Bioquimica dental 1 [Modo de compatibilidad] - INICIO · Aseguran la estructura de la matriz extracelular Fibronectinas Dra. Ágata R Carpentieri Otras Proteínas Osteopontina: mediador

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Dra. Ágata R Carpentieri

¿Los mecanismos de formación ósea son idénticos para huesos y dientes?

¿Cuál es la influencia del ambiente sobre los procesos de calcificación de huesos y dientes?

¿Qué relación existe entre los huesos y los dientes?


TERCERA UNIDAD DIDÁCTICA: BIOQUÍMICA BUCAL

Subunidad 1: Bioquímica Bucal. Ambiente Bucal: principales responsables de la situación de equilibrio.

Objetivos

Reconocer al ambiente bucal como un sistema material complejo y heterogéneo donde participan diversos componentes e interaccionan distintos factores.

Describir la composición y funciones de la saliva, principal componente de la fase líquida del ambiente bucal.

Analizar las características más importante de los constituyentes orgánicos e inorgánicos de los tejidos dentarios y su participación en los fenómenos de desmineralización y remineralización.

Reseñar los componentes que forman el periodoncio y las propiedades y funciones más relevantes de los constituyentes que son específicos de este aparato.




Objetivos

Reconocer al ambiente bucal como un sistema material complejo y heterogéneo donde participan diversos componentes e interaccionan distintos factores.

Describir la composición y funciones de la saliva, principal componente de la fase líquida del ambiente bucal.

Analizar las características más importante de los constituyentes orgánicos e inorgánicos de los tejidos dentarios y su participación en los fenómenos de desmineralización y remineralización.

Reseñar los componentes que forman el periodoncio y las propiedades y funciones más relevantes de los constituyentes que son específicos de este aparato.


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� Sustancia mineral: composición, mecanismo de formación

(mineralización) y regulación.

� Colágeno, proteoglucanos, fibronectina y otras proteínas.

� Hueso alveolar: matriz orgánica y sustancia mineral.

� Esmalte dental. Composición y estructura. Componentes

orgánico e inorgánico.

� Encía. Queratina, elastina y laminina. Ligamento

periodontal y mucosa bucal. Composición y función.Dra. Ágata R Carpentieri

Sistema Material

Heterogéneo

Fase líquida

Saliva Fluido Gingival

Fase sólida

Elementos Dentarios

Mucosa Bucal

Periodonto

Ambiente Bucal


Sistema Material

Heterogéneo

Fase líquida


Fase sólida

Elementos Dentarios

Mucosa Bucal

Periodonto

Ambiente Bucal


Tejidos Mineralizados: Hueso, Esmalte, Dentina y Cemento

�Matriz orgánicaProteínas estructurales

colágeno / glicoproteínas/ proteoglucanos

�Componente inorgánicoHidroxiapatita

GRAN DUREZA Y RESISTENCIA MECÁNICA

�CélulasOsteoblastos/osteocitos/osteoclastos

Ameloblastos/odontoblastos/cementoblastos


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Células

Disposición de ameloblastos y odontoblastos secretores

Osteoblastos, osteocitos y osteoclastos


Proteínas de la Matriz Extracelular

�Colágeno

�Glicoproteínas

�Proteoglucanos

�Factores de crecimiento

�Proteínas de adhesión

�Enzimas

Matriz Orgánica


Colágeno

� Proteína más abundante del organismo (25% del peso corporal)

�Proteína fibrosa altamente insoluble en agua

� Soporte ideal para el organismo:

• Resistente a la tensión y a la tracción

• Flexible

• Alta versatilidad estructural

• Termoinestable (gelatiniza por encima de 45ºC)

�Estructura primaria: elevada proporción de glicina y prolina

�Estructura característica basada en la unidad de tropocolágeno:

• Triple hélice dextrógira estabilizada por puentes hidrógenos

intercatenarios.

� Biosíntesis compleja


Colágeno

� Estructura secundaria de las cadenas a individuales:

• Hélice levógira estirada

• Tres aminoácidos por vuelta

� Composición en aminoácidos:

• Rica en glicina, prolina, hidroxiprolina, hidroxilisina

•Hidroxiprolina: estabiliza la hélice de colágeno.

• Hidroxilisina: centro de glicosilación

�Hidroxilación:

• Hidroxilasas específicas: Cofactores (Fe+2, O2, ascorbato)

Estructura de la molécula de tropocolágeno


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Colágeno


� Cadenas muy largas de heteropolisacáridos (Glucosaminoglucanos) unidos a un esqueleto central de proteína

� Alta proporción carbohidrato/proteína (>95%)

–Presenta unidades repetidas de disacáridos que suelen contener un ácido urónico y N-acetilglucosamina o N-acetilgalactosamina

� Elevada carga negativa (grupos carboxilo y ésteres con sulfato)

–Importantes para la fijación de Ca2+y agua (hidratación)

� Elevada viscosidad y elasticidad

Proteoglucanos

― Forman un gel poroso en el que se insertan proteínas fibrosas y células.

― Retienen gran cantidad de agua: turgencia y capacidad de filtro


Proteoglucanos

Glucosaminglucanos presentes en

Proteoglucanos


Estructura del Agregado de Proteoglucano

Uniones covalentes

Proteína central agrecán (PM = 250.000) con queratánsulfato y condroitinsulfato unida a una larga cadena de hialuronato a través de una proteína de enlace.


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� Pertenecen a la familia de las Integrinas (moléculas de adhesión)

� Poseen diferentes dominios de unión a:– receptores de membrana en células del

tejido conjuntivo

– otras fibronectinas para formar dímeros

– colágeno

– proteoglicanos

� Aseguran la estructura de la matriz extracelular

Fibronectinas


Otras Proteínas

�Osteopontina: mediador de la agregación celular.

�Osteonectina: tiene gran afinidad por el colágeno y la

hidroxiapatita, proporciona los núcleos de crecimiento de los cristales.

�Sialoproteínas óseas: asociada a la osteopontina.

�Proteína morfogenética ósea: promueve la síntesis de ADN

y proliferación celular.

�Osteocalcina: enlace entre el calcio y el colágeno.

�Trombospondina, vitronectina, péptidos procolágeno

�Fosfatasa alcalina: enzima que hidroliza los ésteres fosfatos.


Matriz Inorgánica: Hidroxiapatita

(Ca++)10(PO4 )6(OH )2


Soluble en medios ácidos: gran reserva alcalina.•El medio ácido provoca una reacción de neutralización que solubiliza material•El medio alcalino desplaza la reacción en sentido contrario, depositándose material por precipitación.

Propiedades de la Hidroxiapatita


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Reacciones de intercambio de iones, •Intercambio isoiónico, con soluciones que contienen fosfato de calcio. •Intercambio heteroiónico, con otros iones que puedan integrarse en el cristal. Este intercambio es la base de la incorporación del ion fluoruro a la hidroxiapatita dental

Sustituciones Iónicas en Apatitas Biológicas


Intercambio de Iones en la Hidroxiapatita

�Ca10(PO4)6(OH)2 ------------- Hidroxiapatita

�Cationes: Ca++ --------Mg++,Ba ++,etc.

�Aniones :OH - -------- F- FluorApatita Ca10(PO4)6(F)2(Radio atómico: OH> F- mayor estabilidad estructura cristalina)

�Aniones :OH - ------ CO3-2 Carbonato Apatita Ca10(PO4)6 CO3(Radio atómico: OH< CO3-2menorestabilidad estructura cristalina)


Controlada por células, cuyas funciones son:–Regular el aporte de iones–Aportar vesículas con núcleos de cristalización –Facilitar una nucleación epitáxica mediante una matriz orgánica

Biomineralización


Osteoblastos

Frente de calcificación Tejido calcificado

NUCLEACIÓN EPITÁXICA SOBRE FIBRAS DE COLÁGENO

Hueso Alveolar


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Adapted from Baron R. Primer on the Metabolic Bone Diseases and Disorders of Mineral Metabolism. 5th ed. 2003;1-8. RLG. J Clin Invest. 2005;115:3318-3325.

Resorción

Apoptosis

Stromal and bone lining cells

Osteoid

PreosteoblastosFormación

Mineralización

Activación

Reposo

Linaje de células óseas

Osteoclastos

Osteoclastos Apoptóticos

Osteoblastos

Mecanismos de formación y regulación ósea


Osteoblastos OsteoclastoActivo

TNFTNF--αα

PTHPTH

ILIL--11

PTHrpPTHrp

GlucocorticoidesGlucocorticoides

VitaminaVitamina DDPGEPGE22

ILIL--1111

ILIL--66

Osteoclasto Pre-Fusion

OsteoclastoMultinucleado

Adaptado de Boyle WJ, et al. Nature. 2003;423:337-342.

Hofbauer LC, Schoppet Ml. JAMA. 2004;292:490-495.

RANKL

RANK

In the presence of M-CSF

CFU-M=colony forming unit macrophageM-CSF=macrophage colony stimulating factor

Formación Ósea

Resorción Ósea



HormonasFactores de CrecimientoCitoquinas

RANKL

RANK

OPG

Formación Ósea Resorción Inhibida

Inhibición de la Formación, Función ySobrevida de los Osteoclastos

CFU-M OsteoclastosPre-Fusion

In the presence of M-CSF

CFU-M=colony forming unit macrophageM-CSF=macrophage colony stimulating factor

Osteoblastos


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FACTORES QUE REGULAN LA HOMEOSTASIS FACTORES QUE REGULAN LA HOMEOSTASIS DEL CALCIO Y DEL FÓSFORODEL CALCIO Y DEL FÓSFORO


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FACTORES QUE INTERVIENEN EN FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL METABOLISMO DEL CALCIOEL METABOLISMO DEL CALCIO

�1,25 dihidrocolecalciferol (Calcitriol)�Hormona paratiroidea (PTH)�Fósforo�Calcitonina�Magnesio�Fosfatoninas


Mecanismos de acción de PTH


Organización de los Tejidos Dentales


Composición de Hueso, Dentina y Esmalte (%)


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Hueso Alveolar

�El hueso alveolar es el hueso de los maxilares que contiene los receptáculos o alveolos para los dientes. �Es un tejido mineralizado, vascularizado e inervado. �Está integrado por hueso cortical o compacto y hueso trabecular o esponjoso.

�Funciones―Proporcionar alojamiento a los elementos

dentarios formados en el alveolo.―Es odontodependiente.―Almacena calcio y regula la calcemia

(participa de los mecanismos de regulación homeostática del calcio)

―Remodelación contínua.―Función hematopoyética en la infancia.―Sostiene los tejidos gingivales.―Elimina las fuerzas generadas

por el contacto interdentario.Corte histológico de una erupción dental en la boca.A: Diente; B Encía; C: Hueso Alveolar; D: Ligamentos del periodontoDra. Ágata R Carpentieri

�Sustancia extracelular altamente mineralizada que protege la

superficie apical del diente.

�Sustancia más dura y mineralizada del organismo (95% de

matriz inorgánica, 2% de matriz orgánica y 3% de agua)

�Es producido por los ameloblastos durante la erupción

�Los ameloblastos después de producir el esmalte involucionan

y desaparecen por apoptosis.

�Es una estructura acelular, avascular y sin inervación.

�Es incapaz de regenerarse, pero sufre cambios fisico-químicos

dinámicos (remineralización).

Esmalte


Propiedades Físicas del Esmalte

�Dureza (resistencia a ser rayado): 5 en la escala de Mohs.

Depende del grado de mineralización (decrece desde la superficie

hacia el interior)

�Elasticidad baja (rígido y quebradizo).

�Color y transparencia: translúcido. Su color depende de la

dentina subyacente.

�Permeabilidad escasa (membrana semipermeable). Disminuye

con la edad. Permite la difusión de agua y algunos iones.

�Radio-opacidadmuy alta (color blanco en radiografías).

Esmalte


Disposición de ameloblastos secretores

Esmalte


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�PROTEÍNAS ESPECÍFICAS:

– Esmalteinas (tuftelina), similares a la queratina, en la unión

amelodentinaria

–Amelogeninas: hidrofóbicas, fosforiladas y glicosiladas.

Abundantes en el esmalte inmaduro

–Enamelinas: hidrofílicas y glicosiladas. En la periferia de los

cristales (proteínas de la cubierta)

–Amelinas o ameloblastinas: En las capas superficiales del

esmalte.

–Proteasas: metaloproteasas y proteasas de serina.

Composición Orgánica del Esmalte Dental


Formación de la matriz del esmalte

�Síntesis de proteínas transitorias: Tuftelinas, Amelogeninas, Enamelinas, Ameloblastinas�Agregación de monómeros de amelogeninas y formación de nanoesferas

Mineralización

�Nucleación de primeros cristales de hidroxiapatita�Unión de nanoesferas de amelogeninas a la superficie de los cristales y crecimiento longitudinal de estos.�Aumento la relación Ca/P siempre similar a la de la hidroxiapatita�A medida que aumenta la calcificación se produce la eliminación selectiva de amelogeninas por proteólisis extracelular�Disminuye el contenido total de proteínas y aparición de péptidos libres

Esmalte


Formación de cristales de apatita en el esmalte dirigida por las amelogeninas

Esmalte


Estructura del Esmalte

Periquematias

Prisma


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Estructura del Esmalte

Unidades Estructurales Secundarias

�Estrías de Retzius

�Penachos adamantinos

�Bandas de Hunter-Schreger

�Esmalte nudoso

�Limite amelodentinario


¿Los mecanismos de formación ósea son idénticos para huesos y dientes?

¿Cuál es la influencia del ambiente sobre los procesos de calcificación de huesos y dientes?

¿Qué relación existe entre los huesos y los dientes?


Sistema Material

Heterogéneo

Fase líquida


Fase sólida

Elementos Dentarios

Mucosa Bucal

Periodonto

Ambiente Bucal


Continuara…….


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