二）唾液成分 唾液性状：正常情况下，唾液是无色、无味、稍粘稠的液体，比重略比水大，pH平均为6.8（5.6-7.6），唾液中99%为水，另还有少许固体成分（0.7%）及少许气体。 无机成分 有机成分 蛋白质 其他,1、无 机 成 分,各无机成分的作用和意义,2、有机成分-蛋白质,来源 唾液中的大部分蛋白质由唾液腺腺胞和导管上皮合成和分泌，少数来源于血浆渗出，浓度很低，唾液中已经鉴定出的蛋白质有40多种。,唾液总蛋白 浓度:约为血浆蛋白浓度的1/30 浓度变异比较大：随个体、随时间 绝大部分为糖蛋白或者蛋白多糖 作用很重要,唾液蛋白质的组织来源,黏蛋白 富脯蛋白 富组蛋白 富酪蛋白 富半胱蛋白,唾液淀粉酶 溶菌酶 唾液过氧化物酶 免疫球蛋白 乳铁蛋白,具体各蛋白质,唾液粘蛋白MG与MG的比较,唾液粘蛋白是唾液一组含糖类的特异蛋白，是唾液中的主要有机成分，具有黏滑性质。由下颌下腺、舌下腺及小涎腺分泌，其中小涎腺分泌占整个唾液粘蛋白的70%。,唾液淀粉酶 为唾液中最早发现的淀粉酶，主要来自腮腺 作用：水解食物中的淀粉 参与牙菌斑获得性膜的形成及吸附细菌 产酸脱矿龋齿,3、涎腺及唾液的功能,涎腺分泌功能 外分泌-分泌唾液 内分泌-合成分泌入血的肽类物质达30种以上 唾液消化及营养功能 协助咀嚼和吞咽 唾液中多种酶直接参与消化 维持味觉-溶剂 提供各种营养来提供口腔软硬组织的代谢平衡,唾液保护功能 粘蛋白起到润滑作用 维持粘膜的完整 软组织的修复作用 清除作用 调节口腔菌群平衡 缓冲作用 维持牙齿矿化,唾液诊断 口腔疾病-涎腺炎(SIgA)、龋病(变链) 全身性疾病-舍格伦综合征(唾液量)、AIDS(HIV-1) 药物监测-酒精、毒品等 测定激素水平-类固醇激素 监测体内的环境毒物-汞、铅等,什么是龈沟液？,二、龈沟液的生物化学,龈沟液的生物化学,化学组成 细胞成分-炎细胞、脱落上皮细胞、细菌 电解质-钠、钾离子 有机成分-抗体、补体 酶类和其他成分,胶原酶 组织蛋白酶 碱性磷酸酶 -葡萄糖苷酸酶 、芳基硫酸酯酶 天门冬氨酸氨基转移酶 其他酶类-弹性蛋白酶等 炎症介导因子：白三烯、前列腺素 内毒素 其他-抗体，其他蛋白等,龈沟液的生理功能及临床意义,抗菌防御 冲洗 抑菌或杀菌溶菌酶、乳铁蛋白等 抗菌-抗体 成分变化作为牙周病变的评判指数 碱性磷酸酶、前列腺素、天门冬氨酸基转移酶,第三节 牙菌斑的生物化学,牙菌斑：一种细菌性生物膜, 为基质包裹的相互粘附的或粘俯于牙面、牙间或修复体表面的软而未钙化的细菌性群体，不能被水冲去或漱掉。 菌斑内微生物的物质代谢 菌斑内的矿物质转换,一、牙菌斑内的主要物质代谢,细菌是牙菌斑内物质代谢活动的主体，不断的进行着新陈代谢，新陈代谢包括分解代谢和合成代谢。 （一）糖的分解代谢 糖的转运途径 Embden-Meyerhof-Paprs(EMP)-己糖二磷酸途径 Hexose-Monophophate(HMP)-己糖单磷酸途径 Entner-Doudoroff(ED)途径 磷酸乙酮醇酶(PK)途径,1、磷酸化 2、磷酸葡萄糖异构酶 3、磷酸果糖激酶 4、1，6-二磷酸果糖醛缩酶 5、磷酸丙糖异构酶 6、3-磷酸甘油醛脱氢酶 7、3-磷酸甘油酸激酶 8、磷酸甘油酸变位酶 9、烯醇酶 10、丙酮酸激酶,EMP途径,1、葡萄糖激酶 11、6-磷酸葡萄糖脱氢酶 12、 6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶 13、核酮糖磷酸异构酶 14、核糖磷酸异构酶 15、转酮醇酶 16、转醛醇酶 4、果糖二磷酸醛缩酶 17、果糖二磷酸酶 2、磷酸葡萄糖异构酶,HMP途径,ED途径,1、葡萄糖激酶 11、6-磷酸葡萄糖脱氢酶 18、磷酸葡萄糖酸水解酶 19、2-酮-3-脱氢-6-磷酸葡 萄糖醛缩酶 15、转酮醇酶 16、转醛醇酶 13、核酮糖磷酸异构酶,磷酸乙酮醇酶PK途径,1、葡萄糖激酶 2、磷酸葡萄糖异构酶 20、果糖-6-磷酸乙酮醇酶 22、磷酸乙酰转移酶 23、乙醛脱氢酶 24、乙醇脱氢酶 16、转醛醇酶 15、转酮醇酶 26、磷酸乙酮醇酶 25、乳酸脱氢酶,4 种途径比较,以上四条代谢途径，对于某种细菌来说，往往以一条途径为主，而辅以另外一条途径，也有部分细菌只有一条途径。前三条途径广泛存在于细菌菌斑中，只有PK途径存在于少数细菌中。,细菌分解葡萄糖三条主要途径之间的联系,糖的分解代谢产物 菌斑表层-有氧分解：丙酮酸进入三羧酸循环 氧化脱羧 作用后 二氧化碳、水、能量 菌斑深层-无氧酵解：丙酮酸有机酸，如乳酸、甲酸、乙 酸、丙酸及乙醇等。,（二）糖的合成代谢,细胞内途径,外源性糖丰富 糖,糖原,胞内多糖（糖原）,合成代谢的途径,多聚-羟丁酸 多聚磷酸盐,甲酸、乙酸、乙醇（厌氧）,乳酸、丙酮酸（有氧）,外源性糖缺乏,多聚-羟丁酸,乙酰辅酶 A,细胞外途径,蔗糖,GTF,FTF,葡聚糖,果聚糖,GTF(葡萄糖基转移酶)和FTF(果糖基转移酶)的特性,对蔗糖高度特异性-只能利用蔗糖作为底物 广泛的pH适应度- pH5.2-7.0，与菌斑pH相符 固有酶-细菌自发合成,两种葡聚糖比较,二、牙菌斑内的矿物质转换,菌斑-唾液间的矿物质转换 唾液是菌斑矿物质的主要来源，唾液中矿物质的浓度和存在形式直接影响到菌斑内的矿物质浓度。唾液中钙磷氟的浓度随不同个体，不同的唾液流速而不同。 唾液和菌斑中离子形式的钙、磷、氟等矿物质可以相互转换-离子扩散，取决于浓度梯度。且扩散的过程是一个可逆的过程，最终在唾液和菌斑间达到一个动态平衡,菌斑-牙面间（釉质）的矿物质转换 菌斑牙面间的矿物质转换：是在菌斑液中进行。菌斑中的矿物质含量明显高于唾液 菌斑可阻挡牙表面矿物离子的扩散-离子屏障； 菌斑中的矿物质与其中蛋白结合； 菌斑中的细菌具有结合一些离子的能力。 钙、磷、氟矿物质存在形式：离子 与蛋白结合 磷酸盐,菌斑pH与龋病 pH,菌斑pH与牙结石,牙釉质溶解,pH,牙釉质溶解,正常,稳定,pH,磷灰石溶解,pH,磷灰石沉积,第四节 牙体硬组织的生物矿化,一、生物矿化及种类 生物矿化(biomineralization)是指生物体内的钙磷等无机离子在多种生物因子的调控下通过化学反应产生难溶性盐与有机质结合，形成机体矿化组织。牙体硬组织的矿化是由基因调控、细胞因子介导、矿化细胞完成的生物矿化过程。 人体的矿化组织：釉质、牙本质、牙骨质、骨骼 生理性矿化-牙及骨骼中的磷酸盐，磷灰石晶体 病理性矿化-牙结石、胆结石、肾结石等 人工再矿化,二、生物矿化的一般特性,生物矿化组织的组成结构 羟磷灰石晶体的基本组成单位是 晶胞-六棱柱形,生物矿化的机制 生物矿化常发生在机体需要矿化组织的部位 是特殊的反应物质对矿化的指导和细胞参与的结果 在结构上高度有序 生物矿化组织存在于一个矿化和脱矿的平衡过程中 参与物质代谢 生物矿化的结晶过程 成核-种晶、晶核形成 晶核的生长-晶体在特有方向和空间生长的有序过程 集聚 固相转换-钙磷结晶首先是形成无定形磷酸钙或磷酸八钙 羟磷灰石,生物体内的矿化过程 基质效应 生物矿化发生在机体内的特定矿化部位，而不发生在软组织； 细胞效应 组织细胞在生物矿化过程中通过合成分泌基质、转运矿物离子，对生物矿化起着重要的调节作用,釉质的生物矿化 釉质矿化机制 釉质的最初矿化是在前期牙本质形成之后开始的 牙本质晶体对釉质基质的初始晶核的形成有诱导作用 釉质矿化步骤,三、釉质与牙本质的生物矿化,成釉细胞分泌基质(釉原蛋白、非釉原蛋白)矿化HA晶体成釉细胞后退晶体跟进成熟，蛋白分