биохимия жидкостей полости рта

1. Биохимия жидкостей полости рта
К.Э. Герман
Зав. кафедрой естественных и медико‐биологических
наук ММИ РЕАМИЗ

2. Слюна является одной
из важнейших
жидкостей организма
• В полости рта находится биологическая жидкость,
которая называется смешанной слюной или ротовой
жидкостью (в дальнейшем слюна).
• Слюна имеет неорганическую и органическую
составляющую (вещества неорганической и
органической природы).
• Неорганическая составляющая слюны представлена
макро и микроэлементами, которые могут находится
в составе различных соединение или в
ионизированной форме.

3. Химический состав слюны

4. Некоторые белковые и небелковые
вещества, входящие в состав слюны
НАЗВАНИЕ
КОНЦЕНТРАЦИЯ
Общий белок
Муцин
Лизоцим
1,5 – 3,0 г/л
2,5 –2,7 г/л
0,18 г/ л
0,03 –0,17 моль/л
1,4 –3,0 моль/л
2,6 моль/л
0,08 – 0,39 ммоль/л
Мочевая кислота
Мочевина
Аммиак
Холестерин
Глюкоза
Лактат
0,62 –1,56 ммоль/л
20 – 40 мг/л

5. Органические компоненты слюны
Органические 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 микроорганизмов
Их количество зависит от
состояния ротовой полости
и всего организма в целом.

7. Органический
состав слюны
• Смешанная слюна содержит белки, липиды,
витамины, гормоны, органические кислоты,
небелковые азотистые соединения ‐ мочевину,
мочевую кислоту, свободные аминокислоты и
нуклеиновые кислоты.
• Органические вещества слюны можно условно
разделить на 2 группы: белковой и небелковой
природы.
• По данным электрофореза в слюне содержится
до 500 различных белков, из них 120‐150
называются секреторными.
• Большинство белков слюны являются
гликопротеинами, что обеспечивает вязкость
слюне.

8. Белки слюны представлены
полиморфными 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.

9. Белки, богатые
пролином (ББП)
Выделяются, в основном, с секретом
околоушных слюнных желез.
В этих белках пролин, глицин и глутамин
составляют от 70% до 88% всех
аминокислотных остатков.
ББП составляют 70% всех белков секрета и
подразделяются на кислые, основные и
гликозилированные.

10. Кислые белки, богатые
пролином (ББП)
- своим отрицательно заряженным концом
связываются с кальцием, начинают формировать
пелликулу зуба (первыми осаждаются на эмаль)
‐ предотвращают деминерализацию
- ингибируют рост кристаллов фосфата кальция в
перенасыщенном слюнном секрете
- связывают многочисленные микроорганизмы
полости рта
‐ ускоряют образование
зубного налета

11. Основные белки, богатые
пролином
• Основные ББП связывают танин,
содержащийся в пищи, тем самым защищают
оболочку полости рта. Танины способны
индуцировать синтез этих белков.
• Основные ББП могут взаимодействовать с
мембраной стрептококков, нарушать ее
проницаемость и вызывать гибель
микроорганизмов.

12. Гликозилированные белки,
богатые пролином
- выступают в роли смазки,
покрывая слизистые оболочки
полости рта;
‐ связываются с бактериями и
осаждаются на эмали зуба после
кислых ББП;
‐ ускоряют образование пелликулы
зуба и в дальнейшем зубного
налета;
‐ способствуют образованию комка
пищи и обеспечивают его
проглатывание.

13. Гистатины ‐ белки
богатые гистидином (ББГ)
• В них практически отсутствует пролин, много
аргинина и лизина, а содержание гистидина
достигает 25%.
• Они участвуют в защите полости рта, проявляя
антивирусное и противогрибковое действие.
• Гистатины проникают внутрь уничтожаемых
клеток и вызывают их гибель.
• Прочно связываясь с гидроксиапатитами эмали
участвуют в формировании приобретенной
пелликулы зуба (ППЗ).
• Некоторые ББГ ингибируют рост кристаллов
гидроксиапатитов.

14. Белки, богатые тирозином
– статхерины или стазерины
• Это гликофосфопротеины с высоким содержанием
тирозина. На N‐концах молекул находятся
отрицательные повторы (Асп‐Сер‐Сер‐Глу‐Глу),
содержащие фосфорилированные остатки серина,
которые связывают кальций.
• Стазерины участвуют в образовании приобретенной
пелликулы зуба (ППЗ), препятствуют чрезмерно
быстрому осаждению ионов фосфора и кальция на
поверхности эмали, связывая их.
• Совместно с гистатинами они ингибируют рост аэробных
и анаэробных бактерий.

15. Цистатины ‐ кислые
низкомолекулярные
белки
Цистатины 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 активности
протеиназ цистатины выполняют антимикробную и
антивирусную функцию.
Один из цистатинов присутствует в пелликуле зуба.
При снижении рН протеазы могут гидролизовать белки
слюны.

16. Муцины слюны
(от анг. mucus –
слизь)
• Гликопротеины, в которых много остатков
пролина (до 50%), серина, треонина и
углеводных цепей полисахаридов (50-70%).
• Аминокислотные остатки пролина вызывают
изгибы полипептидной цепи, к серину и
треонину О-гликозидными связами крепятся
короткие полисахаридные цепи.
• В слюне присутствует муцин-1 (Mr 250 кДа) и
муцин-2 (Mr 100 кДа).

17. Муцины выполняют
специфические функции.
• Основные белки, обеспечивающие
вязкость слюны. Муцины участвуют в
образовании мицелл слюны, (помогают
структурировать слюну), благодаря
способности связывать воду.
• Молекулы муцинов вместе с ББП
образуют слизистую пленку (пелликулу),
которая защищает клетки ротовой полости
от бактериальных, вирусных, химических
и др. воздействий.
• Выполняют роль смазки не только в
полости рта, но и в кишечнике, бронхах.

18. Молекула муцина
• Молекула муцинов
похожа на гребенку и
может связывать
большое количество
молекул воды.
• На рисунке к
полипептидной цепи
(сплошная линия)
прикреплены
полисахаридные
цепочки.

19. Лактоферрин –
железосвязывающий и
антибактериальный
белок
• Лактоферрин - гликопротеин, связывает
ионы железа, необходимые для развития
бактерий, и осуществляет тем самым
антибактериальное действие.
• Способен напрямую взаимодействовать с
липополисахаридами мембраны Escherihia
coli и вызывать их гибель.
• Лактоферрин играет большую роль в
поддержании иммунитета полости рта
новорожденных.

20. Ферменты слюны
• В смешанной слюне проявляют активность более
100 ферментов.
• В основном ферменты синтезируются слюнными
железами, часть попадает в слюну из разрушенных
клеток эпителия, бактериальных клеток или из
крови.
• В слюне присутствуют:
- гликозидазы
- фосфатазы
- протеазы (катепсины A, B, H и L)
- ДНКазы и РНКазы
- ферменты – антиоксиданты и др.

21. Гликозидазы
• К ним относятся пищеварительные
ферменты слюны – сазараза,
мальтаза, липаза и a – амилаза(защитное действие).
• a ‐ амилаза слюны гидролизует 1‐ 4 связи в крахмале и
гликогене пищи, может разрушать полисахариды, входящие
в состав мембраны гонококков, проявляя защитное действие.
• Бактериальные ферменты: β ‐ глюкуронидаза,
нейраминидаза, гиалуронидаза.
• Закисление слюны способствует активации этих ферментов и
разрушению структурных молекул соединительной ткани
(зуба) и расщеплению муцинов (β ‐ глюкуронидаза), что
приводит к развитию гингивита и кариеса.
• Лизоцим ‐ антибактериальный фермент, разрушает стенки
бактерий.

22. Лизоцим – гликозидаза,
антибактериальный фермент
Лизоцимы – гликопротеины, молекулярная масса
составляет 15-17 кДа, содержат до 50% углеводных
компонентов.
Катализируют реакцию гидролиза 1,4-гликозидных
связей между N-ацетилглюкозамином и Nацетилмурамовой кислотой в гетерополисахаридах
клеточных стенок бактерий и в гликозамингликанах.

23. Фосфатазы
ДНКазы и РНКазы
• Кислая фосфатаза оказывает деминерализующие
действие на эмаль зуба, активность ее растет при
пародонтите и кариесе.
• Катализирует дефосфорилирование белков в кислой
среде. рН оптимум действия фермента 4,5– 5,2.
• Щелочная фосфатаза активна при рН 9,6 – 10,
гидролизует фосфатсодержащие соединения.
• ДНКазы и РНКазы разрушают нуклеиновые кислоты
бактерий и вирусов.
• Обладают противовирусным,
антибактериальным и
противомикробным действием.

24. Ферменты – антиоксиданты
• Большое количество активных форм
кислорода (АФК) оказывает губительное
действие на компоненты мембран клеток
тканей полости рта.
• Защитным действием обладают ферменты,
которые снижают концентрацию свободных
радикалов.
- супероксиддисмутаза (СОД)
- каталаза
- глутатионпероксидаза и др.

25. Слюнными железами
синтезируются
биологически активные
вещества (БАВ) слюны:
•
•
•
•
•
Фактор роста эпителия (ФРЭ)
Фактор роста нервов (ФРН)
Паротин
Ренин
Каллекреины катализируют образование
кининов, которые отвечают за расширение
сосудов полости рта.
БАВ слюны обладают эндокринной функцией и
участвуют в регуляции гомеостаза многих органов
и тканей организма.

26. Фактор роста эпителия (ФРЭ)
– полипептид, состоящий из 53
аминокислотных остатков
Мишенями для ФРЭ являются эпителиальные клетки
слизистой оболочки полости рта и глотки и др.
Фактор роста эпителия в эпителиальных клетках
слизистой оболочки активирует матричные
процессы (синтез РНК и белка).
ФРЭ усиливает резорбцию костной ткани и деление
одонтобластов, в то же время он угнетает
дифференцировку одонтобластов, снижает синтез и
созревание коллагенa I типа, а также активность
щелочной фосфатазы.

27. Фактор роста нервов (ФРН) –
белок, состоящий из цепей
трех типов – a,β,y
• Синтез и освобождение ФРН регулируется
гормонами и нейромедиаторами. Действуя на
клетки-мишени увеличивает образование
определенных ферментов, ответственных за
синтез нуклеотидов и липидов.
• Оказывая мощное противоспалительное действие,
фактор роста нервов стимулирует заживление
поврежденных тканей ротовой полости.
• ФРН выделяется в слюну, где оказывает свое
действие стимулируя митозы фибробластов,
синтез нейромедиаторов и др.

28. Паротин и
Ренин
• Паротин - белок с Mr 100 Кд, синтезируется
околоушными слюнными железами.
• Паротин способствует минерализации твердых
тканей организма, усиливает синтез белка и
нуклеиновых кислот в одонтобластах и
эпителиальных клетках слюнных желез.
• Ренин – оказывает сосудосуживающие действие.
• Участвует в регуляции сосудистого тонуса и
микроциркуляции крови, превращая
ангиотензиноген в ангиотензин.

29. Иммуноглобулины
слюны - факторы
специфической защиты
• В слюне присутствуют все 5 классов
иммуноглобулинов, а также секреторный – IgAs,
продуцируемый слюнными железами.
• IgAs находится в соединении с S-гликопротеином,
который предохраняет его от разрушения
ферментами.
• Основной функцией секреторного IgAs в полости
рта является подавление прикрепления бактерий на
поверхности слизистой оболочки полости рта.
• Т.О. IgAs обладает выраженной бактерицидностью,
антивирусным и антитоксическим действием.

30. Защитные свойства слюны
• Защитная функция слюны осуществляется
благодаря наличию в ее составе:
- защитных белков (муцинов, ББП, гистатинов,
цистатинов, стазеринов, лактофферина и др.)
- лейкоцитов
- иммуноглобулинов (IgA,IgЕ,IgD,IgM,IgG и
особенно секреторного – IgAs)
- ферментов (лизоцима, супероксиддисмутазы,
каталазы, глутатионпероксидазы, ДНКазы и
РНКазы, a - амилаза и др.)

31. Лейкоциты – источник ферментов,
оказывающие защитное действие на
ткани пародонта
Наиболее характерные ферменты:
- кислая фосфатаза (из лизосом лейкоцитов)
- различные гликозидазы
- протеиназы (катепсины G и D, коллагеназа,
эластаза)
- миелопероксидаза и др.
Миелопероксидаза лейкоцитов катализирует
реакцию:
H2O2 + Cl− → H2O + OCl−
Образующийся в реакции гипохлорит OClобладает в десятки раз более сильным
бактерицидным действием, чем пероксид
водорода.

32. Функции белков полости рта

33. Неорганические вещества слюны в
ммоль/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

34. Кальций и фосфаты
• Содержание ионов кальция в слюне
находится в пределах 0,75 – 3,0 ммоль/л
(как в плазме). Кальций может находиться
в ионизированной (Са2+) или связанной с
белками формах.
• Фосфаты содержатся в слюне в форме
свободных ионов гидро- и
дигидрофосфата, на долю которых
приходится 70 – 95% общего фосфата.
Содержание фосфатов в слюне выше, чем
в крови.

35. Мицеллярное строение
слюны
• Слюна перенасыщена ионами кальция и
фосфата, однако это не приводит к
отложению этих минералов на
поверхности зуба. Этому препятствует
мицеллярное строение слюны.
• Поддержание нерастворимых солей
кальция в псевдорастворенном состоянии
в составе слюны возможно благодаря
формированию коллоидных образований
– мицелл.

36. Строение
мицеллы
• Ядром мицелл слюны является
нерастворимый фосфат кальция
Са3(РО4)2, вокруг которого располагаются
заряженные ионы кальция, гидро- и
дигидрофосфатов, а также молекулы
белков, основными из которых являются
муцины и стазерины (на рисунке они
изображены кругами и овалами).

37. Функции некоторых ионов
слюны
• Ионы Na + и K+ вместе с с другими ионами
определяют осмотическое давление, буферную
емкость и устойчивость мицелл слюны.
• Бикарбонаты являются компонентами
буферной системы слюны.
• Ионы фтора попадают в слюну из десневой
бороздки, фтор ускоряет процессы
реминерализации, обладает ингибирующим
действием на рост бактерий.

38. 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 кариеса
состоит в том, что микроорганизмы на поверхности
зубов продуцируют органические кислоты, в частности,
молочную, которая растворяет минеральные
компоненты зубов.
• Среди других точек зрения можно назвать
протеолитическую теорию, согласно которой ферменты
бактерий растворяют органическую матрицу зубов.

39. Зубной налет является одной из
причин развития кариеса и зубного
камня
•Зубной налет – структура, образованная при
прилипании к пелликуле зуба бактерий и продуктов
их жизнедеятельности, а также компонентов слюны и
неорганических веществ.
•Основными составляющим зубного налета являются
гликопротеины слюны, микроорганизмы,
внеклеточные полисахариды, слущенный эпителий
слизистой оболочки полости рта.

40. Образование зубного налета начинается
спустя один час после приема пищи: на
приобретенную пелликулу зуба налипают
бактерии.
• На начальных стадиях формирования зубного
налета в нем преобладают аэробные
микроорганизмы, которые разрушают
органические молекулы до углекислого газа.
• Белки приобретенной пелликулы зуба,
наделенные защитными свойствами, используя
различные механизмы ‐ губят микроорганизмы
или препятствуют их прилипанию, как например:
иммуноглобулин ‐ IgAs.

41. Процессу созревания зубного налета,
сопутствует как смена микрофлоры, так
и ряд биохимических процессов:
1. Смена микрофлоры.
Аэробные микроорганизмы в
процессе уплотнения
зубного налета гибнут и на
смену им приходят
анаэробные
микроорганизмы.

42. 2. Результатом анаэробных процессов
является закисление рН, (в основном, за счет
образования лактата и других органических
кислот), а также накопление продуктов
гниения аминокислот: сероводорода,
аммиака, альдегидов, кетонов, фенола,
крезола, скатола, которые обладают
неприятным запахом.

43. 3. Растет активность гидролитических ферментов:
гликозидаз, которые расщепляют углеводы и
протеиназ, гидролизующих пептидные связи в
белках.
Гликозидазы отщепляют углеводные части от
гликопротеинов, что приводит к резкому сокращению
растворимости белков и выпадению их в осадок, а в
дальнейшем к гидролизу до аминокислот.

44. 4. Образованные аминокислоты
активно связывают ионы кальция.
Кроме того, они являются
дополнительным субстратом для
обеспечения жизнедеятельности
микроорганизмов и синтеза ими
внеклеточных полисахаридов.

45. 5. Высвободившиеся под действием
гликозидаз углеводы, а также остатки
углеводов пищи используются
микроорганизмами для синтеза липких
полисахаридов ‐ гликанов:
декстрана (из глюкозы) и левана (из
фруктозы), которые обеспечивают
склеивание зубного налета, а также
являются внеклеточным депо углеводов для
микроорганизмов.

46. Структурная формула левана,
синтезируется из фруктозы и быстро
гидролизуются леваназой.

47. Структурная формула декстрана,
разветвленный полисахарид,
образованный остатками глюкозы

48. 6. Катаболизм аминокислот приводит к
подщелачиванию зубного налета за счет
процессов, сопровождающихся
образованием аммиака.
Таких как: дезаминирование аминокислот,
расщепление мочевины уреазой (источник
лейкоциты), восстановление нитрат‐ и нитрит‐
ионов до аммиака под действием
соответствующих редуктаз бактерий. Источником
уреазы в полости рта являются микроорганизмы.

49. 7. В результате подщелачивания
создаются оптимальные условия для
функционирования щелочной
фосфатазы, которая высвобождает
фосфат из органических соединений,
что приводит к повышению его
концентрации.

50. В результате протекания перечисленных
выше процессов, в зубном налете могут
реализоваться две диаметрально
противоположные ситуации:
1. Формируется кислая среда, в которой происходит
деминерализация эмали и развитие кариеса.
2. Формируется щелочная среда и аккумулируются
высокие концентрации кальция и фосфатов, то есть
создаются условия для выпадения в осадок солей
кальция и образования зубного камня.

51. Формированию кислой среды слюны
способствует пища, богатая углеводами
• При снижении рН ниже 5,6 слюна
приобретает деминерализующие свойства.
• Понижение рН приводит к протонированию
фосфатных групп поверхностного слоя
мицеллы.
• HPO‐ + Н+ H2PO4–
• Уменьшается отрицательный заряд
мицелл.
• Мицеллы слюны становятся менее
устойчивыми, что способствует
растворению ядра и вымыванию ионов
Ca2+.

52. • В кислой среде увеличивается возможность
замещения ионов кальция в гидроксиапатитах
эмали на ионы водорода, растет растворимость
кристаллов гидроксиапатитов, а также повышается
активность кислой фосфатазы – фермента,
способствующего деминерализации.
• Происходит деминерализация эмали и развитие
кариеса.

53. В щелочной среде создаются условия
для минерализации зубного налета
• При повышении рН происходит, наоборот,
депротонирование HPO42-, в результате
образуются ионы PO43-, связывающиеся с
ионами кальция и образующие
труднорастворимые соли Са3(PO4)2.
• Образующиеся соли Са3(PO4)2 могут
включаться как в состав ядра мицеллы, так
и в состав других соединений, образующих
зубной камень.

54. Образование зубного камня
• Факультативные анаэробные бактерии,
находящиеся в зубном налете, секретируют
конечные продукты обмена азот, аммиак и
мочевину.
• Аммиак взаимодействует с фосфатными
группами, образуя гидрофосфат – анионы,
которые связывают кальция и образуют плохо
растворимую соль – брушит, дающую начало
формированию зубного камня.
• Минерал брушит (CaHPO4∙2H2O) составляет 50%
всех видов апатитов зубного камня.

55. Минералы зубного камня
• По мере старения брушита состав его
меняется, образуются соединения более
сложного строения: октокальцийфосфат
Ca8H2(РО4)6∙5Н2О и гидроксиапатиты.
• В небольших количествах в зубном камне
присутствуют также карбонатапатит,
фторапатит, соли магния (струвит,
витлоктит) и другие минералы.

56. Условиями минерализации зубного налета и
образования зубного камня являются:
• Участие кислотообразующих микроорганизмов;
• Повышение в слюне ионов кальция и фосфатов,
вызванное снижением устойчивости мицеллы слюны;
• Размножение микроорганизмов, продуцирующих аммиак
и мочевину;
• Повышение содержания в зубном налете метаболитов,
погибших бактерий, способных удерживать кальций и
фосфаты;
• Участие щелочной фосфатазы, которая повышает
содержание гидрофосфат – ионов в налете.

57. Спасибо за
внимание !