Небелковые органические компоненты кости и зуба. Роль цитрата в метаболизме костной ткани.
Свободные аминокислоты (способные к рацемизации)
-фосфолипиды (участвуют в минерализации кости и дентина)
4. Органические кислоты (цитрат):
-90% всего цитрата организма содержится в костях,
-бидентатный лиганд кальция (хелатный комплексон кальция),
-транспортная форма кальция в минерализованных тканях,
-для минерализованных тканей характерна низкая активность ферментов использования цитрата (АТФ-цитрат-лиазы)
Химический состав минерализованных тканей. Апатиты. Особенности строения и свойств различных типов апатитов.
Структура кристаллической решетки
-главный вид апатитов (отн. сод. в эмали – до 75%),
-устойчив при нейтральном значении рН,
-сдвиг рН от 6.0 до 5.0 увеличивает его растворимость в десятки раз,
-самый прочный вид апатитов,
-в наибольшей степени представлен в эмали,
-может генерировать высокий пьезоэлектрический потенциал
-слабо растворим в кислотах,
-количество его зависит от содержания F- в питьевой воде (в норме 1.0-1.5 мг/л),
250 млн человек на земном шаре испытывают дефицит фтора,
-избыток фтора приводит к флуорозу,
-описаны биогеохимические провинции с аномально высоким содержанием фтора в воде (до 42 мг/л)
— особенно опасен профессиональный флуороз, ибо фтор весьма токсичен и способен ингибировать многие ферменты (енолазу, аконитазу, пирофосфатазу)
-лучше растворим в кислотах,, а следовательно, менее стабилен, чем гидрокси апатит,
-образуется при высокой концентрации бикарбонат-аниона, образующегося при сбраживании углеводов ферментами бактерий полости рта.
-хотя этот апатит является галоген- содержащим, как и фторапатит, но в отличие от последнего, гораздо менее прочен и менее устойчив.
-содержится в следовых количествах,
-данный апатит может включать в себя как нерадиоактивный Sr88, так и радиоактивный Sr90,
-изотоп Sr90 имеет период полураспада 20 лет,
-количество Sr в кости и эмали зависит от содержания обоих изотопов в воде и пище,
-существуют биогеохимические провинции с аномально высоким уровнем Sr в почве и воде.
Особенности минерального состава зуба (эмали, дентина, цемента).
Общее количество минералов меньше, чем в эмали (
70%), но больше, чем в кости (55%),следовательно и по прочности дентин занимает промежуточное положение между эмалью и костью
Кристаллы гидроксиапатита располагаются по ходу коллагеновых волокон (радиально – в плащевом дентине и тангенциально – в околопульпарном)
Структура дентина не подвергается ремоделированию (в отличие от кости)
Помимо кристаллов гидроксиапатита в дентине обнаружены неапатитные водонерастворимы соли кальция:
Самая минерализованная ткань организма
Более высокое содержание фторапатитов и хлорапатитов
Кристаллы гидроксиапатита крупнее, чем в других минерализованных тканях
Эмалевые призмы образуются в результате агрегации кристаллов гидроксиапатита
Твердость эмали сравнима с твердостью кварца (200-300 ед Виккерса)
Низкая скорость обновления Са и Р (в 15-20 раз меньше, чем в кости и дентине). τ1/2
Вода в эмали существует в двух состояниях:
-свободная, т.е. текучая (в составе эмалевой жидкости) и
-связанная, иммобилизованная (гидратная вода, окружающая кристаллы эмалевых призм)
Общее содержание минеральных веществ в цементе около 70%
Не испытывает столь значительных механических нагрузок , как эмаль, поэтому твердость цемента значительно уступает твердости эмали
Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.
Роль цитрата в процессе минерализации твердых тканей зуба
Аскорбиновая кислота, ее функция, роль в метаболизме тканей и органов полости рта.
· Действие витамина связывают с его участием в окислительно – восстановительных реакциях. Он ускоряет дегидрирование восстановительных коферментов НАДН и др., активирует окисление глюкозы по пентозо – фосфатному пути, характерному для пульпы зуба.
· Витамин С влияет на синтез гликогена, который используется в зубах как основной источник энергии в процессах метаболизма и минерализации.
· Витамин С активирует многие ферменты углеводного обмена: в гликолизе – гексокиназы, фруктокиназы. В ЦТК – НАД-зависимые дегидрогеназы. В тканевом дыхании – цитохромоксидазу, а также ферменты минерализации – щелочные фосфатазы.
Читайте также: Специальные фломастеры для ткани
· Витамин С принимает непосредственное участие в биосинтезе белка соединительной ткани – коллагена. Он необходим для гидроксилирования пролина (который составляет в коллагене 14% всех аминокислот), а также лизина. Эти две реакции лежат в основе превращения проколлагена в коллаген.
Фермент : пролинмонооксигеназа, косубстрат – витамин С.
Фермент лизинмонооксигеназа, косубстрат – витамин С.
При авитаминозе витамина С синтез коллагена нарушен на стадии гидроксилирования пролиновых и лизиновых остатков, следовательно образуются мене прочные каллогеновые волокна,что приводит к ломкости стенок кровеносных сосудов. Повышается хрупкость костей, костных перегородок, нарушается структура дентина. Дегенеративные процессы со стороны одонтобластов и остеобластов приводят к развитию кариеса, разламыванию коронок, расшатыванию и выпадению зубов [7].
В минерализованных тканях содержится 90% всего цитрата организма. В костях цитрат составляет 0,8-1,2% органического вещества, в дентине – 0,8-0,9%, в эмали 0,1%.
Основной процесс, в котором образуется цитрат, это ЦТК (первая реакция, катализируемая цитратсинтазой) Активность этого фермента в костной ткани и в зубах выше, чем в других тканях. Синтез цитрата связан с функцией поджелудочной и паращитовидных желез. Инсулин и парат-гормон активируют этот процесс.
Цитрат существует в двух формах:
1) растворимая, образуется в цикле трикарбоновых кислот, образует транспортную форму Са – цитрат Са, участвуя таким образом в минерализации и деминерализации твердых тканей. Эта реакция регулируется парат-гормоном и играет важную роль в обеспечении уровня Са в крови.
2) Нерастворимая — адсорбируется на поверхности кристалла гидроксиапатита и прочно связывается с ним. Входит, таким образом, в состав твердых тканей зуба.
При повышении уровня цитрата, наблюдается увеличение концентрации водородных ионов в тканях зуба, что приводит к усиленному связыванию цитрата с кальцием и повышению растворимости эмали.
Роль цитрата в метаболических процессах в костной ткани
Физиология паратгормона настолько сильно связана с витамином D и метаболизмом костной ткани, что рассматривать эти вопросы по отдельности, не потеряв их сути, невозможно. Графически взаимоотношения представлена на рисунке ниже. Паратгормон в первую очередь регулирует содержание ионов кальция в межклеточном пространстве. Витамин D контролирует всасывание кальция из пищи, а также косвенно отвечает за минерализацию костной ткани, которая содержит в себе 99% всего кальция организма.
«Можно ли считать кость органом?» Да! Поскольку костная ткань проявляется очень высокую метаболическую активность, а также содержит большие запасы кальция, она напрямую включена в процессы регуляции содержания кальция в межклеточном пространстве и плазме крови. Нормальная концентрация кальция в межклеточном пространстве необходима для выполнения множества клеточных функций, среди которых передача сигнала между клетками, секреция гормонов, нормальная работа мышц и нервов, поэтому необходимо строгое ее сохранение в определенных пределах.
Гипокальциемия ведет к нервно-мышечной гипервозбудимости; умеренное снижение уровня кальция проявляется гиперестезиями с положительными симптомами Хвостека и Труссо; тяжелая гипокальциемия ведет к развитию тетании, судорог и смерти. Гиперкальциемия проявляется летаргией, слабостью, комой и, наконец, смертью. Около 50% внеклеточного кальция находится в ионизированной форме, но точное соотношение зависит от pH. Содержание кальция внутри клеток на порядки меньше, чем вне ее, но некоторые органеллы, например, митохондрии, содержат в себе повышенные концентрации кальция. Колебания уровня внеклеточного ионизированного кальция обычно не превышают ± 10%.
а) Физиология обмена паратгормона. Паратгормон (паратиреоидный гормон, ПТГ, РТН) по химическому строению является 84-аминокислотным полипептидом; было выяснено, что за биологическую активность гормона ответственны первые 34 аминокислотных остатка паратгормона, именно они используются в клинической практике, например, в лечении остеопороза. Определение последовательности классического рецептора ПТГ показало его связь с G-белком и наличие семи трансмембранных сегментов, проявляющих одинаковое сродство как с паратгормоном, так и с ПТГ-родственным пептидом (ПТГ-рП).
Читайте также: Ткань функция кровь транспортная запасающая
Но ПТГ-рП не обладает таким же активирующим действием на 1-гидроксилазы почек, как сам ПТГ.
Наибольшее количество рецепторов к ПТГ находится в костной ткани и в почках, хотя в других органах они также присутствуют в меньших количествах. Недавно был обнаружен новый подвид ПТГ-рецептора, который связывается с карбоксильным остатком паратгормона. Ранее считалось, что данные рецепторы находятся в неактивном состоянии. Этот недавно обнаруженный рецептор не связывается с ПТГ-рП. Неизвестно, играет ли он какую-либо роль в метаболизме костной ткани или имеет какие-либо другие функции.
Клетки паращитовидных желез также экспрессируют рецепторы, чувствительные к кальцию. И они являются рецепторами, связанными с G-белками, и имеют в своем составе семь трансмембранных доменов. Данные рецепторы могут соединяться с различными катионами, но физиологически подходящими для них являются только двухвалентные катионы кальция и магния. Снижение уровня ионизированного кальция ведет к повышению секреции ПТГ, повышение уровня ионизированного кальция ведет к снижению секреции ПТГ.
Таким образом, и концентрация ионизированного кальция, и концентрация ПТГ в плазме крови колеблются лишь в узких пределах. Были описаны различные мутации данных рецепторов, некоторые из них приводят к повышению их активности, другие — к понижению. Данные мутации являются ключом к пониманию семейной гипокальциурической гиперкальциемии и некоторых гипокальциемических синдромов, например, семейного гипопаратиреоидизма.
Паратгормон (ПТГ) повышает резорбцию кальция в почках, усиливает резорбцию костной ткани, повышает активность D1-гидроксилазы почек. Эти механизмы помогают восстановить уровень кальция в плазме крови.
Пути метаболизма витамина D, паратгормона и костной ткани.
Предшественники витамина D синтезируются в коже под действием ультрафиолета. Превращение 25-ОН витамина D, депонированной формы витамина, в активную форму,
т.е. 1,25-(ОН)2 витамин D, регулируется паратгормоном. 1,25-(ОН)2 витамин D повышает всасывание кальция в желудочно-кишечном тракте.
Кальций и фосфор плазмы крови регулируют содержание паратгормона крови, а также участвуют в минерализации новообразованного костного матрикса.
При повышении уровня паратгормона усиливается резорбция костной ткани, поскольку это необходимо для поддержания необходимого уровня кальция в плазме,
а также стимулируется синтез 1,25-(ОН)2 витамина D почками.
б) Физиология обмена витамина Д. Синтез провитамина D (холекальциферола) происходит в коже из 7-дегидрохолестерола в результате фотокатализа под действием ультрафиолетовых лучей с длиной волны 290-315 нм. Ультрафиолетовые лучи именно с такой длиной волны могут преодолеть атмосферу, поэтому у жителей возвышенностей синтез провитамина D подвержен сезонным колебаниям. Синтез предшественников провитамина D тоже зависит от воздействия солнечных лучей, поэтому избыточное пребывание на солнце не приводит к гипервитаминозу.
Следовательно, скорость продукции провитамина D в долгосрочной перспективе не зависит от пигментации кожи; но она может снижаться у темнокожих лиц, которые мало подвергаются воздействию солнечных лучей. Провитамин D связывается с транскальциферином (витамин — D — связывающим белком) и транспортируется в печень, где в результате 25-гидроксилирования он превращается в кальцидиол.
Возможности получения витамина D с пищей очень ограничены, лишь крайне малое число продуктов содержит в себе витамин D. Молоко и молочные продукты, производимые в США и Европе, дополнительно обогащаются витамином D. Одна их порция содержит около 100 ME витамина. К сожалению, необогащенные молочные продукты и человеческое грудное молоко содержат крайне малое количество витамина. В желтке яйца содержится около 20 ME витамина D, в белке витамина D нет. Рыба является источником, богатым витамином D.
В порции консервированного тунца содержится 250 ME витамина, а в одной порции свежевыловленного лосося может содержаться до 1000 ME. В растительных продуктах витамина D нет, но он может содержаться в грибах в количестве до 1500 МЕ/100 г, если грибы росли в присутствии солнечного света.
Читайте также: Ткань бязь в полоску
Витамин D представляет из себя провитамин, активной формой которого является 1-25-(ОН)2 витамин D (кальцитриол). В норме кальцитриол продуцируется почками из витамина D, кальцидиола, в результате реакции 1-гидроксилирования. Активность 1-гидроксилазы почек контролируется ПТГ, поэтому уровень 1-25-(ОН)2 витамина D напрямую коррелирует с уровнем ПТГ. Высокий уровень ПТГ, как правило при гипокальциемии, стимулирует образование 1-25-(ОН)2 витамина D. В результате происходит повышение абсорбции кальция в кишечнике и нормализация его уровня в плазме крови.
При определенных патологических состояниях некоторые другие ткани также могут проявлять 1-гидроксилазную активность, иногда независимо от действия ПТГ.
в) Метаболизм минеральных веществ в костной ткани. Мы часто воспринимаем кости лишь как опорные структуры, но на самом деле костная ткань играет важную роль в метаболизме, выступая в качестве депо кальция, фосфатов и карбонатов, также она участвует в поддержании кислотно-щелочного равновесия. Матриксом кости является частично минерализованная ткань и специфические костные клетки. Костную систему человека разделяют на осевой скелет, к которому относят череп, позвоночный столб, грудину, ребра и таз, и на скелет конечностей, от их проксимальных отделов до кончиков пальцев.
Также костная ткань подразделяется на губчатую (трабекулярную), которая обладает высокой метаболической активностью, и кортикальную, которая имеет большую плотность и меньшую метаболическую активность. Изменения в кортикальной костной ткани наступают при тяжелых или длительно текущих заболеваниях. В осевом скелете преобладает содержание трабекулярной кости, в скелете конечностей — кортикальной.
К костным клеткам относят остеобласты, остеокласты и остеоциты. Остеобласты происходит из мезенхимальных стволовых клеток, они образуют соединительнотканный матрикс кости, который затем минерализуется, формируя новую костную ткань. Большинство остеобластов подвергаются апоптозу, но часть из них остается включенной в костный матрикс и превращается в остеоциты, а другая часть остается на поверхности кости, формируя надкостницу.
Трансформируясь в остеоциты, эти клетки образуют длинные отростки, которыми они создают щелевой контакт с соседними клетками и с клетками надкостницы. Остеоциты воспринимают механическое давление, оказываемое на кость, и играют важную роль в моделировании костной ткани. Остеокласты представляют собой крупные многоядерные клетки, происходящие из одноядерных макрофагов. Процесс дифференцировки клеток в остеокласты происходит под контролем ядер-ного фактора кВ (каппа-Б, RANKL), продуцирующего в ходе апоптоза остеобластов, и под контролем колониестимулирующего фактора макрофагов.
Остеокласты участвуют в резорбции костной ткани, разрушая минеральный компонент и коллагеновый матрикс костной ткани посредством протеолиза.
В норме костная ткань постоянно разрушается остеокластами и одновременно заново синтезируется остеобластами. Этот процесс получил название ремоделирования костной ткани. В здоровом организме процессы разрушения и синтеза костной ткани находятся в равновесии. Ремоделирование костной ткани крайне важно для поддержания структурной целостности (прочности) скелета, т. к. с ее помощью постоянно восстанавливаются микропереломы костей, возникающие от каждодневных физических нагрузок.
г) Кальций-чувствительные рецепторы. Как уже упоминалось выше, паращитовидные клетки экспрессируют кальций-чувствительные рецепторы. Первоначально данные рецепторы были выделены из паращитовидных клеток крупного рогатого скота, затем их наличие было подтверждено и у человека. Кроме паращитовидных желез, где они и были впервые обнаружены, данные рецепторы экспрессируются в почках, костях, желудке, легких, головном мозге и других тканях.
Как мутации, так и приобретенные дисфункции данных рецепторов могут стать причиной появления различных заболеваний, связанных как с повышением, так и с понижением кальция крови. Более подробно эти заболевания будут рассмотрены ниже.
Учебное видео расшифровки биохимического анализа крови
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021