Биохимия жидкостей полости ртаК.Э. Герман

Зав. кафедрой естественных и медико‐биологическихнаук ММИ РЕАМИЗ

Слюна является однойиз важнейших

жидкостей организма• В полости рта находится биологическая жидкость, 

которая называется смешанной слюной или ротовойжидкостью (в дальнейшем слюна). 

• Слюна имеет неорганическую и органическуюсоставляющую (вещества неорганической иорганической природы).

• Неорганическая составляющая слюны представленамакро и микроэлементами, которые могут находитсяв составе различных соединение или вионизированной форме.

Химический состав слюны

Некоторые белковые и небелковыевещества, входящие в состав слюны

НАЗВАНИЕНАЗВАНИЕ КОНЦЕНТРАЦИЯКОНЦЕНТРАЦИЯОбщийОбщий белокбелок 1,5 1,5 –– 3,0 3,0 гг//лл

МуцинМуцин 2,5 2,5 ––2,7 2,7 гг//ллЛизоцимЛизоцим 0,18 0,18 гг/ / лл

МочеваяМочевая кислотакислота 0,03 0,03 ––0,17 0,17 мольмоль//ллМочевинаМочевина 1,4 1,4 ––3,0 3,0 мольмоль//ллАммиакАммиак 2,6 2,6 мольмоль//лл

ХолестеринХолестерин 0,08 0,08 –– 0,39 0,39 ммольммоль//ллГлюкозаГлюкоза 0,62 0,62 ––1,56 1,56 ммольммоль//ллЛактатЛактат 20 20 –– 40 40 мгмг//лл

Органические компоненты слюныОрганические компоненты в слюне оставляют 0,8‐6,0 г/л, что в 10‐15 раз меньше, чем в крови. Попадают в смешанную слюну из разных источников: ‐ слюнных желез (на рис.) ‐ клеток слизистой оболочки полости рта‐ десневой бороздки‐ крови‐ клеток микроорганизмовИх количество зависит отсостояния ротовой полостии всего организма в целом. 

Органическийсостав слюны

• Смешанная слюна содержит белки, липиды, витамины, гормоны, органические кислоты, небелковые азотистые соединения ‐ мочевину, мочевую кислоту, свободные аминокислоты инуклеиновые кислоты. 

• Органические вещества слюны можно условноразделить на 2 группы: белковой и небелковойприроды.

• По данным электрофореза в слюне содержитсядо 500 различных белков, из них 120‐150 называются секреторными.

• Большинство белков слюны являютсягликопротеинами, что обеспечивает вязкостьслюне.

Белки слюны представленыполиморфными группами и единичными

формами:

Полиморфные группы белков:‐ белки, богатые пролином‐ гистатины ‐ белки, богатые гистидином,‐ белки, богатые тирозином(статхерины или стазерины)‐ цистатины‐ муцины‐ ферменты слюны (пероксидазы и др.)Некоторые белки существуют в единичной форме: фактор роста эпителия, фактор роста нервов, лактоферрин и др.

Белки, богатыепролином (ББП)

Выделяются, в основном, с секретомоколоушных слюнных желез.В этих белках пролин, глицин и глутаминсоставляют от 70% до 88% всехаминокислотных остатков. ББП составляют 70% всех белков секрета иподразделяются на кислые, основные игликозилированные. 

Кислые белки, богатыепролином (ББП)

- своим отрицательно заряженным концомсвязываются с кальцием, начинают формироватьпелликулу зуба (первыми осаждаются на эмаль) 

‐ предотвращают деминерализацию- ингибируют рост кристаллов фосфата кальция вперенасыщенном слюнном секрете

- связывают многочисленные микроорганизмыполости рта

‐ ускоряют образованиезубного налета

Основные белки, богатыепролином

• Основные ББП связывают танин, содержащийся в пищи, тем самым защищаютоболочку полости рта. Танины способныиндуцировать синтез этих белков. 

• Основные ББП могут взаимодействовать смембраной стрептококков, нарушать еепроницаемость и вызывать гибельмикроорганизмов.

Гликозилированные белки, богатые пролином

- выступают в роли смазки, покрывая слизистые оболочкиполости рта; 

‐ связываются с бактериями иосаждаются на эмали зуба послекислых ББП;

‐ ускоряют образование пелликулызуба и в дальнейшем зубногоналета; 

‐ способствуют образованию комкапищи и обеспечивают егопроглатывание.

Гистатины ‐ белкибогатые гистидином (ББГ)

• В них практически отсутствует пролин, многоаргинина и лизина, а содержание гистидинадостигает 25%. 

• Они участвуют в защите полости рта, проявляяантивирусное и противогрибковое действие. 

• Гистатины проникают внутрь уничтожаемыхклеток и вызывают их гибель. 

• Прочно связываясь с гидроксиапатитами эмалиучаствуют в формировании приобретеннойпелликулы зуба (ППЗ). 

• Некоторые ББГ ингибируют рост кристалловгидроксиапатитов. 

Белки, богатые тирозином– статхерины или стазерины

• Это гликофосфопротеины с высоким содержаниемтирозина. На N‐концах молекул находятсяотрицательные повторы (Асп‐Сер‐Сер‐Глу‐Глу), содержащие фосфорилированные остатки серина, которые связывают кальций. 

• Стазерины участвуют в образовании приобретеннойпелликулы зуба (ППЗ), препятствуют чрезмернобыстрому осаждению ионов фосфора и кальция наповерхности эмали, связывая их. 

• Совместно с гистатинами они ингибируют рост аэробныхи анаэробных бактерий. 

Цистатины ‐ кислыенизкомолекулярные

белкиЦистатины ингибируют лизосомные ферменты, специфически связываясь в активном центре:

‐ цистеиновые (тиоловые) протеазы (катепсины B, H, L) ‐ сериновые протеазы (катепсины А). Есть данные о том, что через ингибирование активностипротеиназ цистатины выполняют антимикробную иантивирусную функцию.

Один из цистатинов присутствует в пелликуле зуба. При снижении рН протеазы могут гидролизовать белкислюны.

Муцины слюны(от анг. mucus –

слизь)• Гликопротеины, в которых много остатковпролина (до 50%), серина, треонина иуглеводных цепей полисахаридов (50-70%).

• Аминокислотные остатки пролина вызываютизгибы полипептидной цепи, к серину итреонину О-гликозидными связами крепятсякороткие полисахаридные цепи.

• В слюне присутствует муцин-1 (Mr 250 кДа) имуцин-2 (Mr 100 кДа).

Муцины выполняютспецифические функции.

• Основные белки, обеспечивающиевязкость слюны. Муцины участвуют вобразовании мицелл слюны, (помогаютструктурировать слюну), благодаряспособности связывать воду.

• Молекулы муцинов вместе с ББПобразуют слизистую пленку (пелликулу), которая защищает клетки ротовой полостиот бактериальных, вирусных, химическихи др. воздействий.

• Выполняют роль смазки не только вполости рта, но и в кишечнике, бронхах.

Молекула муцина• Молекула муциновпохожа на гребенку иможет связыватьбольшое количествомолекул воды.

• На рисунке кполипептидной цепи(сплошная линия) прикрепленыполисахаридныецепочки.

Лактоферрин –железосвязывающий иантибактериальный

белок

• Лактоферрин - гликопротеин, связываетионы железа, необходимые для развитиябактерий, и осуществляет тем самымантибактериальное действие.

• Способен напрямую взаимодействовать слипополисахаридами мембраны Escherihiacoli и вызывать их гибель.

• Лактоферрин играет большую роль вподдержании иммунитета полости ртановорожденных.

Ферменты слюны• В смешанной слюне проявляют активность более

100 ферментов. • В основном ферменты синтезируются слюннымижелезами, часть попадает в слюну из разрушенныхклеток эпителия, бактериальных клеток или изкрови.

• В слюне присутствуют:- гликозидазы- фосфатазы- протеазы (катепсины A, B, H и L)- ДНКазы и РНКазы- ферменты – антиоксиданты и др.

Гликозидазы• К ним относятся пищеварительные

ферменты слюны – сазараза,мальтаза, липаза и a – амилаза(защитное действие).

• a ‐ амилаза слюны гидролизует 1‐ 4 связи в крахмале игликогене пищи, может разрушать полисахариды, входящиев состав мембраны гонококков, проявляя защитное действие.

• Бактериальные ферменты: β ‐ глюкуронидаза, нейраминидаза, гиалуронидаза. 

• Закисление слюны способствует активации этих ферментов иразрушению структурных молекул соединительной ткани(зуба)  и расщеплению муцинов (β ‐ глюкуронидаза), чтоприводит к развитию гингивита и кариеса.

• Лизоцим ‐ антибактериальный фермент, разрушает стенкибактерий.

Лизоцим – гликозидаза,антибактериальный фермент

Лизоцимы – гликопротеины, молекулярная массасоставляет 15-17 кДа, содержат до 50% углеводныхкомпонентов.

Катализируют реакцию гидролиза 1,4-гликозидныхсвязей между N-ацетилглюкозамином и N-ацетилмурамовой кислотой в гетерополисахаридахклеточных стенок бактерий и в гликозамингликанах.

ФосфатазыДНКазы и РНКазы

• Кислая фосфатаза оказывает деминерализующиедействие на эмаль зуба, активность ее растет припародонтите и кариесе.

• Катализирует дефосфорилирование белков в кислойсреде. рН оптимум действия фермента 4,5– 5,2.

• Щелочная фосфатаза активна при рН 9,6 – 10, гидролизует фосфатсодержащие соединения.

• ДНКазы и РНКазы разрушают нуклеиновые кислотыбактерий и вирусов.

• Обладают противовирусным,антибактериальным ипротивомикробным действием.

Ферменты – антиоксиданты• Большое количество активных формкислорода (АФК) оказывает губительноедействие на компоненты мембран клетоктканей полости рта.

• Защитным действием обладают ферменты, которые снижают концентрацию свободныхрадикалов.

- супероксиддисмутаза (СОД)- каталаза- глутатионпероксидаза и др.

Слюнными железамисинтезируются

биологически активныевещества (БАВ) слюны: 

• Фактор роста эпителия (ФРЭ)• Фактор роста нервов (ФРН)• Паротин• Ренин• Каллекреины катализируют образованиекининов, которые отвечают за расширение

сосудов полости рта.БАВ слюны обладают эндокринной функцией иучаствуют в регуляции гомеостаза многих органов

и тканей организма.

Фактор роста эпителия (ФРЭ)– полипептид, состоящий из 53

аминокислотных остатковМишенями для ФРЭ являются эпителиальные клеткислизистой оболочки полости рта и глотки и др.

Фактор роста эпителия в эпителиальных клеткахслизистой оболочки активирует матричныепроцессы (синтез РНК и белка).

ФРЭ усиливает резорбцию костной ткани и делениеодонтобластов, в то же время он угнетаетдифференцировку одонтобластов, снижает синтез исозревание коллагенa I типа, а также активностьщелочной фосфатазы.

Фактор роста нервов (ФРН) –белок, состоящий из цепей

трех типов – a,β,y

• Синтез и освобождение ФРН регулируетсягормонами и нейромедиаторами. Действуя наклетки-мишени увеличивает образованиеопределенных ферментов, ответственных засинтез нуклеотидов и липидов.

• Оказывая мощное противоспалительное действие, фактор роста нервов стимулирует заживлениеповрежденных тканей ротовой полости.

• ФРН выделяется в слюну, где оказывает своедействие стимулируя митозы фибробластов, синтез нейромедиаторов и др.

Паротин иРенин

• Паротин - белок с Mr 100 Кд, синтезируетсяоколоушными слюнными железами.

• Паротин способствует минерализации твердыхтканей организма, усиливает синтез белка инуклеиновых кислот в одонтобластах иэпителиальных клетках слюнных желез.

• Ренин – оказывает сосудосуживающие действие.• Участвует в регуляции сосудистого тонуса имикроциркуляции крови, превращаяангиотензиноген в ангиотензин.

Иммуноглобулиныслюны - факторы

специфической защиты• В слюне присутствуют все 5 классовиммуноглобулинов, а также секреторный – IgAs, продуцируемый слюнными железами.

• IgAs находится в соединении с S-гликопротеином, который предохраняет его от разрушенияферментами.

• Основной функцией секреторного IgAs в полостирта является подавление прикрепления бактерий наповерхности слизистой оболочки полости рта.

• Т.О. IgAs обладает выраженной бактерицидностью, антивирусным и антитоксическим действием.

Защитные свойства слюны• Защитная функция слюны осуществляетсяблагодаря наличию в ее составе:

- защитных белков (муцинов, ББП, гистатинов, цистатинов, стазеринов, лактофферина и др.)

- лейкоцитов- иммуноглобулинов (IgA,IgЕ,IgD,IgM,IgG иособенно секреторного – IgAs)

- ферментов (лизоцима, супероксиддисмутазы, каталазы, глутатионпероксидазы, ДНКазы иРНКазы, a - амилаза и др.)

Лейкоциты – источник ферментов, оказывающие защитное действие на

ткани пародонтаНаиболее характерные ферменты:- кислая фосфатаза (из лизосом лейкоцитов)- различные гликозидазы- протеиназы (катепсины G и D, коллагеназа, эластаза)

- миелопероксидаза и др.Миелопероксидаза лейкоцитов катализируетреакцию:

H2O2 + Cl− → H2O + OCl−Образующийся в реакции гипохлорит OCl-обладает в десятки раз более сильнымбактерицидным действием, чем пероксидводорода.

Функции белков полости рта

Неорганические вещества слюны вммоль/л (по Т.П. Вавиловой)

Вещество Слюна Плазма крови

Na + 6,6 - 24 130 - 150

K+ 12 - 25 3,6 - 5,0

Cl - 11 - 20 97 - 108

Ca2+ общ 0,75 – 3,0 2,1 – 2,8

Фн 2,2 – 6,5 1,0 – 1,6

Ф общ 3,0 – 7,0 3,0 – 5,0

НСО3- 20 - 60 25

SCN- 0,5 – 1,2 0,1 – 0,2

Сu2+ 0,3 0,1

I- 0,1 0,01

F- 0,001 – 0,15 0,15

Кальций и фосфаты• Содержание ионов кальция в слюненаходится в пределах 0,75 – 3,0 ммоль/л(как в плазме). Кальций может находитьсяв ионизированной (Са2+) или связанной сбелками формах.

• Фосфаты содержатся в слюне в формесвободных ионов гидро- идигидрофосфата, на долю которыхприходится 70 – 95% общего фосфата.Содержание фосфатов в слюне выше, чемв крови.

Мицеллярное строениеслюны

• Слюна перенасыщена ионами кальция ифосфата, однако это не приводит котложению этих минералов наповерхности зуба. Этому препятствуетмицеллярное строение слюны.

• Поддержание нерастворимых солейкальция в псевдорастворенном состояниив составе слюны возможно благодаряформированию коллоидных образований– мицелл.

Строениемицеллы

• Ядром мицелл слюны являетсянерастворимый фосфат кальцияСа3(РО4)2, вокруг которого располагаютсязаряженные ионы кальция, гидро- идигидрофосфатов, а также молекулыбелков, основными из которых являютсямуцины и стазерины (на рисунке ониизображены кругами и овалами).

Функции некоторых ионовслюны

• Ионы Na + и K+ вместе с с другими ионамиопределяют осмотическое давление, буфернуюемкость и устойчивость мицелл слюны.

• Бикарбонаты являются компонентамибуферной системы слюны.

• Ионы фтора попадают в слюну из десневойбороздки, фтор ускоряет процессыреминерализации, обладает ингибирующимдействием на рост бактерий.

Теория развития кариеса• Одна из первых теорий кариеса была выдвинута в

1890 году Миллером. Она известна под названием"химико‐паразитическая" теория. С некоторыми

дополнениями она доминирует и в настоящее время. Согласно этой теории, механизм развития кариесасостоит в том, что микроорганизмы на поверхности

зубов продуцируют органические кислоты, в частности, молочную, которая растворяет минеральные

компоненты зубов. 

• Среди других точек зрения можно назватьпротеолитическую теорию, согласно которой ферменты

бактерий растворяют органическую матрицу зубов.

Зубной налет является одной изпричин развития кариеса и зубного

камня

•Зубной налет – структура, образованная приприлипании к пелликуле зуба бактерий и продуктових жизнедеятельности, а также компонентов слюны инеорганических веществ.

•Основными составляющим зубного налета являютсягликопротеины слюны, микроорганизмы, внеклеточные полисахариды, слущенный эпителийслизистой оболочки полости рта.

Образование зубного налета начинаетсяспустя один час после приема пищи: на

приобретенную пелликулу зуба налипаютбактерии.

• На начальных стадиях формирования зубногоналета в нем преобладают аэробныемикроорганизмы, которые разрушаюторганические молекулы до углекислого газа. 

• Белки приобретенной пелликулы зуба, наделенные защитными свойствами, используяразличные механизмы ‐ губят микроорганизмыили препятствуют их прилипанию, как например: иммуноглобулин ‐ IgAs. 

Процессу созревания зубного налета, сопутствует как смена микрофлоры, так

и ряд биохимических процессов:

1. Смена микрофлоры.

Аэробные микроорганизмы впроцессе уплотнениязубного налета гибнут и насмену им приходятанаэробныемикроорганизмы. 

2. Результатом анаэробных процессовявляется закисление рН, (в основном, за счетобразования лактата и других органических

кислот), а также накопление продуктовгниения аминокислот: сероводорода, аммиака, альдегидов, кетонов, фенола, крезола, скатола, которые обладают

неприятным запахом.

3. Растет активность гидролитических ферментов: гликозидаз, которые расщепляют углеводы ипротеиназ, гидролизующих пептидные связи вбелках. Гликозидазы отщепляют углеводные части отгликопротеинов, что приводит к резкому сокращениюрастворимости белков и выпадению их в осадок, а вдальнейшем к гидролизу до аминокислот.

4. Образованные аминокислотыактивно связывают ионы кальция.

Кроме того, они являютсядополнительным субстратом дляобеспечения жизнедеятельностимикроорганизмов и синтеза имивнеклеточных полисахаридов.

5. Высвободившиеся под действиемгликозидаз углеводы, а также остатки

углеводов пищи используютсямикроорганизмами для синтеза липких

полисахаридов ‐ гликанов: декстрана (из глюкозы) и левана (изфруктозы), которые обеспечиваютсклеивание зубного налета, а также

являются внеклеточным депо углеводов длямикроорганизмов.

Структурная формула левана, синтезируется из фруктозы и быстро

гидролизуются леваназой.

Структурная формула декстрана, разветвленный полисахарид, 

образованный остатками глюкозы

6. Катаболизм аминокислот приводит кподщелачиванию зубного налета за счет

процессов, сопровождающихсяобразованием аммиака.

Таких как:  дезаминирование аминокислот, расщепление мочевины уреазой (источник

лейкоциты), восстановление нитрат‐ и нитрит‐ионов до аммиака под действием

соответствующих редуктаз бактерий. Источникомуреазы в полости рта являются микроорганизмы.

7. В результате подщелачиваниясоздаются оптимальные условия для

функционирования щелочнойфосфатазы, которая высвобождаетфосфат из органических соединений, 

что приводит к повышению егоконцентрации.

В результате протекания перечисленныхвыше процессов, в зубном налете могут

реализоваться две диаметральнопротивоположные ситуации:

1. Формируется кислая среда, в которой происходитдеминерализация эмали и развитие кариеса. 

2. Формируется щелочная среда и аккумулируютсявысокие концентрации кальция и фосфатов, то естьсоздаются условия для выпадения в осадок солейкальция и образования зубного камня. 

Формированию кислой среды слюныспособствует пища, богатая углеводами

• При снижении рН ниже 5,6 слюнаприобретает деминерализующие свойства.

• Понижение рН приводит к протонированиюфосфатных групп поверхностного слоямицеллы.

• HPO‐ +   Н+                          H2PO4–

• Уменьшается отрицательный зарядмицелл.

• Мицеллы слюны становятся менееустойчивыми, что способствуетрастворению ядра и вымыванию ионовCa2+.

• В кислой среде увеличивается возможностьзамещения ионов кальция в гидроксиапатитахэмали на ионы водорода, растет растворимость

кристаллов гидроксиапатитов, а также повышаетсяактивность кислой фосфатазы – фермента, 

способствующего деминерализации. 

• Происходит деминерализация эмали и развитиекариеса. 

В щелочной среде создаются условиядля минерализации зубного налета

• При повышении рН происходит, наоборот, депротонирование HPO4

2-, в результатеобразуются ионы PO4

3-, связывающиеся сионами кальция и образующиетруднорастворимые соли Са3(PO4)2.

• Образующиеся соли Са3(PO4)2 могутвключаться как в состав ядра мицеллы, таки в состав других соединений, образующихзубной камень.

Образование зубного камня• Факультативные анаэробные бактерии, находящиеся в зубном налете, секретируютконечные продукты обмена азот, аммиак имочевину.

• Аммиак взаимодействует с фосфатнымигруппами, образуя гидрофосфат – анионы, которые связывают кальция и образуют плохорастворимую соль – брушит, дающую началоформированию зубного камня.

• Минерал брушит (CaHPO4∙2H2O) составляет 50% всех видов апатитов зубного камня. 

Минералы зубного камня• По мере старения брушита состав егоменяется, образуются соединения болеесложного строения: октокальцийфосфатCa8H2(РО4)6∙5Н2О и гидроксиапатиты.

• В небольших количествах в зубном камнеприсутствуют также карбонатапатит, фторапатит, соли магния (струвит, витлоктит) и другие минералы.

Условиями минерализации зубного налета иобразования зубного камня являются:

• Участие кислотообразующих микроорганизмов; 

• Повышение в слюне ионов кальция и фосфатов, вызванное снижением устойчивости мицеллы слюны;

• Размножение микроорганизмов, продуцирующих аммиаки мочевину;

• Повышение содержания в зубном налете метаболитов, погибших бактерий, способных удерживать кальций ифосфаты;

• Участие щелочной фосфатазы, которая повышаетсодержание гидрофосфат – ионов в налете.

Спасибо завнимание !