BIOKEMIJA USTNE VOTLINE

document.doc

SLINA99% vode, ostalo organske in anorganske snovipokriva zobe in dlesni kot tanka plast filma → preprečuje karies in vnetje sluzniceKSEROSTOMIJA – zmanjšano izločanje sline

Izločanje sline

KdoObušesni slinavkiPodjezični slinavkiPodčeljustni slinavki200-300 malih slinavk raztresenih po ustni votlini

Porazdelitev slineSlina se sama širi z difuzijoMešanje sline z žvečenjem, požiranjemVendar, v vsakem delu ustne votline prevladuje sekret ene od žlez

Delež izločanjaPodčeljustni – 65%Obušesni – 23% (ob stimulaciji se to lahko poveča do 70%)Podjezični – 4%Ostale žleze – 8%

KajSerozni sekret – podoben sekretu eksokrinega pankreasa, sekretorna zrnca, neviskozen; obušesni Mukozni sekret – mucini, viskozen; male žlezeMešani sekret – podjezični & podčeljustni

Vpliv na izločanjeVegetativno živčevjeβ-adrenergična stimulacija → izloča se slina bogata s proteiniholinergična stimulacija (acetil holin) → izloča se slina polna vode in elektrolitovHormoni vplivajo na sestavo, ne na količino (aldosteron - ↑K in ↓Na)Mehanski vpliv: sesanje in žvečenje – do 3xKemijska stimulacija: okušanje hrane – do 10x Najbolj stimulira kislo → sladko → slano → grenkoPsihična stimulacija: k samo pomisliš na hrano, npr. čufteNestimulirana slina: se izloča brez zunanje stimulacije. Ionska moč manjša, ker dovolj časa za vse izmenjave (glej spodaj sekundarno slino)

Nastanek sline v dveh stopnjah1. stopnja: primarna slinaacinarno področje: izločajo acinarne celice, sestava elektrolitov podobna oni v plazmi + proteini (85% vseh)2. stopnja: sekundarna slinaduktusno področje: ob prehodu skozi vse vode in kanalčke, elektroliti se izmenjajo, K in HCO3 se izločata, Na in CL se reabsorbirata

najmanj nestimulirane sline se izloči od 24h – 6h, največ okoli 18hizločanje odvisno tudi od vsebnosti vode → telo izgubi vodo (8%)→ slina se preneha izločati (lahko tudi odziv na stres)

Sestava sline

Anorganske komponenteDelovanje sline je odvisno od količine is sestaveNekatere anorganske komponente v nestimulirani slini imajo drugačne deleže kot v krviSlina ima manj Na, Cl in bikarbonata, ter več K in P

Jana Bregar Stran 1 BIOKEMIJA II

document.doc

je pufrska raztopina (bikarbonatni in fosfatni pufer)proteinov bistveno manj kot v krviANORGANSKE KOMPONENTE- Remineralizacija – Ca, fosfat, F- Obramba pred mikroorganizmi – SCN-, OSCN-, Cl, F- Encimska aktivacija – Cl pri aktivaciji α-amilaze- Vzdrževanje stabilnosti proteinov – Ca stabilizira α-amilazo- Primerna osmolarnost slineKoncentracij posameznih komponent se razlikujejo glede na žlezo, ki jih izloča in glede na hitrost izločanja → vsi zobje nimajo enakega elektrolitskega okolja

Ca+

Skupaj s fosfatom dasta navidezno prenasičenost, a še vseeno delujeta odlično pri mineralizacijiOBLIKE KALCIJA V SLINI

a) prosti Ca ioni – 50%b) anorganski kalcijevi kompleksi – 40% (Ca + fosfat + bikarbonat)c) Ca proteinski kompleksi – <10% : nizkomolekularni kalcij vezavni proteini proteini bogati s histidini / prolini proteini z višjo molekulsko masod) mono-, di-, polisaharidi, ksilitol, nekatere org. kisline (citronska, sečna kislina)

FosfatOBLIKE FOSFATA V SLINI

a) prostni fosfatni ioni – 90%b) anorganski kompleksi + organski kompleksi – 10%

FluorPo velikosti podoben OH- → lahko ga nadomesti v fluorohidroksiapatitu (Ca10(PO4)6(OH)F) ali fluoroapatitu (Ca10(PO4)6F2)Koncentracija podobna oni v plazmiS Ca se veže v slabo topne kristale CaF2 → ob nizkem pH se ti stopijo → napad na bakterije

Organske komponenteV primerjavi s krvjo ima manj organskih snovi, največ je proteinov

Proteini

SladkorjiProstih OH maloVečinoma v glikoproteinih, npr mucin Mucin: vpliva na viskoznost Sladkorni del je iz aminosladkorjev in njihovih N-acetiliranih derivatov (60-90%) Proteinski del – sladkorji se nanj vežejo preko serina, treonina in asparaginske k.

LipidiMaščobne kisline, TAG, holesterol, glikolipidi

Dušik vsebujoče substanceSečnina, arginin, sialin (tetrapeptid, ki vsebuje arginin)Ob njihovi razgradnji nastajajo NH3 in amini, kar predstavlja problem za bakterije, saj dvignejo pH

različne slinavke sicer izločajo iste organske snovi, a v drugih koncentracijah → posamezen zob ima drugačno tako anorgansko kot organsko okolje


document.doc

Dejavniki, ki vplivajo na sestavo slineStarost, splošno zdravstveno stanje, jemanje zdravil, letni čas, del dnevaKoncentracije anorganskih snovi se spreminja glede na dolgotrajnost in vrsto stimulacijeOb stimulaciji se poveča izločanje: bikarbonata, proteinov (2x) zmanjša izločanje: fosfata ne spremeni izločanje: CapH naraste od 5,5 na 7,6 – 7,8ob stimulaciji se spremeni delež posameznih žlez → prispevek obušesne sline najbolj naraste in je največji, zato tudi mešana slina postane bolj podobna obušesni

Proteini – struktura in funkcijaKoncentracija 33x manjša kot v krvi

Encimi sodelujejo:a) prebava hrane: α-amilaza, lipazab) obramba pred bakterijam: lizocim, laktoperoksidazac) obrambna vloga: imunoglobulini, laktoferind) vezava Ca in preprečevanje obarjanja kalcijevega fosfata: staterini, prolin bogati proteini

Osnovna delitev proteinov na 3 skupinea) proteini, ki so le v slini: histatini in kisli prolin bogati proteinib) proteini, ki so tudi v drugih tekočinah: lizocim, imunoglobulini, mucinic) proteini, ki izvirajo drugod: albumini

Splošni principi

Zahteva po pravilni konformacijiProtein neuporaben, če struktura ni pravilnaNpr. prolin bogati proteini se morajo najprej vezati na hidroksiapatit → sprememba konformacije → šele zdaj lahko veže bakterije

Multifunkcionalnost komponent slineEn protein ima več vlog in eno vlogo igra več proteinov

Večje število komponent z isto funkcijoČe ene komponente ni, lahko kompenzira druga komponenta, če se ji poveča koncentracijaNpr. obarjanje kalcijevega fosfata inhibirajo tri skupine

a) močni inhibitorji: staterini kisli prolin bogati proteinib) srednji močni inhibitorji: histatini, cistatinic) šibki inhibitorji: mucini, α-amilazaČe je izločanje staterinov moteno, lahko s povišanjem koncentracije prolin bogati proteini to nadomestijo

Dvojna vloga komponent slineMolekule so tam, da bi bile koristne, lahko pa so tudi škodljivePredvsem odvisno, kje se te molekule nahajajoα-amilaza v slini veže bakterije in lajša njihovo odstranjevanje, vendar jih veže tudi, če je slučajno vezana na zob → bakterije razgrajujejo sladkorje (dobili iz škroba) in delajo za njih ugodno kislo okolje


document.doc

staterini & prolin bogati proteini vežejo Ca ione in sodelujejo pri mineralizaciji, po drugi strani pa vežejo tudi kariogene mikroorganizme, ki pa jih vendarle lahko pripeljejo na mesto, kjer jih lahko inaktivirajo druge molekule

Zahteva po kompleksni vezavi med komponentamiMed komponentami sline nastanejo kovalentne ali nekovalentne povezavePovezave lahko med istimi ali različnimi molekulamiNpr. mucin – mucin ali mucin – IgA / lizocim / cistatin

Proteini bogati s prolinomDelež 70% vseh proteinov v obušesni slini80% vseh AK so: prolin, glicin, glutaminska kislina, glutaminTri skupine glede na molekulsko maso:

a) kisli (do zdaj odkriti le v slini)b) bazični (tudi v drugih telesnih tekočinah)c) glikozilirani proteini (tudi v drugih telesnih tekočinahkisli prolin proteini se lahko vežejo na hidroksiapatit in blokirajo rast kristalov – tako da blokirajo mesta pomembna za rast kristalov, pritegnejo Ca in tako delajo raztopino, ki je navidezno prenasičena z ionskimi produkti hidroksiapatitas karboksilnim koncem kisli prolin proteini vežejo bakterije

HistatiniJih je 12Večinoma v obušesni in podjezični sliniPrevladujoči: histatin 1 (38 AK), histatin 3 (32 AK), histatin 5 (24 AK)Histatina 1 in 3 sta produkta prevajanja mRNA, h. 5 pa nastane s proteolizo h. 3Ostali histatini so produkti proteolize prevladujočih histatinovTudi se vežejo na hidroksiapatit in so skupaj s kislimi prolin proteini komponente pridobljene zobne kožiceDelujejo baktericidno in fungicidno

Staterini in cistatiniSo inhibitorji cisteinskih proteinaz

Vloga slinePrekriva mehka in trda tkiva ter preprečuje njih osušitevMoči, prekriva in maže ustna tkiva Moči in prekrije hrano, da ta laže zdrsi o traktuDelno raztopi hrano → lahko jo okusimoPomaga pri govoruZačetek prebave lipidov in OHOdstranjevanje bakterij ter izpiranje in razredčevanje bakterijskih produktovPufranjePreprečevanje demineralizacije in remineralizacija

Vloga sline pri preprečevanju kariesaNadzor ravnotežja med de- in remineralizacijoPreprečuje pretirano znižanje pH – učinek odvisen od: pretoka sline pufrske kapacitete prisotnost drugih snovi, ki ↑pH

Statični učinkiSo prisotni ves danSlina vsebuje »koristne« substrate za zobne obloge, saj njihovi bakterijski produkti povzročijo porast pHNpr iz sečnine bakterije naredijo NH3 → ↑pH, arginin in sialin pa razpadeta na amine → ↑pH


document.doc

Slina omogoča navidezno prenasičene raztopine ionov, ki so v ravnotežju s kristali sklenineFluoridi pospešujejo remineralizacijo, inhibirajo demineralizacijo

Dinamični učinkiSe povečajo ob stimuliranem izločanju slineStimulirana slina je navidez bolj prenasičena z ioni kristalov sklenine, ker se poveča izločanje bikarbonata,kar povzroči porast HPO4

2- → PO4

3-, posledica je povečana remineralizacija in zmanjšana demineralizacijaDinamični učinki odvisni od: stopnje stimulacije med jedjo in pitjemSlinjenje lahko podaljšamo z zvečenjem, npr žvečilnega gumija – seveda mora biti ta brez sladkorja, dobro, če vsebuje ksilitol (antikariogeno delovanje, bakterije ga ne morejo fermentirati)Slinjenje po jedi dobro, ker tako izperemo in razredčimo ostanke potencialno nevarne hrane

Pufranje in preprečevanje demineralizacijeSlina pufra kisline, ki jih z metabolizmom delajo bakterijePomemben je bikarbonatni pufer, poleg njega pa še fosfatni pufer, sečnina, amonijak in proteini (najbolj histatini)Če pade pH na 5 , se topnost sklenine poveča za 50x

Ca10(PO4)6(OH2) → 10 Ca + 6 PO4 + 2 OH

Če se zniža pH, potem je več H+ ionov na voljo, da tvori HPO4 ali H2PO4 s fosfatom in vodo z OH ionom → reakcija gre v desnoPri nižjem Ph raztopina ni več nasičena z ionskimi produkti hidroksiapatita → izločata se Ca in fosfat iz kompleksno vezanih oblikČe se poveča koncentracija Ca v slini, se poveča tudi v oblogah → Ca na površju sklenine varuje pre demineralizacijoProlin bogati proteini vežejo Ca → vzdržujejo obstoj navidezno prenasičene raztopine in preprečuje obarjanje kalcijevega fosfataPri močnem znižanju pH kompleksno vezanega kalcija počasi zmanjka → raztapljati se začne sklenina (demineralizacija)Obratno, če se zviša pH → slina ponovno postane navidezno prenasičena → remineralizacijaVrednost pH, ko sta obe, de- in remineralizacija, v ravnotežju, je kritični pH, ki znaša 5,5 za hidroksiapatit in 4,5 za fluoroapatitVendar fluoridov malo, 10% na zunanjih plasteh in vedno manj proti notranjosti, tako da je bolj 5,5Bolj pomembni fluoridni ioni v slini. Sproščajo se iz CaF2, ki pa se raztopijo šele pri zelo nizkem pH, saj jih prej obkrožajo fosfati in proteini. Najprej se morajo sprostiti fosfatiF hitro vskoči namesto OH in tako se kritični pH za dotični apatit zmanjša

10Ca + 6 PO4 + OH + F → Ca10(PO4)6(OH)F

Tudi tako še vedno lahko pride do demineralizacije, zato je še bolje, če se oba OH zamenjata s F

10Ca + 6 PO4 + 2F → Ca10(PO4)6F2

ta proces poteka predvsem na površini sklenine → če se demineralizirajo notranje površine, jih je težje dosečizobna krona je izpostavljena ves čas, korenina le v primerih bolezni paradoncijanajbolj važno: ohranjanje pH in prisotnost F

Antimikrobno delovanje slineVarujejo lahko specifične (specifična stimulacija) ali nespecifične molekuleSpecifični dejavniki: S-IgANespecifični dejavniki: peroksidazni sistem, laktoferin, lizocim, aglutinini, histatini

Specifični dejavnikiGlavni je S-IgA, lahko pazasledimo še IgA in IgG (posledica vnetij)S-IgA je produkt splošnega mukoznega sistemaZobna površina ima lahko tudi serumske Ig, ki pridejo iz gingivalne tekočine, a so v glavnem razgrajeni – zarati proteaz iz bakterijNormalna koncentracija: 100-300μg/ml, pri vnetjih naraste tudi čez 500μg/mlS-Iga je iz treh delov:a) dve molekuli IgAb) sekretorna komponenta (deluje kot receptor, dve vlogi: aktivni prenos čez celico in obramba pred proteazami bakterij)c) polipeptid J (povezuje IgA molekuli) IgA nastane v žlezah slinavkah iz limfoblactov B → sintetizirajo se dimeri (IgA-J), sekretorna komponenta se sintetizira v ER in glikolizira v GA ter v membrani fosforilira. IgA-J se veže na ta sekretorni protein v membrani → prenos z transcitozo → sprostitev S-IgA ali prostih sekretornih komponentSekretorna komponenta ne more ščititi IgA1 (50-74% vsega S-IgA), ker nekatere proteaze obrnjene točno proti tem molekulamDelovanje: 1) oviranje adhezije bakterij (od saharoze odvisne in neodvisne) na površino ustnih tkiv ali na bakterije, ki so že tam 2) inhibicija nj.metaboličnih aktivnosti


document.doc

Od saharoze neodvisna adhezija preko AgI/II je začetna adhezija. S-IgA se veže na adhezine in onemogoča prepoznavanje s sekundarno kožicoOd saharoze odvisna adhezija preko glukoziltransferaz. Inhibicija tistih, ki sodelujejo v sintezi glukanov. Inhibicija z vezavo na katalitsko mesto (kjer hidroliza Glu) ali tja, kjer je glukan in je pomembno za transferazno aktivnost

Nespecifični dejavniki

Peroksidazni sistemDve vlogi:

1) obramba tkiva pred peroksidom2) inaktivacija mnogih mutagenih komponentOksidirani produkti sistema so toksični za bakterije, ne pa tudi človekaProdukti inhibirajo rast in metabolizem bakterij, gliv in kvasovkIz treh komponent: 1) peroksidaza sline (žleze slinavke)2) mieloperoksidaza (levkociti) – če vnetje, več3) SCN- oz. tiocianatni ion (hrana, tobačni dim)Bakterije sintetizirajo vodikov peroksid (streptokoki in laktobacili)Produkti sistema so: OSCN- ali HOSCNPri nestimuliranem izločanju sline je koncentracija produktov: 10-250μmol/lNa koncentracijo vplivajo:1) metabolizem peroksidogenih bakterij2) hitrost izločanja sline3) komponente zaužite hranecelokupna reakcija sistema:

H2O2 + SCN- → OSCN-/HOSCN + voda

Namesto tiocianatnega iona se lahko oksidirajo še: Br-, J-, fenoli, policiklične aromatske spojine - vendar koncentracije teh malePeroksidogene bakterije odpornejše proti produktom kot druge, imune pa tiste, ki imajo encim katalazoČe produkti inhibirajo metabolično aktivne bakterije, jih OH aktivirajo.Torej so mikroorganizmi med obroki dokaj pasivni ob jedi in takoj po njej pa so zelo aktivne in nekatere med njimi pač izločajo H2O2Takrat nastopi peroksidazni sistem → inhibicija bakterij → znižuje se H2O2 → odpornejše bakterije se spet aktivirajoPri nizkem pH je inhibitor HOSCN, pri višjem pa OSCN- → prvi je boljši inhibitor, ker je nenabit in lažje prehaja skozi steno bakterij → oksidacija heksokinaze, gliceraldehid-3-fosfatdehidrogenaze,… → glikoliza se ustaviProdukti torej delujejo na:1) glikolitične encime2) prenašalne proteine za sladkorje in AK3) poškodbo membrane → elektrokemični radient se porušiOSCN- je pri normalnem pH 90%

LaktoferinVsebuje železo, so glikoproteiniAcinarne celice slinavk10-20μmol/lUčinkovitost odvisna od:

1) pH2) prisotnost ionov kot so Ca in Mg3) faze rasti bakterij, manj občutljive so one v stacionarni fazimolekula ima 2 homologni enoti, vsaka veže Fe2+ → bakteriostatično delovanje, ker krade železo bakterijamlaktoferin brez železa pa je apo-laktoferin in se veže na bakterije – baktericidni učinek

Lizocim


document.doc

Žleze slinavke., levkociti, gingivalna tekočina1-10μg/mlhidrolizira β-1,4 vezi men N-acetilmuraminsko kislino in n-acetilglukozaminom v bakteriski steni

AglutininiGlikoproteiniVstopajo v selektivne interakcije z mikroorganizmi → nastanek agregatov, ki se nato s slino izpirajo iz ustSem sodijo mucini, fibronektin, lizocim, laktoferin, S-IgASo tudi dobre antivirusne bakterije

HistatiniObušesna slinavka, manj ostali dve50-425μg/mlfungicidno in fungistatično delovanjehistatin 5 vstopi v bakterijo → v mitohondrijih inducira sintezo reaktivnih kisikovih spojih (ROS) → te poškodujejo membrano

vsi mehanizmi verjetno delujejo sinergističnoČe specifični mehanizmi ne delujejo dobro – pri novorojenčkih ali imunsko oslabelih – kompenzirajo nespecifični

Vloga sline pri prebaviHrana se melje in močiRaztopljeni delci se lahko okušajoPomaga tvoriti bolusPomembna pri požiranjuDva encima:

1) AMILAZA (obušesna s., manj drugod) – nastane maltoza, maltotrioza in α-limit dekstrini. Aktiven pri pH 4-11, optimalni 6,92) JEZIČNA LIPAZA (Ebnerjeve žleze) – hidroliza TAG → MK + diacilgliceroli. Optimalno deluje med pH 3,5-6, stabilna je v 1,6-

8,0 → lahko deluje tudi v želodcu. Razgradi se le majhen delček, ker se TAG dajo v kaplje, encim pa deluje la na površju. Izredno pomembna prvih 6 mesecov življenja, ko pankreas še ni razvit

V ustih gre predvsem za pripravo snovi na prebavo, ne pa za samo prebavo

Vloga sline v diagnostikiLahko zelo dobra alternativa krviSlabe strani: snovi v malih koncentracijah včasih koncentacije nesorazmerne onim v krviLahko pomaga pri diagnozi virusov, npr hepatitis, herpes, HIVLahko bi jo uporabili tudi za določanje prisotnosti in koncentracije zdravil in drogPri odkrivanju kariesa in paradontalnih bolezni - to še v preverjanjuNajveč pa si obetajo od določanja encimov in drugih vnetnih posrednikov, ki pri paradontitisu izvirajo iz gingivalne tekočine

TRDA ZOBNA TKIVASklenina, dentin in cementDentin in cement bolj podobna kosti, ker imata več organskih snovi in vodeNajpomembnejša sestavina je kalcijev hidroksiapatitKalcij lahko zamenjajo: Na, K, MGFosfatne ione lahko zamenjajo: karbonatOH ione lahko zamenjajo: FDentin in cement imata kristale razporejene v kolagensko mrežo → določa velikost in usmerjenost kristalovV sklenini kolagena ni → kristali so večjiRazlike med dentinom/cementom in kostjo: ne sodelujeta v homeostazi Ca in P se ne preoblikujeta

Biomineralizacija zob in kostiJe proces, ko se nalagajo kristali v celičnem in zunajceličnem matriksuPoteka fiziološko samo v nekaterih tkivih, vzrok za to so genski produkti, ki nastajajo samo v nekaterih tkivihKalcifikacija je pasiven proces → poteče zmeraj, ko ni inhibiranaTvorba hidroksiapatita po enačbi

10 Ca + 6 PO4 + 2 OH → Ca10(PO4)6OH2

Treba upoštevati, da v fizioloških pogojih bolj malo PO4 in OH, zato enačba:

10 Ca + 6 HPO4 + 2 H2O → Ca10(PO4)6OH2 + 8 H

Pričakovanega znižanja pH ni, ker posreduje bikarbonatProces kristalizacije iz raztopine v dveh fazah:

1) nastanek skupka ionov – kristalizacijsko jedro2) nadaljna rast kristala


document.doc

Iniciacija biomineralizacije 2 teoriji: fosfatna in teorija iniciacije mineralizacije

Fosfatna teorijaPovezana z odkritjem alkalne fosfataze v tkivih, kjer je mineralizacijaDomneve:

1) encim iz fosforiliranih heksoz sprošča fosfat → ta reagira s Ca in preko amorfnega kalcijevega fosfata prehaja v hidroksiapatit2) pripisali so ji vlogo pri sproščanju fosfata za indukcijo oz. sam potek mineralizacijeNejasnosti:1) zakaj imajo nekatera tkiva ta encm, pa ne mineralizirajo2) plazemska koncentracija fosfatnih estrov je prenizka za spontano obarjanje kalcijevega fosfataPozneje menili, da lahko npr.kolagen olajšuje kristalizacijoDo kristalizacije pa ne pride, če tkivo vsebuje inhibitorje mineralizacije: fosfatne estre, ATP, ADP in predvsem pirofosfat PpiTako mineralizacija poteče samo v tkivih, kjer so encimi, ki hidrolizirajo te inhibitorjeUgotovili, da ima lakalna fosfataza tudi pirofosfatno aktivnost → domneva, da njena vloga posredna, pri sproščanju fosfata in/ali eliminaciji inhibitorjev, npr. Ppi

Teorija iniciacije mineralizacijeZačetek mineralizacije s pomočjo nekaterih snovi, ki imajo tako prostorsko razporeditev nabojev, da omogočajo akomulacijo Ca in fosfataNpr kolagen, hondroitinsulfat, fosfatidilserinZvišanje koncentracije Ca in fosfata opazili tudi znotrjcelično, kot vezikli, ki se nato izločijo iz celiceV teh veziklih opazili alkalno fosfatazo → tvorba hidroksiapatita, tako da se lokalno zviša c(fosfat) ali odstrani inhibitorje mineralizacijeVezikli naj bi predstavljali nekako mikrookolje primerno za začetek mineralizacije

Da se mineralizacija začne, se morata dvigniti c(Ca) in c(fosfat) – lokalnoNj. koncentracija se lahko dvigne v veziklih, zaradi encimskega sproščanja fosfata, koncentracija Ca pa se lahko zviša zaradi nj. vezave na anionske molekuleMineralizacijo olajša heterogena nukleacija – neka spojina ima take lastnosti, da zniža aktivacijsko energetsko prepreko, da iz stabilne raztopine mineralov nastane kalcijev fosfat

Rast kristalovZa začetek je pomembno sodelovanje neke snovi (heterogena nukleacija)Ko kristalizacijsko jedro doseže neko velikost, samo omogoči nadaljno rast → na nj. površini se razporedijo ustrezni ioniRaste lahko v vseh smereh enakomerno ali pa raste le na eni površini (sklenina)Obliko, velikost in usmeritev uravnava zunajcelični matriks

Vloga komponent organskega matriksa pri procesu mineralizacijeV zunanjem matriksu pomembne tiste snovi, ki omogočajo ali pa inhibirajo mineralizacijoPosredno pa še tiste, ki vplivajo na prve.Nastanek mineraliziranih tkiv v dveh fazah:

1) ORGANSKA FAZA Ameloblasti, odontoblasti, cementoblasti, osteoblasti izločajo organski matriks2) ANORGANSKA FAZA Ta matriks mineraliziraNastanek kristalov omogočajo snovi, ki pa se v višjih koncentracijah vežejo na kristale in jih inhibirajoPri vseh genezah, razen pri skleninski, se tvori kolagen, v katerega se nalaga kalcijev fosfat (kristal)Ameloblasti pa ne izločajo org.komponent – proteinski matriks, ki se izloča je drugačenKomponente organskega matriksa v treh skupinah:1) makromolekule – odgovorne za strukturo organskega matriksa. Prevladuje kolagen tipa I, sledovi kolagena V, v kosteh in

cementu še kolagen III. Kolagen v mineraliziranih tkivih je bolj hidroksiliran2) kisli proteini organskega matriksa – vstopajo v interakcijo tako s kolagenom kot tudi z mineralno fazo. To so fosfoproteini, pri

dentini najolj znan fosfoforin. Vstopa v interakcijo s kolagenom na eni strani in s Ca na drugi. Ker vežejo Ca, so sposobni dvigniti lokalno koncentracijo le-teh.

3) encimi, ki razgrajujejo/modificirajo organski matriks med samo mineralizacjo – odstranjujejo komponente, ki stimulirajo ali inhibirajo mineralizacijo in tako vplivajo na njen potek

Tudi v amelogenezi so proteini, ki so vključeni v strukturo organskega matriksa in proteini, ki uravnavajo proces. Odstranjujejo jih proteinaze.

Proteini organskega matriksa dentina in dentinogenezaDentin prvi, ki se narediOdgovorni odontoblasti in nekaj serumskih proteinovV dentinogenezi dva vzporedna procesa:1) organska faza – nastajanje predentina2) mineralizacija le-tega na mineralizacijski frontiZamik med obema je čas, ki ga rabi kolagen, da se uredi v mrežoPredentin ni enak dentinskemu matriksu → torej se nekatere snovi izločajo, druge dodajajoOrganski matriks: - 18% kolagen (največ tip I, v sledovih V)

- 1,6% nekolagenski proteini- 0,9% citrat


document.doc

- 0,33% lipidi (fosfolipidi, holesterol, holesterolni estri, TAG)Sam kolagen ne iniciira ničesar, tam je le za oporo in orientacijo nekolagenskim proteinom in kristalomNekolagenski proteini:1) značilni le za dentin – fosfoproteini, protein AG1 ali protein dentinskega matriksa, dentinski sialoprotein2) najdemo tudi v kosteh in cementu (tkiva, ki mineralizirajo) – osteokalcin, kostni sialoprotein3) se sintetizirajo tudi v drugih tkivih – osteopontin, osteonektin4) se sintetizirajo v jetrih

Lastnosti nekaterih proteinov dentinskega matriksa in njihov vpliv na dentinogenezo

Dentinski fosfoproteiniPoleg kolagena najpomembnejšiVečinoma so v matriksu vsi proteini fosforilirani, a ti so še posebejV dentinu fosfoforiniVsebujejo veliko asparaginske kisline in fosfoserinaSo najbolj kisli med vsemi proteiniEncim kazein kinaza II pripenja fosfate na fosfoforin, alkalna fosfataza jih odpenjaIzločajo se ob mineralizacijski fronti, saj jih v predentinu niVežejo Ca → kristalizacija → mineralizacijaPri velikih koncentracijah se vežejo na kristale apatita → inhibicija rasti kristalov

Dmp 1 ali protein AG1FosfoproteinManj fosforiliran od fosfoforinaLahko, da sodeluje pri uravnavanju dentinogeneze

Dentinski sialoproteinIma veliko OH (30%) in sialične kisline (10%)Tudi negativno nabita molekula

ProteoglikaniPomebni za začetek mineralizacije in nj.uravnavanjeNa proteinsko jedro so vezani glikozaminoglikaniPoleg kolagena edine makromolekuleNegativno nabeite zaradi sulfatnih in karboksilnih skupin → vežejo Ca → kristalizacijaV visokih koncentracijah pa zavirajo rast kristalovPred mineralizacijo se večina proteoglikanov razgradi → na nj.mesto pridejo kristaliOstanek se izloči na mineralizacijsko fronto in sodeluje pri kristalizacjiV mineraliziranem dentinu najdemo biglikan in dekorin, to so mali proteoglikaniNajveč je v njih hondroitin-6-sulfata in hondroitin-4-sulfata

Gla-proteiniSe izločajo v področje mineralizacijske fronteVsebujejo γ-karboksiglutamat – omogoča vezavo CaNastane iz glutaminske kisline v reakciji, v ateri sodeluje tudi vitamin KDve skupini Gla-proteinov:

1) tip osteokalcina2) matriksni Gla-proteiniRazlikujeta se po sestavi, masi in fizikalnih lastnostih

Kostni sialoprotein, osteonektin

Izločanje odontoblastov:PREDENTIN: kolagen, del proteoglikanov (se razgradi med mineralizacijo)MINERALIZACIJSKA FRONTA: sem se izločajo Gla-proteini, fosfoproteini, ostali proteoglikani, Ca (vezani na proteine, da koncentracija v celicah ne naraste, v prenosu sodelujejo kalcijeva ATPaza, Na/Ca izmenjevalec, kanali)TESNI STIKI: Ca pride tudi čez tesne stike do fronte


document.doc

Polianionska narava proteinov je ključna za začetek mineralizacije

Proteini organskega matriksa sklenine in amelogenezaV osnovi enaka dentinogeneziMineralizacijo omogoča zunajcelični matriksVendar pa je na koncu vsebnost organskih spojin manša, kristali pa so večjiSklenina nastaja druga, za dentinom.Ameloblasti v področje dentinsko-skleninske meje izločijo organski matriksSprva je bogat s proteini in vodo ter reven z minerali, med dozorevanjem pa je razmerje obratnoPosebnost: organski matriks pri sklenini ni ujet v mineralizirano tkivo, temveč se cel odstraniOdstrani se glavnina amelogeninov, ostali proteini ostanejo ujeti, a razgrajeniKer kristali zamenjajo proteine, ne pa se samo dodajo k njim, nastane najtrše tkivo v telesu

Lastnosti nekaterih proteinov organskega matriksa sklenine in nj. vloga pri amelogenezi

Amelogenini25-30% prolina, veliko še histidina, glutamina, levcinamolekule so precej hidrofobnek heterogenosti pripomorejo posttranskripcijske in posttranslacijske modifikacijepri slednjih pride do fosforilacije na serinskih ostankih, glikozilacije ali encimske odcepitve C-konca proteinovProteini imajo podobne N-konce, se pa lahko razlikujejo po dolžiniPred dokončno mineralizacijo jih postopoma razgrajujejo proteinaze → nastanek s tirozini bogat amelogeninski polipeptid TRAPAmelogenin (25kDa) → 23kDa + teleopeptid → 20kDa (kopičenje v matriksu) → TRAP (5kDa) + 13kDa (ta del topen v vodi, difuzija?) → TRAP se razgrajuje dalje do 3kDaIz 20kDa lahko → 7kDa + 11kDa (topen, difuzija?) → TRAP → 3kDaAmelogenini se med seboj povezujejo, ker so hidrofobni → nastanejo kroglice, ki se združujejo v nekake tubule oz. ogrodjeIzpostavijo se kisle skupine amelogeninov in te so odgovorne za rast kristalov → tako kristali ne rastejo vsevprek, ampak jih amelogenini usmerjajoNajprej nastanejo dolgi in tanki kristali → debelijo se šele, ko se amelogenini razgradijoNastali peptidi ostanejo na kristalih vse dokler ni njihova velikost pod 20kDa

Proteinaze2 skupini: nevtralne metaloproteinaze in serinske proteinazenevtralne proteinaze: pri tvorbi nekaterih amelogeninskih fragmentovserinske proteinaze: pri dokončni razgradnji amelogeninovGre za to, da se dobi prostor za minerale in pa baje imajo produkti proteinaz neko vlogo

Neamelogeninski proteiniVeč proteinov z več vlogami in izločanjem v različnih obdobjih amelogenezeAmeloblastin: količinsko najpomembnejšiTuftelinEnamelin – je največji in najmanj razširjen. Izraža se samo v ameloblastihNajdemo tudi: serumske proteine, alkalno fosfatazoVsi po vrsti so kisli → n eni strani se lahko povežejo s Ca, na drugi pa z hidroksiapatitom

Proteini organskega matriksa cementa in cementogenezaCement na eni strani preko Sharpeevih vlaken povezans pozobnico, na drugi pa ščiti dentin in pulpoCement od vseh najbolj podoben kosti, a razlike so: nima žil in živcev in se ne preoblikujeMineralizacija ni povsem homogenaCement ključen za morfogenezo paradocija in regeneracijo paradontalnih tkivTvorbo cementa delimo v prefunkcionalno in funkcionalno razvojno fazoPrefunkcionalni del: nastaja med razvojem korenine, ko zob še ni obremenjenFunkcionalna faza: povezana z obremenitvijo zoba po izraščanju (takrat potekajo tudi rocesi prilagoditve in popravljanja)Na začetku tvorbe cementa imajo pomembno vlogo komponente org.matriksa sklenineCementoblasti izdelajo notranja kolagenska vlakna in nekolagenski matriksPozobnični fibroblasti dajo zunanja kolagenska vlaknaZunanji matriks:

- kolagen, 90% je tipa I in 5% tipa III- nekolagenski proteini, 5%nekolagenski proteini so: kostni sialoprotein, osteopontin, manj je osteonektina, fibronektina, tenascina, vitrinektina, osteokalcina, proteoglikanov, CAP (cementni pripojni protein),…


document.doc

Lastnosti nekaterih proteinov organskegamatriksa cementa in nj. vloga pri cementogenezi

Kostni sialoprotein in osteopontinDružina fosforiliranih sialoproteinov, v taisto družino sodi tudi dentinski sialoprotein (je homologen z osteopontinom)Vsi se vežejo na kolagen in hidroksiapatitPoliaspartatno področje v osteopontinu in dentinskem sialoproteinu je odgovorno za vezavo na apatit ter upočasnitev rasti kristalovPoliglutamatno področje kostnega sialoproteina je odgovoren za iniciacijo mineralizacijeOba proteina se lahko vežeta na integrine → sta adhezina

OsteonektinGlikoziliran protein Ni specifičen za mineralizirana tkivaVsebuje beliko aspartata in glutamataJe močan inhibitor rasti kristalov

Trda zobna tkiva ter metabolizem kalcija in fosfataZa normalen razvoj se mora vzdrževati homeostaza Ca in fosfata v krviPomanjkanje enega ali drugega oz. porušeno ravnovesje med obema vpliva negativno na zobeČe že pride do porušenja homeostaze, najprej nastradajo kosti, potem šele zobje → privilegiranost zob70kg tip ima 1200g Ca in 770g fosforja – sta osnovna minerala, poleg tega sodelujeta tudi v mnogih procesihmotnje v metabolizmu lahko povzročijo, da se razvijejo manj odporni zobje, ki hitreje propadajoneustrezna koncentracija enega, drugega ali obeh vodi do motenj razvoja kosti in zobNa razvoj trdih zobnih tkiv vplivajo še:

1) spremembe v koncentracijah elementov v sledovih (bor, fluoridi, molibden)2) magnezijevi ioni3) nekateri vitamini (A, D, B)Na razvoj ustne votline in zob vplicajo še hormoni (ščitnični hormon, somatostatin, TSH, spolni hormoni)Za zagotovitev potreb Ca in fosfata je treba jesti.Fosfatov je v hrani dovolj in se tudi dobro absorbira (70-80%), medtem ko je Ca manj in se slabše absorbira (35-50%) → treba paziti na prehrano, še posebej, če si otrok, ženska v menopavzi ali pa nosečPri uravnavanju absorbcije Ca in fosfata je pomemben 1,25-dihidroksiholicalceferolHomeostaza pa ni odvisna le od hrane, temveč tudi reabsorbcije v ledvicah in sproščanja iz endogenih zalogVečina Ca je v kosteh (99%), tudi fosfata (88%), vendar se samo manjša količina lahko izmenjuje s plazmo (slika)Koncentracija kalcija v plazmi ne niha preveč (2,2-2,5mM), fosfat je malenkost bolj variabilen (0,8-1,4mM)Kalcij je v treh oblikah:1) prosta ionizirana oblika (50%) – je biološko aktivna2) vezan na proteine (40%) – največ albumin3) kompleksno vezan (10%) – na citrat, bikarbonat, sulfat, fosfat, laktatFosfat pa pri normalem pH v dveh:1) H2PO4 (90%)2) Vezan na proteine (10%)Najdemo ga tako kot kalcij tudi zunajcelično, kjer lahko:

- organsko vezan (keratofosfat)- cAMP- IP3- Fosforilirani intermediati v presnovni poti

Procesi, odgovorni za normalne koncentracije Ca in fosfata v zunajcelični tekočini:1) vnos kalcija skozi prebavni trakt2) sproščanje kalcija iz endogenih zalog3) izločanje skozi ledviceVse skupaj uravnavajo kalciotropni hormoni.

Uravnavanje metabolizma kalcija in fosfataUravnavanje kalcija urejata dve komponenti: kalcij občutljive celice in efektorska tkiva

Kalcij občutljive celiceZaznajo majhne spremembe v zunajcelični koncentraciji kalcija → reakcija s kalciotropnimi hormoni, kot sta PTH in 1,25(OH)2D3, za kalcitonin pa še ni čisto vse dorečenoPri tem so pomembni na kalcij občutljivi receptorji CaSR, ki so na celični membrani, sestavljeni so iz sedmih transmembranskih delov in so povezani z G-proteiniNajdemo jih v paratiroidni žlezi, levicah, ščitnici, črevesju, kostehParatiroidne celice v odgovor na povišano koncentracijo Ca inhibira izločanje PTH →↓resorbcija Ca in fosfata v kosti, ↓1α-hidroksiaza in D3, ↓ absorbcija Ca in fosfata v črevesju, ↓izločanje fosfata in reabsorbcija Ca v ledvicah Znižanje c(Ca) →↑PTH→↑resorbcija Ca in fosfata v kosti, ↑α-hidroksilaza in D3, ↑absorbcija Ca in fosfata v črevesju, ↑izločanje fosfata in reabsorbcija v ledvicahKalcitonin naj bi deloval nasprotno kot PTH in zmanjša osteolizo kosti ter poveča izločanje kalcija in fosfata z urinomPovišana koncentracija lahko deluje na ledvice neposredno → CaSR inhibira resorbcijo Ca


document.doc

Efektorska tkivaČrevesje, ledvice, kostiTa tkiva lahko spreminjajo koncenracijo obehČe ta tkiva narobe odgovarjajo na hormone, pride do bolezni

Koncentracija kalcija se ne regulira neodvisno od fosfataKoncentraciji beh ionov se ne moreta spreminjati neodvisno, ker če bi katera presegla topnostni produkt, bi se tvoril kalcijev fosfatKoncentracija fosfata je podejena koncentraciji CaHipofosfatemija poveča sintezo D3 → ↑absorbcija obeh v črevesju in ↑resorbcija obeh iz kosti → zviša se Ca → inhibira se PTH → ↓izločanje D3Porast PTH poveča izločanje fosfata iz ledvic.

Trda zobna tkiva in metabolizem fluoridaNajveča se ga dobi v vodi, zobnih pastah, gelih, manj pa s hrano in pijačoVeč fluorida vsebuje hrana, ki vsebuje kosti primerne za pojestiČe v vodi 5μmol/l fluorida ga dnevno zažijemo 2mg, če 50μmol/l pa 3-4mgAbsorbira se 90% fluorida, vendar če jemo hrano z veliko Ca, se ta odstotek zniža, ker se tvorijo soliV želodcu nastane HF, ki topen v lipidih → prehaja membrano želodca, v tankem želodcu pa prehaja skozi nespecifične kloridne kanalčkeKoncentracija v lazmi – 1μmol/lPo zaužitjo F koncentracija zelo naraste po 30-60min, po 3h pade na normalno vrednostIzloča se z urinom, znojem, z žolčem, mlekom in slinoNabir se v kalcificiranih tkivih, z leti koncentracija naraščaV sklenino vstopa iz sline, gingivalne tekočine ter ob stiku s hrano in pijačoMed rastjo se lahko vključuje v kristale apatitaPo koncu rasti se lahko vključi pri preoblikovanju kosti, v zobe pa ob dodajanju novih plasti (dentn in cement), v sklenino se na tak način lahko vključi le malo F

Antikariogeno delovanje FVKLJUČEN V KRISTALE- vpliv F odvisen od tega ali je prisoten ob sami mineralizaciji ali ne- v prvem primeru se preprosto vljuči v kristale hidroksiapatitaV SLINI IN TEKOČINI ZOBNIH OBLOG- tu pomebnejši- ob dovolj veliki koncentraciji vseh potrebnih ionov preprečuje raztapljanje kristalov po enačbi

Ca10(PO4)6(OH)F → 10 Ca + 6 PO4 + OH +F

Delež fluorida, ki se vključuje po naslednji enačbi pa je zelo majhen

Ca10(PO4)6(OH)2 + F → Ca10(PO4)6(OH)F + OH

Fluorid lahko tudi vpliva na metabolizem kariogenih bakterij, vendar je potrebna višja koncentracija kot za remineralizacijoZOBNE OBLOGEVpliv na dva načina.

1) neposredni vpliv na sklenino2) vpliv na kariogene mikrobe → ne morejo tvoriti kislin → ena vrsta bakterij raste bolj kot druga- Rastoče bakterije sprejemajo HF, v celici pa odda protone- Inhibira se ATPaza, ki ob hidrolizi izloča te protone iz celice, se znotraj zniža pH- Posledica je prehod K iz celice- F pa inhibira enolazo → ne nastaja PEP → glukoza ne more priti v celico po fosfotransferaznim sistemu- Ker se poveča notranja koncentracija H, odpove tudi permeazni sistem prenosa Glu v celico (H/Glu kotransport)- Zaradi tega se zmanjša sinteza glikogenu podobnega polisaharidaBakterije so različno občutljive na delovanje F, prisotna mora biti pa tudi visoka c(F)Škodljivi učinki F:1) fluoroza – med amelogenezo se inhibirajo prteolitični encimi, ki odstranjajo amelogenine2) prizadeta je mineralizacija dentina – deluje na posttranslacijske modifikacije predvsem na fosforilacij fosfoforina. Inhibira namreč

kinezin-kinazo II in vpliva na alkalno fosfatazo (aktivna)Treba je paziti, da ne vzamemo premao ali preveč F

BIOKEMIČNI PROCESI NA ZOBNI POVRŠINI V USTNI VOTLINI

Pridobljena zobna kožicaPreden zob predre dlesen , ga prekriva primarna kožica ali Nasmythova membranaPo predrtju dlesni jo zamenja tanka granularna plast – sekundarna kožica ali pelikelPelikel je kot film med sklenino in zobnimi oblogamiPelikel sestavljajo:PROTEINI IZ SLINE – se specifično vežejo na hidroksiapatitNegativne fosatne skupine apatita so na površini sklenine, ki se potem nevtralizirajo s + ioni iz sline


document.doc

Hidratacijska ali Strernova plast – plast ionov iz sline, ki obdajajo –ione na sklenini. Predvsem iz Ca (90%) in fosfatnih ionov (10%), v manjših količinah pa tudi drugi ioni (NH3)Pri nastajanju pelikla ioni v hidratacijski plasti interagirajo s proteini in OH iz slineKisli proteini iz sline se vežejo predvsem s Ca iz hidratacijske plastiBazični proteini se vežejo predvsem s fosftnimi skupinami apatita, ne pa toliko s fosfatom iz hidratacijske plasti Najmanjšo afiniteto do sklenine imajo hidrofobni proteini (aromatske sk. in nepolarne stranske verige)Vmeša se lahko še F → tvori se CaF2 → ta vpliva ne cezavo proteinskih molekul na skleninoPelikel se v prvih 2h hitro debeli, potem pa vedno počasneje, max doseže šele po nekaj dnehOb debelitvi pelikla se snovi v njem še dodatno povežejo z vodikovimi in hidrofobnimi vezmi → sedaj pelikel polno učinkovitOrganske snovi pelikla: proteini in OH

Poleg naštetih proteinov še: prolin bogati proteini, histidin bogati histatini, mikoprotein MG1, cistatin SA1Prolin bogatih proteinov je na začetku za tretjino, potem pa jih proteaze razgradijo in so le še v sledovihOb nastajanju se kak protein lažje veže, če je prisoten že kak drug proteinOH:

- glukoza (>50%), ker je je v slini malo, verjetno izvira iz ostankov polisaharidov bakterij- galaktozamin, manoza, galaktoza → kaže na to,da OH v glikoproteinihPelikel ima dve vlogi:1) zaščita – v peliklu se ustvarjajo zaloge ionov, predvsem F.2) omogočanje vezave ustnih bakterij na površino zoba → nastajaj zobne obloge → nevarnost kariesaPelikel je odporen na kisline iz sline in na kisline od bakterij. (zaščitna vloga)

Adhezija bakterij na zobno površinoTudi še glive in protozoeNajraje vzdolž dlesni in med zobmiČe se hočejo bakterije kolonizirat, se morajo najprej pričvrstiti na površino zobaBaje se bakterije najprej vežejo nespecifično s šibkimi vezmi, močne vezi astanejo le ob specifični vezaviSpecifična povezava – adheziniStreptokoki mutans – adhezin AgI/II (receptor zanj v peliklu)S.sanguis in oralis – zgodnji kolonizatorji, na njih molekule iz sline, na te pa mutans (adhezin Ag I/II)Pri vezavi mutansa pomembni tudi glikoziltransferaza (GTF) in vezavni protein za glukane (GBP)GTF katalizira sintezo zunajceličnih glikanov, ki se povežejo z (GBP) na površju mutansa → nastanek zobnih oblogKljučnega pomena je koncentracija vrste mikrobov v ustih, ker število njih na oblogah ni neodvisno od njePo umivanju zob na zobeh bolj malo kokov, v glavnem streptokokiNitaste bakterije se pojavijo kasnejeBakterije se namnožijo šele po 8-12h, najprej v eni plasti, potem se nalagajoV začetku št. bakterij narašča zaradi delitev, kasneje pa tudi zaradi adhezije drugihKo enkrat bakterij veliko, te živijo v simbiozi → produkti ene so hrana drugiRast in razmnoževanje bakterij odvisno od razpoložljivih hranil. Dobijo iz sline, presnavljajo pa tudi produkte drugih bakterijKoličina hranil v slini je omejena → hitreje rastejo bakterije, ki imajo večjo afiniteto do hraneDelitev mikrobov glede na afiniteto do hrane:

1) tip A – rastejo počasi, četudi hrane veliko, a uspešno tekmujejo zanjo, če koncentracija le-teh mala2) tip B – mikrobi rastejo hitro, a le če je hrane v izobilju, če je manjka, jim jo pojejo bakterije tipa ASe pravi, da takrat ko hrana je tipB raste hitreje, ko je ni pa tip AVLOGA PREHRANE PRI VZDRŽEVANJU USTNE MIKROBIOTE:Je odvisno od hranil, ki so vedno prisotna v slini, saj se ostala hrana zadrži v ustih le kratek časSladkor v hrani (glukozo) lahko bakterijo vgradijo v zunajcelične polisaharide – rezervna hranaSposobnost sinteze zunajcelične prehrane je ključnega pomena za zadrževanje mikrobov na zobeh → karies

Zobne oblogeNastanejo zaradi adhezije mikrobov na površino zoba. Osnova za vezavo je pelikel.

Sestava zobnih oblogJe iz organskih in anorganskih snoviBakterije so vstavljeno v nekako matriko, ki je iz vode, proteinov in OHSestava zobnih oblog:

1) znotrajcelična voda (50%)2) suhi ostanek (18%)3) zunajcelična voda (32%)sestava suhega ostanka:1) znotrajcelični proteini (48%)2) znotrajcelični OH (18%)3) znotrajcelični minerali (5%)


document.doc

4) lipidi (16%)5) zunajcelični proteini (7%)6) zunajcelični OH (2%)7) zunajcelični minerali (6%)Zunajcelični proteini so iz sline in produktov bakterij (glukoziltransferaza, alkalna fosfataza)Vzroki nabiranja proteinov iz sline v oblogah:1) spremembe pH – kažejo se v delni denaturaciji proteinov → olajšano kopičenje le-teh v oblogah 2) ker prisotna neuramidaza, ki odcepi sialično kislino → proteini manj topni3) specifične povezave s površjem zoba

Tekočina zobnih oblogTo je topna faza, ki smo jo dobili s centrifugiranjem oblogJe v ravnotežju s površino zobaProteini in OH niso baš neka ovira za male molekule, kot so saharoza in mlečna kislinaSestava tekočine in primerjava koncentracij s slino

Koncentracije kalcija in fosfata so v zobnih oblogah precej višje kot v slini

Zobni kamenS staranjem zobnih oblog se zvišuje koncentracija Ca in fosfata v njih → kalcifikacijaNe tvori se hidroksiapatit, temveč kalcijev fosfatDo kalcifikacije pride, ko obeh snovi toliko, da se preseže topnostni produktZačetki kristalizacije se pojavijo v matriciDejavniki, ki vplivajo na kalcifikacijo:

1) proteini, ki lahko vežejo kalcijeve ione in tako vplivajo lokalno koncentracijo. Našli so proteaze, ki te proteine razgradijo → Ca se kopiči → kalcifikacija

2) alkalne fosfataze, ki prisotne v oblogah → vpliv na mineralizacijo. Namreč pirofosfat preprečuje nastanek kamna, fosfataza pa ta pirofosfat razgradi → anorganski fosfat

3) ureaze lokalnih bakterij zvišajo pH → lokalno zvišanje koncentracije fosfatnih ionov ali z delovanjem fosfataz cepijo pirofosfatGlikoproteini služijo kot jedra

Kamen je iz organskih in anorganskih spojinSUPRAGINGIVALNI KAMEN (nastaja nad robom dlesni) in SUBGINGIVALNI KAMEN (pod robom)Supra kamen je bel ali rumenSub kamen je temno rjav ali zelen – zaradi bilirubina in je močneje pritrjen. Ta ni toliko odvisen od sline, kot od gingivalne tekočine in plazmeNastanek zobnega kamna gre ponavadi v štric z vnetnimi procesi in krvavitvami → zaradi endotoksinov in proteolitičnih encimov, ki jih delajo bakterije v oblogah

Metabolične aktivnosti bakterij v zobnih oblogahBakterije iz OH delajo kisline: mlečna, ocetna, mravljinčna, maslena,…Preveč kislin → pH pade → raztapljanje trdih tkiv → kariesSladkorji praviloma mono- in disaharidi (hrana, »glikogen«)Mikrobi sposobni razgraditi tudi proteine in polisaharide → velike molekule se najprej razgradijo z zunajceličnimi encimi, potem šele vstopijo v bakterijo

Hidroliza polimerovNaj sposobnost je hidrolitična cepitev glikozidne vezi polisaharidovImajo tudi proteolitične encime, ki razgrajujejo peptidne vezi


document.doc

Metabolizem ogljikovih hidratovZa razgradnjo glukoze so na voljo kontitutivni encimiZa razgradnjo drugih sladkorjev in sladkornih alkoholov so na volj inducibilni encimiZa indukcijo encima mora biti substrat prisoten vsaj eno generacijo, da ga bakterije lahko začnejo učinkovito uporabljati (maltoza, fruktoza, saharoza, laktoza)Ta princip velja tudi za prenašalne proteine. Konstituivni za glukozo, inducibilni za ostaleČe nekega substrata dovolj, ima bakterija prenašalne proteine le zanj, ostali sistemi so blokirani, če pa substrata primanjkuje, pa se aktivirajo tudi ostali sistemi

Prenašalni sistem za ogljikove hidrateČe zunajcelična koncentracija OH višja kot znotraj → olajšana difuzijaČe ne, pa morajo pomagati prenašalni proteiniZnana 2 sistema:

Permeazni prenašalni sistemGre za H/Glu kotransportJe odvisen od Na in K, hitrost je višja če izven celice Na manj kot K

Fosfotransferazni sistemPovezan s tvorbo PEP v piruvatSodelujeta 2 encima: EI – je topen, katalizira prenos fosfatne skupine od PEP na HPrDrugi je EII – prevzame fosfat, ki se nato poveže z glukozo → G6PEI in HPr sta nespecifična za sladkor, EII pa je specifičen

Mikroorganizmi imajo na voljo ponavadi oba sistema, pri čemer se pri veliki koncentraciji OH uporablja permeazni (mala afiniteta do OH), pri mali koncentraciji pa fosfotransferzani (velika afiniteta do OH)Za saharozo in laktozo na voljo oba sistemaZa fruktozo le fosfotransferazni

Metabolizem ogljikovih hidratov v bakterijah zobnih oblogOH se razgardijo, nastala E se porabi za sintezo ATPATP nastane v procesu oksidativne fosforilacije ali fosforilacije na ravni substrataGlu se razgradi do piruvata (glikoliza), elektroni se prenesejo na NAD+ → NADHNADH prenese elektrone preko vrste elektronskih prenašalcev → nastala E se porablja za črpanje H+ ven iz celiceKončni akceptorji elektronov so: kisik, fumarat, nitrat, nitritProtonski gradiet je gonilo ATP sintezeATP se lahko dobi tudi pri reakcijah: gliceraldenid-3-fosfat → 3-fosfoglicerat PEP → piruvat acetil-fosfat → acetatV teh treh primerih govorimo o fosforilaciji na ravni substrata.Glukoza se razgrajuje po več poteh:

1) klasična glikolitična pot do piruvata (Embden-Mayerhofova pot). Priruvat se nato presnavlja do mlečne, mravljinčne kisline, ocetne kisline ali etanol (streptokoki)

2) Heksozamonofosfatna pot (bifidobakterije) Glu → piruvat, sprošča se NADPH3) Obe poti (laktobacili)Ko mikrobi dobijo za substrat druge sladkorje ali sladkorne alkohole, jih morajo z iducibilnimi encimi spraviti do enega izmed intermediatov običajne poti, za katero so značilni konstitutivni encimi – ponavadi do G6P, fruktoza-6-P in fruktoza-1,6-bifosfatSaharoza se lahko razgradi pred vstopom, tako da se preneseta Glu in fruktoza ali pa se prenese cela in se potem v celici razgradiOstali disaharidi, monosharidi in sldkorni alkoholi gredo vsi v celico razgradnja potem od tu dalje

Končni produkti razgradnje ogljikovih hidratovNajpogosteje se razgradi do mravljinčne (formiat), ocetne (acetat), mlečne kisline (laktat) in etanolaPri razgradnji ene molekule glukoze dobimo NADH, ki se reoksidira bodisi z laktat-dehidrogenazo (laktat) bodisi s piruvat-formiat-liazo.Slednja pot se razgradi v:

- etanolno pot (etanol, formiat) – oksidirata se dva 2NADH- acetoatno pot (acetat) – ne pride do reoksidacije, se pa sintetizira 1ATPpiruvat-formiat-liaza je občutljiva na kisik in se ob nj. prisotnosti takoj inaktivira. Ta pot se torej uporablja:1) ko ni kisika


document.doc

2) ko so substrati sladkorni alkoholi - sorbitol, manitolPri razgradnji sladkornih alkoholov namreč najprej nastanejo 3NADH in je v tem primeru laktatna pot manj ugodna, saj se dobi le 1NADH, pri piruvat-formiat-liazni pa 2NADHNekatere bakterije lahko kisline, ki nastanejo, porabljajo naprej in so tudi te vir ENpr laktat preko piruvata v acetat in preko oksaloacetata in sukcinil CoA v propionatČe končni akceptor kisik, v procesu reoksidacije NADH poleg vode nastaneta lahko še O2

-• in H2O2, iz katerega nastanejo OH•Vsi ti produkti so toksični in škodujejo človeku in bakteriji.Obrambni mehanizmi:1) katalaza in superoksid-dismutaza pretvarjata peroksid in superoksidni anion (O2•) v vodo2) peroksidazni sistem

Uravnavanje glikolize v bakterijah zobnih oblogAktivnost encimov je uravnavana z znotrajcelično koncentracijo nekaterih intermediatov, ATP, ADP in AMPPiruvat kinaza katalizira rate limiting reakcijoČe Glu malo, se uporablja fosfotransferazni prenašalni sistem, za katerega je potreben PEPČe reguliramo piruvat-kinazo, lahko uravnavamo koncentracijo PEP v celici. Inhibicija encima → ↑PEP → ↑prenos GluČe zunaj glukoze malo, je bo malo tudi v celici → malo G6P in fruktoze- 1, 6- B P , ki pa sta stimulatorja piruvat-kinazePEP je +modulator glikogen fosforilaze, ki sprošča iz glikogenu podobne molekule G1P → sledi zvišanje koncentracije G6P in FBP → aktivira se piruvat kinaza → ↓PEP → nastopi permeazni prenašalni sistemKoličina hranil med obroki naraste, v slini pa drastični padeBakterije se morajo prilagoditi tem velikim nihanjemČe bi npr celice, ki ponavadi živijo v slabih razmerah dali v okolje polno Glu, bi ta z difuzijo prišla noter → tvorili bi se toksični produkti – temu se reče FENOMEN SUBSTRATNO POSPEŠENE SMRTIObramba:

1) uravnavanje hitrosti glikolize2) biosinteza znotrajceličnih polisaharaidov (»glikogen«)3) učinkovita pretvorba piruvata v končne produktePosebej to velja za laktat – govorimo o LAKTATNIH VRATIHLaktat-dehidrogenaza se inhibira ob nizki ravni FBP → piruvat gre v etanol ali acetatČe koncentracija FBP visoka, se laktat-dehidrogenaza aktivira → laktat je glavni produktVisoka koncentracija FBP aktivira tudi ADP-glukoza-pirofosforilazo, ki katalizira sintezo polisaharidaHkrati pa pvišana koncentracija gliceraldehid-3-fosfata delno inhibira piruvat-formiat-liazo → se pretvorba v acetat in etanol še zmanjšaLaktatna vrata zelo pomembna pri bakterijah, ki povzročajo karies. Ob odprtju vrat se začne izločati laktat → pH pade → če preveč, pride do raztapljanja trdih zobnih tkiv

Znotraj in zunajcelični polisaharidiE se rabi ne le za rast, temveč tudi za vzdrževanje pH, osmolarnosti in flagelarno gibanjeBakterije so sposobne, ko je zuaj veliko hrane, sintetizirati znotrajcelične polisaharide (rezerva), ki podobni glikogenuTakrat naraste koncentracija FBP → aktivacija ADP-glukoza-pirofosforilaza → sinteza polisaharidaPolisaharidi se gradijo tudi zato, da ni treba vse glukoze razgraditi, ker bi prišlo do veliko toksičnih snoviKot rezerva lahko mikroorganizmom služi poli-β-hidroksibutirat, nekatere bekterije imajo polifosfateBakterije pa lahko gradijo tudi zunajcelične polisaharideVečina bakterij ima okoli sebe glikokaliks. To so heteropolisaharidi, prepleteni s polipeptidi.Izhodne spojine se naredijo v citoplazmi, potem se prenesejo ven in zunaj potem ves proces polimerizacijeNpr mutans rabi saharozo. Glukoziltransferaza cepi saharozo na fruktozo in glukozo → glukoza se porabi za sintezo netopnih razvejanih glukanov – mutani (α-1,3 vezi) ali za sintezo topnih glukanov – dekstrani (α-1,6 vezi)Nekatere baterije uporabljajo fruktozo → fruktaniPolisaharidi, ki nastanejo iz saharoze imajo pomembno vlogo pri adheziji bakterijGLUKANI – netopni; matrica, na katero se nalagajo mikrobiFRUKTANI – topni; rezerva hraneSposobnost mikrobov, da tvorijo polisaharoze je neposredno povezana s sposobnostjo tvoriti obloge

Metabolizem dušikovih spojinAK so praviloma gradniki molekul, lahko pa se uporabljajo tudi kot vir ENekatere bakterije rabijo za vir le amonijak NH3, druge pa cele AK, nekatere hočejo prav posebne AKZa take poskrbijo druge bakterije, ki s svojimi zunajceličnimi proteinazami razgradijo proteine v slini → dobimo redke AKNH3 se dobi iz:

a) AK, ki jih bakterije deaminirajob) Sečnine, ki pride s slino in jo bakterije razgradijo na CO2 in NH3Reakcija razpada sečnine:

NH2-CO-NH2 + H2O → 2NH3 + CO2

Za vgrajevanje amonijaka v aminokisline sta pomembna encima glutamat-dehidrogenaza in glutamin-sintazaKo NH3 veliko, ima prednost glutamatna pot, ko nizka, pa glutaminska potGlutaminska pot vključuje dva encima: glutamin-sintazo (od uporabi ATP vgradi NH3) in glutamat-sintazo (tvori glutamat iz glutamina / α-ketoglutarata)Transaminaze prenesejo amino skupino na ustrezne α-keto kisline → AKČe bakterije rabijo AK za E, se te razgradijo do, poleg NH3, še na CO2 in karboksilne kisline, kot so ocetna, maslena, izomaslena, izovalernaČe se razgrajujejo AK, se za razliko od presnove OH, pH ne spremeni.


document.doc

Če bakterija razgrajuje OH in zraven še npr. arginin, se pH ne spremeni bistveno, ker nastaja NH3

Arginin + H2O → citrulin + NH3 (nevtralizator kislin)

Še bolj učinkovit kot arginin, je sialin – tetrapeptid, ki tudi vsebuje arginin (glicil-glicil-arginil-lizin). Ta se namreč v celice prenese hitreje kot arginin, potem v celici pride do razgradnje in arginin iz sialina deluje potem po že povedanem postopku.Dodatno se lahko pH zviša zaradi aminov, ki nastane z dekarboksilacijo arginina in sialina

Metabolične aktivnosti bakterij v zobnih oblogah in kariesNajnevarnejše za karies so 1) acidogene bakterije – laktobacili, streptokoki2) sladkorji iz prehrane3) pomankljivo delovanje sline4) neumivanje zob (zaradi hrane, ki ostane med zobmi)Slina po zaužitju hrane ne spere vse hrane z zob dol.Sladkorji kot vir E za bakterije pomagajo pri kariesu na 2 načina:

1) polimeri, ki nastajajo z vgrajevanjem sladkorjev, tvorijo matrico, na katero se vežejo drugi mikrobi2) končni produkti metabolizma sladkorjev nižajo pHPri pričvrstitvi mikrobov ima veliko vlogo saharoza → nastanek homopolisaharidi, ki idealni za povezatiPrisotnost kislin ni povsod v ustih enaka. Največ je ocetne in mlečne kisline.Koncentracija mlečne kisline je med obroki lahko 12mmol/l, od prisotnosti saharoze zraste do 35mmol/l, koncentracija ocetne kisline se ne spreminja bog ve kaj in je cca 45mmol/l.Če zaužijemo sladkor, se pH takoj spusti in naraste nazaj do normle po 20-30minTo prikaže Stephanova krivuljaKaries se lahko pojavi šele, ko pH pade pod kritično mejo in je H+ dovolj za raztapljanje sklenine in izgube mineralovDokler pH ne pade pod 5,5, lahko H+ uspešno nevtralizirajo pufri, potem pa jih ne morejo večTakrat H+ reagirajo z OH- in PO43-, ki so v ravnotežju s hidroksiapatitom → raztapljenje sklenineNastaneta pa voda in H2PO4Ob zvišanju pH pride spet do prenasičenosti okolice in remineralizacije, a se vseeno izgubi nekaj mineralov, ki so rej difundirali stran od površjaK procesu izgube mineralov največ pripomore laktat (spomni se laktatnih vrat)Poglavitna pufra v oblogah: fosfatni pufer in acetatni puferPoglavitni pufer v slini: bikarbonatni puferOni v slini je manj pomemben, a vseeno so velike razlike, če je prisoten ali neKislost odvisna tudi od prisotnosti bakterij, ki sintetizirajo NH3Kisost odvisna od:1) pufrov2) bakterij, ki sintetizirajo NH3

BIOKEMIJA OBZOBNIH TKIVParadoncij iz:

1) cementa2) alveolarne kosti3) pozobnice4) dlesniVsa tkiva delujejo kot celota, čeprav sploh ni nujno da se vsa med sabo dotikajoNa stres se odzove s preoblikovanjem komponent, zato tako učinkovit

Zunajcelične komponente vezivnih tkivCelice paradoncija so postavljene v zunajcelični matriks, ki uravnava njihovo delovanjeZunajcelični matriks (ZM):

1) osnovna substanca – omogoča tkivu, da prenese neposredne pritiske2) celice, ki umeščene v osnovno substanco3) vlaknate komponente – dajejo tkivu trdnostMed celicami in molekulami ZM je stalna komunikacijaposredniki te komunikacije – matricelularni proteini : 1) trombospondin 1 in 22) tenascin3) SPARCOsnovna strukturna komponenta iz:1) kolagen2) proteoglikani3) glikoproteini

KolagenRigiden, z veliko natezno trdnostjoVeč vrst kolagenov:

1) sposobni tvoriti vlakna – tip I, II, III, V in XI. Vsaka podenota trojne vijačnice je sestavljena iz tripletov glicin-X-Y, pri čemer je X največkrat prolin, Y pa hidroksiprolin

2) fibrilarna področja prekijena z nefibrilarnimi, ki ne delajo tripletov – tip XI, XII, XIV. Te strukture se ponavadi vežejo na nefibrilarna področja. Za te tipe je značilno, da je na proteinski del kovalentno vezan glikozaminoglikan


document.doc

3) kolageni, ki delajo mrežaste strukture – vsi ostali. Cifre gredo do 19Vsako tkivo s kolagenom ima mix različnih vrst

V ZM se prokolagen pretvarja v kolagenPropeptidni sekvenci na C in na N koncu se odcepita (pri nekaterih se ne)Potem kolagenske molekule spontano reagirajo in tvorijo agregateAgregacija ni uravnavana z encimi, temveč s prokolageni tipa V, IX in XI, ki ko-polimerizirajos kolagenom tipa I ali IIKolagenska vlakna se nato stabilizirajo s prečnimi lizinskimi povezavamiLizil oksidaza pretvori nekatere lizinske in hidroksilizinske ostanke v aldehide → možne kovalentne veziZdaj se kolagen poveže še z drugimi molekulami ZMKončna organizacija kolagenov:1) je odvisna od vrste tkiva2) je odvisna od proteoglikanov – dektrin

Regulacija sinteze in razgradnje kolagenovNajpomembnejša na ravni transkripcijeKolagen se odraža:

1) časovno specifično2) celično specifično3) tkivno specifično STIMULATORJI:1) TGF-β (poveča stabilnost α-verige)2) FGF3) IGF4) PDHFINHIBITORJI:1) IL-1α2) IL-1 β3) IFN-γ4) TNF-α5) glukokortikoidiKoličina mRNA za α-verigo je sicer določena, vendar se lahko vpliva na njeno stabilnostSinteza se ureja tudi na ravni posttranslacijePredvsem pri hidroksilaciji prolina. Če ta nezadostna, nastane nestabilen kolagen, ki hitreje razpade. Primer bolezni: skorbut, ko primanjkuje vitamina CSinteza kolagena je lahko inhiirana po principu povratne zanke z N-propeptidomPonekod v paradonciji (kost, cement) je pomembna tudi mineralizacija kolagena s hidroksiapatitnimi kristaliMinaralizirana so tudi Sharpeyeva vlakna (del v cementu in kosti)Mineralizacija odvisna od stopnje glikolizacije oz. odsotnosti nekaterih proteinov in proteoglikanovUravnavanje mineralizacije lahko povežemo z alkalno fosfatazo, ki ima ključno vlogo pri kalcifikaciji kolagena

ProteoglikaniProteoglikani + hialuronan + glikoproteini = glavnina osnovne substanceProteinska jedra so lahko različna po velikosti in sestaviDekorin

a) proteinsko jedro veliko 36kDab) veliko levcina → pomembno za interakcije z fibrilarnim kolagenomBiglikana) tudi ima z levcimi bogato področjeSindekana) transmembranski proteoglikanib) proteinska jedra imajo C-konec v citoplazmic) na del v ZM se vežejo glikozaminoglikaniVersikana) veže hialuronanb) ima lektinu podobno področjec) ima epidermalnemu rastnemu faktorju podobo področjeCD44a) skupina transmembranskih proteoglikanov, ki na površini epitelijskih, mezenhimskih in hematopoetskih celicahb) 4 področja: citoplazemsko, transmembransko, področje, ki veže glikozaminski ostanek in področje, ki veže hialuronanc) vsebuje hondroitinsulfat, heparansulfat ali obad) lahko tudi brez glikozamina – takrat ni več proteoglikane) ima adhezivno funkcijo in veže ZM (fibronektin, laminin, kolagen hialuronan)Sinteza proteinskega jedra poeka kot inteza vseh proteinov (na GER)Potem gredo nekateri ven v ZM, drugi ostanejo zasidrani v membrani


document.doc

Glikozaminoglikani so ponavljajoči se disaharidi. Vsi (z izjemo hialuronana) imajo vezano žveplo in se pripenjajo na protein z reducirajočim koncemVRSTE:1) hondroitinsulfat2) dermatansulfat3) heparansulfat/heparin4) hialuronan5) keratansulfatGlikozaminoglikanska biosinteza se začne (z izjemo eratansulfata) s prenosom UDP-ksiloze na proteinski jedro. Nato se vežeta 2 aktivirani galaktozi. Glikozilirano ogrodje proteoglikanov nato nastaja z izmenjajočo se vazavo N-acetilheksozamina in glikoronske kisline v obliki UDP sladkorjevDonor sulfatne skupine je fosfoadenozin-fosfosulfat (PAPS)Zreli proteoglikani se zapakirajo v vezikle in se iz Golgija prenesejo v membrano ali ZM

Sinteza in razgradnja proteoglikanov sta natančno uravnavani – mora se vzpostaviti ravnotežje med obema

GlikoproteiniProtein, ki ima gor kovalentno vezane sladkorjePomebni za:

1) adhezijo celic2) preoblikovanje znotrajceličnega skeletaPreoblikovanje citoskeleta pomembno pri prenosu signalov → omogočanje celične diferenciacije in celičnega preživetjaVRSTE:1) fibronektin2) laminin3) tenascin4) v manjši meri: trombospondini, osteonektin, vitronektin

Fibronektin20 oblikiz dveh polipeptidnih enotOmogoča vezavo kolagena, heparina in fibrinaV osrednjem delu proteina je področje Arg-Glu-Asp (RGD) – pomembno za adhezijo (vežejo se tudi fibroblasti)

LamininPomemben za adhezijoVloga pri diferenciaciji celic in nj. migracijiVezavna mesta za heparin, kolagen in epitelijske celice pozobnice

TenascinPosreduje privlačne in odbojne interakcijeVezavna mesta za fibronektin in na proteoglikane, ki vsebujejo hondroitinsulfatVečina ga je na meji med mineraliziranim in nemineraliziranim tkivom


document.doc

Obzobna tkiva

DlesenMukozno tkivoSestavljena iz:

1) epitelija2) vezivno tivo ali lamina propriaZM ne vsebuje vlaknatih komponent, nevlaknate pa so: glikoproteini, proteoglikani, lipidi, vodaV medceličnem prostoru najdemo: CD44, hialuronan, dekorin, sindekanLamina propria:1) fibroblasti2) endotelijske celice3) levkociti4) makrofagi5) limfociti6) tkivni bazofilciVnetne celice so vedno prisotne, a jih je pri dejanskem vnetju večVečino ZM sintetizirajo fibroblasti, nekaj malega pa še endotelij in epitelijKolagen predstavlja 60% vseh proteinov, predvsem tip I, IIIOblikovanje vlaken na 2 načina:1) veliki gosti skupki debelih vlaken (tpi I, malo III)2) rahlo povezana tanka vlakna (III, v obliki mreže ob lamini pod epitelijem)Kolagen tipa V dela vzporedna vlakna, ki prekrivajo gosta kolagenska vlaknaEpitelijske celice se vežejo na površino preko 1) hemidezmosomov. V njih najdemo kolagen XII, protein BAPG-1, integrin α6β42) bazalne lamine, ki je zraščena z organskimi komponentami površine zobaNekolagenski proteini v dlesni:1) elastin2) fibronektin3) tenascinProteoglikani:1) dermatansulfat 60%2) heparin 5%3) dekorin4) sindekan5) biglikan6) versikanZnačilno je zmožnost hitrega preoblikovanja, ki se s starostjo ne spreminja

PozobnicaVelja za tkivo z najhitrejšim metaboličnim obračanjemMed celicami so najpomembnejši fibroblasti2 tipa fibroblastov:1) podobni fibroblastom dlesni in dermisa2) podobni osteoblastom – vsebuje veliko alkalne fosfatazeTip I – največ. Prisotni še III, IV, V, VI in XII (odgovoren za 3D ZM, le v zreli pozobnici)Kolagenska vlakna lahko kot:

1) osnovna vlakna – iz gostih kolagenskih vlaken, v svežnjih, prečkajo periodontalni prostor med korenino in kostjo2) sekundarna vlakna – naključna razporeditev, niso nikamor pripetaNekolagenski proteini: 1) fibronektin2) oksitalanska vlakna – analogna elastičnim3) tenascin4) osteonektin5) vitronektinGlikozaminoglikani: hialuronat, heparansulfat, dermatansulfat, hondroitinsulfatProteoglikani: dekorin, versikan

CementAnorganski del - 50% je iz hidroksiapatitaOrganski matriks: tip I, III, drugi nekolagenski fibrilarni proteiniGlikozaminoglikani: hialuronan, dermatansulfat, hondroitinsulfat

Alveolarna kostTip I, tud IIIGlikoproteini: fibronektin, receptorji za fibronektin, tenascinNekolagenski proteini: osteonetn, kostni sialoprotein, osteokalcin, osteopontinGlikozaminoglikani: hondroitinsulfat, dermatansulfat, hialuronan, heparansulfat


document.doc

Biokemijski procesi v obzobnih tkivihPozobnica ima metabolično obračanje 5x hitrejše od dlesni, 6x hitrejše kot kost in 15x hitrejše kot koža

Razgradnja obzobnih tkivRazgrajujejo 4 vrste proteinaz:

1) matriksne metaloproteinaze (MMP)2) serinske3) cisteinske4) aspartatneZunajcelična razgradnje poteka praviloma pri nevtralnem pH (izjema resorpcija kosti) – takrat najbolj aktivne MMp in serinske proteinazeInhibitorji proteinaz:1) nespecifični – α-makroglobulin2) specifični – TIMPpatološka razgradnja vključuje še: endo- eksopeptidaze, glikozidazenekateri mikrobni encimi stimulirajo MMP in inhibirajo TIMP → razgradnjaMMP zuanjcelično, ostali znotrajcelično v lizosomih

MMPSintetizirajo jih: fibroblasti, keratinociti, monociti, endotelij, levkocitiDelujejo pri nevtralnem pHDelimo jih v 5 skupin:

1) kolagenaze2) želatinaze3) stromelizini4) membransko vezane5) ostale (sem spada tudi enamelizin, ki razgrajuje amelogenine)Imajo ZN v aktivnem delu encima, aktivni del iz točno določenih AK, potrebna prisotnost CaSintezo in izločanje regulirajo: citokini, rastni faktorji, hormoniMMP se izločajo v neaktivni obliki → mora se odcepiti del na N-koncuPri tem deluje plazmin, pri aktivaciji lahko sodelujejo še katepsin B, MMP, cisteinska proteinaza, bakterijski encimiNastanek aktivnih in delno aktivnih MMp vodi do avtolitičnih in heterolitičnih cepitev → dobimo polno aktivne MMPAktivnost MMP uravnavana na treh ravneh:1) sinteza in izločanje – v patoloških pogojih se lahko izloča veliko MMP, ki v zuanjceličnem matriksu lahko nekaj časa neaktiven,

potem enkrat pa se aktivira in uničuje kolagen2) aktivacija MMP – že zgoraj povedano → nevarnost nenadnega propadanja kolagena3) inhibicija inhibitorjev – npr TIMPProblem seveda predstavlja tudi, če se v primerjavi s TIMP sintetizira premalo MMP → hipertrofijaSo zdravila, ki so sposobna uravnavati MMP

Katepsin B in LCistein proteinazeDelovanje v kislem okoljuPrvenstveno znotrajcelično, čeprav jih ob vnetjih zasledimo tudi zunaj, v gingivalni tekočiniIzredno aktivna sta med resorpcijo kosti – proces namreč poteka pri nizkem pHInhibitorji: α2-makroglobulin, cistatini

Katepsin DAspartatna proteinazaDelovanje v kislem okoljuKo vnetje, v gingivalni tekočini

Elastaza in katepsin GSerinski proteinaziInhibitorji: α2-makroglobulin, α1-proteinazni inhibitor

Nelizosomalni encimiTriptaza, dipeptididipeptidaza, kisla in alkalna fosfataza

Razgradnja kolagena in proteoglikanov vezivnega tkivaRazgradnja kolagena je večstopenjski proces.Najprej se razgradi trojna vijačnica (90% vsega), ki jo lahko razgradijo le kolagenazeKončnih področij, ki imajo raznorazne prečne povezave, pa kolagenaza ne more razgraditi, za to se uporabljajo cisteinske in serinske proteinaze.Nevtralni pH: plazmin, elastaza in triptaza aktvirajo kolagenazo, nadaljne razpadanje katalizirajo elastaza, želatinaze in dipeptidilpeptidaze, končana področja cepi elastazaKisli pH: katepsin B aktivira kolagenazo, nadalnje razpadanje katalizirajo katepsin B in dipeptidilpeptidaze, končna področja cepi katepsin B


document.doc

FAGOCITOZA v fibroblastih in makrofagihZelo pomembna pri razgradnji kolagena, ki pa mora biti prej vsaj delno razgrajenStimulator fagocitoze: TNF-βPri bolezenskih stanjih je porušeno razmerje med nastajanjem novih molekul in razpadenjem starihCitokini (IL-1α): inhibitorji fagocitoze in stimulatorji zunajcelične razgradnjePatogeni mikrobi izzovejo vnetne reakcije, če se človek ubrani, lahko ostane le pri gingivitisu. Slabše se branijo kadilci in genetsko challenged → mikrobi pridejo v paradontalna tkiva → pradontitisOb teh procesih se ustvarijo pogoji, ki so bakterijam všeč in vse gre jovo na novo

Patološka razgradnja je lahko encimska in neencimskaSproščanje citokinov in drugih vnetnih mediatorjev vpliva na fibroblasteProteinaze, ROS, RNS

Vnetni mediatorjiBakterijski LPS spodbujajo k tvorbi IL-1, TNF-α in PGE2PGE2 inhibira proliferacijo fibroblastov in s tem sintezo kolagenaIL-2 in TNF-α pa spodbujata izražanje genov za MMPVsi trije inhibirajo osteoblaste in spodbujajo osteoklaste in inhibirajo diferenciacijo pre-osteoblastov in stimulirajo pre-osteoklaste → resorpcija alveolarne kosti, nazadnje še cementaSe pravi, zgodijo se: resorpcija kosti, inhibicija sinteze kolagena, inhibicija diferenciacije celicPosledica je izguba prirastišča zoba

Reaktivne kisikove in dušikove spojineROS: OH• (hidroksilni radikal), O2-• (superoksidni radikal), H2O2 (peroksid), HOCl (hipoklorid)RNS: NO•V glavnem jih tvorijo levkociti med vnetnim odgovorom

NADPH + 2 O2 → NADP + H + 2 O2•, katalizira NADPH-oksidaza

O2• se lahko znebimo z Haber-Weissovo reakcijo, pri kateri rabimo Fe/Cu ione

O2• + H2O2 → OH• + OH + O2

OH• se lahko znebimo s Fentonovo reakcijo, pri kateri rabimo Fe

Fe2+ + H2O2 → OH• + OH + Fe3+

Inducibilna NO• -sintaza katalizira L-arginin + NADPH + O2 → N-hidroksi-L-arginin + NADP + H20 N-hidroksi-L-arginin + 0.5 NADPH + O2 → L-citrulin + NO• + H2O + O.5NADP

NO• lahko ob prisotnosti peroksinitrita tvori z O2• OH•

NO• + O2 → ONOO- + H → OH• + NO2•

HOCL nastane v reakciji, ki jo katalizira mieloperoksidaza

2Cl + H2O2 → 2 HOCl

organizem je razvil antioksidacijske sisteme, ki preprečijo delovanje teh oksidantovreakcije, ki so prisotne: 2 O2• + 2 H → H2O2 + O2, superoksid dismutaza 2H2O2 → 2 H2O +O2, katalaza


Dejavniki tveganja in dejavniki iz okolja

Vnetni odgovor gostitelja

Prekomerna razgradnja obzobnih tkiv

Patogeni mikrobi

Klinični znakibolezni

Genetski dejavniki tveganja

document.doc

2 GSH + H2O2 → GSSG + 2 H20, glutation-peroksidazaTvorijo se neškodljivi ali manj škodljivi produkti.V zunajceličnem prostoru je aktvnost teh encimov majhnaPrisotni so proteini, ki vežejo kovinske ione, npr železoOmenjeni obrambni mehanizmi zadostujejo pri zdravih tkivih, pri vnejih pa se poveča ROS in RNS → porušeno razmerje → poškodbe tkivROS sodeluje pri razgradnji ZM neposredno ali posredno (aktivacija MMP), obenem pa tudi inhibirajo inhibitorje, npr TIMPRazgradni produkti lahko difundirajo v gingivalno tekočinoSpremeni se tudi razmerje med različnimi tipi kolagenaPri parodontitisu so našli manj fibronektina (pomemben adhezin), razgradijo se proteinska jedra proteoglikanovŠe zlasti so občutljive AK: levcin, prolin, tirozinHondroitinsulfat in dermatansulfat se ne dasta motitiSpremenijo se razmerja med proteoglikani

Propad obzobnih tkiv in gingivalna tekočinaGingivalni sulkus je pri zdravi osebi globok 0,5cm, pri patoloških stanjih pa se poglobiPri vnetjih nastaja tudi gingivalna tekočina, ki je pri zdravem človeku ni, se pa razlikuje pri rahlem vnetju in hudem vnetjuPri rahlem vnetju bolj podobna intersticijski tekočini, pri hudem pa krvni plazmi, ker povečano draženje povzroči puščanje kapilar

Sestava gingivalne tekočineGingivalna tekočina vsebuje:

1) celice2) anorganske komponente3) organske komponente4) encime iz plazme in bakterij

CeliceOdluščene epitelijske celice, levkociti in bakterijeŠt. levkocitov odvisno od stopnje vnetja

Anorganske komponentePri malem vnetju kot intersticij, pri velikem kot plazmaHudo vnetje: Na, Ca, fosfat, F kot v plazmi, K je več (iz propadlih celic)Ca je več kot v slini → lahko vodi do oblog

Organske komponenteGlavna komponenta je serumski albumin, najdemo pa še IgA, IgG, IgMSestava OH kot v plazmi, če v krvi sladkor zvišan, je tudi v gingivalni tekočini (diabetiki)Lipidi, ki jih najdemo iz plazme in celicIma tudi mlečno kislino – nj. koncentracija ob vnetjih narasteSečnina – ob vnetjih koncentracija pade, rezultat bakterijskega metabolizma uree je lahko visok pH, ki tak kot v oblogah med obroki

EncimiIz plazme, predvsem pa iz celicPomembni so lizosomalni encimi, ki lahko poškodujejo celiceNajdemo proteaze, kisle fosfataze, lizocim, hialuronidaza, alkalna fosfatazaOd proteolitičnih encimov najdemo endopeptidaze, katepsine, elastazo, kolagenaze – je pa tam tudi α-makroglobulin (preprečuje katastrofo)

Vloga gingivalne tekočineŠčiti zobe in dlesen, ker izpira škodljive molekulePoleg tega ima antimikrobne molekule: laktoferin, lizocim, transferin, mieloperoksidazoŠkodljivi elementi pa so proteolitični encimi in Ca (zaradi potencialne kalcifikacije)Ker odgovor na vnetje, je logično, da najdemo vnetne mediatorje in produkte razgradnje tkiv

Paradontalna regeneracijaGingivitis je reverzibilenParadontitis je irreverzibilenPri paradontitisu holemo najprej zaustaviti razgradnjo tkiva, potem pa nekako vzpostaviti prvotno oblikoDokazi, da v telesu so celice, ki sposobne regenerirati tkivoTreba jih je privabiti na mesto poškodbeDelimo jih na tri skupine:

1) rastni faktorji, citokini, kemokini – uravnavajo migracijo in proliferacijo2) adhezijske molekule – fibronektin in laminin – pritegnejo celice na določena mesta s specifičnimi povezavami3) komponente matriksa – kolageni proteoglikani, hialuronan – strukturen del, pomembne tudi za diferenciacijo


document.doc

NEKATERI VIDIKI MOLEKULARNE BIOLOGIJE V STOMATOLOGIJI

Molekularna biologija proteinov organskega matriksa sklenine

Geni za amelogenineSta dva zapisaNa kromosomu X in Y, na kratkih ročicahNa X se vedno bolj odraža kot na Y, zaradi razlik v promotorskem področju, pri ženskah je en X več ali manj neaktiven7 eksonov z vmesnimi intronikonservativna molekula, saj če vzameš katerikolidve, se bosta ujemali v 80%, pri istem človeku pa lahko celo nad 90%med spoloma ni razlik v količini amelogeninov, lahko so pa razlike v kakovostiv drugih tkivih se ne izražajo zaradi »utiševalnih molekul«amelogeninov je več, odvisno od izrezovanja intronovvsi imajo nekaj skupnih značilnosti:

1) EKSON1 – se ne prepiše v protein, vsebuje pa mesto za vezavo na ribosom. Afiniteta vseh mRNA do ribosomov je enaka2) EKSON 2 – mesto začetka prepisovanja, zraven še signalni peptid, ki potreben za prenos v GER in izvoz iz celice3) EKSON 6 in 7 – ima zapis le za AK C-konca in STOP kodon4) Velikost izrezanih delov je odvicno, kje se bo izrezal 3' konec vsakeka delaAmelogenini pri enem človeku se lahko razlikujejo in verjetn se tudi tako uravnava biomineralizacijaGre za mehanizem uravnavanja na posttranskripcijski ravni

Gen za enamelineJe edenNa dolgi ročici kromosoma 410 eksonovkonzervativen proteinintroni ne prekinjajo tripletov baz, torej izrezovanje introneov ne vpliva na bralni okvirne poteka alternativno izrezovanje intronov

Nepravilnosti v genih za proteine sklenine in amelogenesis imperfectaLahko se deduje avtosomno dominantni, avtosomno recesivno ali spolno – vezano na kromosom XPri prizadetih je sklenina hipoplastična (tanka, a na videz pravilno mineralizirana), nepopolno mineralizirana, sklenina počasi dozoriBolezen prej posledica nepravilnosti v genih za skleninske proteine, ki na avtosomnih proteinih, kot amelogeninskih genihDosedaj dokazali 1 točkovno mutacijo v genu za enamelineMutacije na genih za amelogenine so točkovne, delecije

Molekularna biologija proteinov organskega matriksa dentina

Gen za sialofosfoproteinKoncentracija sialoproteina 10x nižja od fosfoproteinaPosebnost gena je, da ima gor zapis za oba encimaSialoprotein se piše v od 2-4 in začetek 5 eksona, fosfoprotein pa od tu naprej Vseh eksonov je 5Na kromosomu 4Izraža se tkivno specifično – samo v dentinu in baje še v notranjem ušesumRna ima torej zapis za oba proteinasialoproteina zato toliko manj, ker se hitreje razgrajuje

Nepravilnosti v genih za proteine dentina in dentinogenesis imperfectaAvtosomno dominantnoV ZM dentina je malo mineralov in preveč vodeTrije tipi bolezni:

1) tip I: povezan z osteogenesis imperfecta. Gre za nepravilnosti v genu za kolagen I2) tip II in III: za enkrat samo pri kavbojih. Samo dentin prizadet. Verjetno kaj škripa pri genu za sialofosfoproteineno točkovno mutacijo so že našli, ko je namesto tripleta za glutamin stop kodon → dobimo samo sialoprotein, ne pa tudi fosfoproteina

Molekularna biologija obzobnih tkivGre predvsem za preučevanje prekomernega izražanja MMP in premajhnega inhibitorjevPreveliko izločanje kolagenaz gre predvsem na račun prevelike ekspresije gena

Spremembe izražanja genov nekaterih proteinov in dedna hipertrofija dlesniHipertrofijo lahko povzročijo nekatera zdravila, lahko pa tudi dednaAvtosomno dominantnoPosledica je kopičenje nekaterih proteinov ZMPonavadi se preveč prepisuje kolagen I – zaradi TGF-β1 in Hsp47


document.doc

Uporaba tehnik molekularne biologije pri pripravi cepiva proti kariesuKariesa vedno manj, a še zmeraj najpogosejše bakterijsko obolenjeBlazne ideje o cepivu se rajajajo že desetletjaCiljajo na bakterijske adhezine oz. da bi na nek način onemogočili nj, delovanje → ni ni adhezinov, ni ni kariesaGlikoziltransferaze zelo aktualneTudi adhezin AgI/II primerna tarčaGlikoziltransferaz je več vrst, nekatere bakterije imajo samo take, ki delajo netopne glukane, nekatere samo topne, druge imajo obojeNetopni glukani so nevarnejši za karies


BIOKEMIJA USTNE VOTLINE

Documents

Transcript of BIOKEMIJA USTNE VOTLINE