Министерство здравоохранения



Pdf көрінісі
бет1/11
Дата24.07.2018
өлшемі5.09 Kb.
#80252
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ  
И СОЦИАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
  
 
ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  
МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
 
 
 
 
Биохимия полости рта
  
Учебное пособие 
 
 
 
Рекомендовано Учебно-методическим объединением по медицинско-
му и фармацевтическому образованию вузов России в качестве 
учебного пособия для студентов, обучающихся 
по специальности 060105 -Стоматология 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Волгоград 2010 

 
2
УДК 577.1.616.31-08(075.8) 
ББК 28.072я7+56.6
   
УМО – 17-28/486-д 
12.08.08
 
Авторы: 
зав. кафедрой теоретической и клинической биохимии ВолГМУ, 
д.м.н., профессор О. В. Островский; 
д.б.н., профессор В.А. Храмов; 
к.б.н, ассистент кафедры теоретической и клинической биохимии, 
Т. А. Попова 
 
 
 
Рецензенты: 
зав. кафедрой биохимии Саратовского государственного медицинского универси-
тета,  д.м.н., профессор В.Б.Бородулин; 
зав. кафедрой биохимии Кубанской медицинской академии, д.м.н., 
профессор И.МБыков 
 
 
 
Печатается по решению Центрального методического совета ВолГМУ. 
 
Биохимия  полости  рта:  Учебное  пособие/  О.В.  Островский,  В.А.  Хра-
мов, Т.А. Попова; под ред. проф. О. В. Островского. — Волгоград:  Изд-во 
ВолГМУ, 2010. — 184 с. 
В учебно-методическом пособии изложен теоретический материал по биохимии 
соединительной ткани, костной ткани, тканях зуба и ротовой жидкости, описаны био-
химические изменения в полости рта при некоторых патологических состояниях, опи-
саны  лабораторные  работы  по определению  низкомолекулярных  компонентов  в  рото-
вой жидкости, выполняемые студентами на занятиях.  
  Структура  и  форма  изложения  материала  соответствует  учебной  программе  по 
биологической химии. 
 
Учебное пособие предназначено для студентов медицинских вузов, обучающих-
ся по специальности «Стоматология». 
 
    ©Волгоградский государственный  
медицинский университет, 2010 
©Издательство ВолГМУ, 2010
 
 
 

 
3
 
Список сокращений: 
 
α
1
-ПИ - α
1
-ингибитор протеиназ 
α
2
-М - α
2
-макроглобулина  
α
1
-AT - α
1
-антитрипсин 
-ГЛУ - -карбоксиглутаминовая кислота 
 -ИФ -  -интерферон 
Ala – аланин 
COL - ген  коллагена 
ECF - фактор хемотаксиса эозинофилов 
GM-CSF - колониестимулирующий фактор гранулоцитов и макрофагов 
G-CSF - колониестимулирующий фактор гранулоцитов 
Gla – гликозоамин 
Gly – глицин 
HRP - Белки богатые гистидином (гистатины) 
Hyr – гидроксипролин 
Hyl – гидроксилизин 
Ig – иммуноглобулин  
IР3 - 1,4,5-инозитолтрифосфата  
Leu - лейцин 
Lе - локус Lewis  
Met – метионин  
M-CSF - колониестимулирующий фактор макрофагов 
Ме
2+ 
- ионы металлов, с зарядом 2+ 
Mr – молекулярная масса 
NАМ - N-ацетилмурамовая кислота 
NАС - N-ацетилглюкозамин 
NCF - фактор хемотаксиса нейтрофилов. 
Pro – пролин 
PPi - пирофосфат  
РRР - Белки богатые пролином  
RGD  –  аминокислотная  последовательность  аргинин-глицин-аспартат,  с  помощью  ко-
торой белки присоединяются к клеточным рецепторам 
Str - стрептококки 
TNF - фактора некроза опухоли  
TGF, bFGF, TGF, bFGF – ростовые факторы 
VТР - вазоактивный кишечный полипептид 
 
АГ – андрогены  

 
4
АГП - Анионные гликопротеины 
АДФ - аденозиндифосфат 
АМК - аминокислоты 
АСП – аспарагиновая кислота 
АРГ – аргинин 
АТФ – аденозинтрифосфорная кислота 
БАВ - биологически активные вещества 
ВАЛ - валин 
ГАГ – гликозамингликан 
ГАП – гидроксиапатит 
ГК –глюкокортикоиды 
ГЛИ - глицин 
ГЛУ – глутаминовая кислота 
ГК - Гиалуроновая кислота  
ГФЛ - глицерофосфолипиды  
Д – дальтон 
ДЖ - Десневая жидкость 
ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота 
ЖКТ – желудочнокишечный тракт 
ИО - ингибитор остеоиндукции  
ИЛ- – интерлейкин  
ИЛЕ – изолейцин 
ИФ - интерферон 
ИФР - инсулиноподобные факторы роста  
ИЭТ – изоэлектрическая точка 
кДа – килодальтон 
КГП - Катионные гликопротеины 
КТ – кальцитонин  
КСИ - кислотостабильные ингибиторы 
КС – кератансульфаты 
КЛ1 – коллаген I типа  
КП - коэффициент проницаемости  
КСБЭ - кальцийсвющие белки эмали 
КФ – кислая фосфатаза 
КЭФР - костноэкстрагируемые факторы роста 
ЛЕЙ - лейцин 
ЛИЗ – лизин 
МБК - морфогенетические белки кости 
MB - мембранные везикулы  
МГП - Макромолекулярные гликопротеины 
М.м – молекулярная масса 

 
5
МПО - Миелопероксидаза  
мРНК – матричная рибонуклеиновая кислота 
НКБ - неколлагеновые белки  
ОА - оксалоацетата  
ОСН – остеонектин 
ОК – остеокальцин 
ОП - остеопонтин  
П - протеиназа 
ПААГ – полиакриламидный гель 
ПГ - простагландин 
ПНЖК - полиненасыщенные жирные кислоты  
ПТГ – паратгормон 
ПФ – пирофосфатаза  
СЕР – серин  
СЖ - слюнные железы 
СК, SР - секреторный компонент IgAs 
СПО - Слюнная пероксидаза 
СТГ – соматотропный гормон  
Т
1/2
 -  полупериод жизни 
ТХ - тромбоксан  
ФАФС – 3’-фосфоаденозил-5’-фосфосульфат 
ФАП - фторапатит 
ФГП - Фосфосодержащие гликопротеины  
ФРН - Фактор роста нервов 
ФРС - фактор роста скелета 
ФРЭ - фактор роста эпидермиса  
ХС - Хондроитинсульфаты  
цАМФ – циклический аденозинмонофосфат 
цГМФ – циклический гуанозинмонофосфат 
ЦНС – центральная нервная система 
ЦПЭ – цепь переноса электронов 
ЩФ щелочной фосфотазы  
ЭГ – эстрогены 
ЭДТА - этилендиаминтетраацетат 
ЭР – эндоплазматический ретикулум 
 
 

Б и о хи м ия   ко с тн о й  т ка н и.  
 
6
Г
ЛАВА 
1
 
СОСТАВ И СТРОЕНИЕ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ  ТКАНИ. 
Соединительные  ткани  –  широко  распространенные  ткани  мезенхимного  генеза. 
Соединительная ткань выполняет функции структуры, информационного обеспечения, 
механической, имунной и бактериологической защиты. Выделяют волокнистые ткани и 
ткани  со  специальными  свойствами:  эмбриональную,  ретикулярную  и  жировую.  Во-
локнистые ткани разделяют на рыхлую, образующую строму всех органов, и плотную 
оформленную и неоформленную. В полости рта человека представлено несколько раз-
новидностей  соединительной  ткани.  Для  соединительной  ткани  характерно  наличие 
разных видов клеток и значительный процент межклеточного вещества от объема тка-
ни. 
Клетки  соединительных  тканей  –  фибробласты,  макрофаги,  тучные  клетки,  лей-
коциты, плазматические, перициты, адипоциты. 
Клетки  соединительной  ткани  (в  зависимости  от  выполняемой  функции)  можно 
разделить на три основные группы. 
(а) 
Клетки, ответственные за синтез молекул внеклеточного вещества и под-
держание структурной целостности ткани. В соединительных тканях это фибробласты. 
Механоциты  —  общее  наименование  таких  клеток  соединительных  и  скелетных  тка-
ней. К ним относят, помимо фибробластов и фиброцитов, хондробласты и хондроциты, 
остеобласты и остеоциты, одонтобласты, ретикулярные клетки. 
(б) 
Клетки, ответственные за накопление и метаболизм жира, — адипоциты; 
эти клетки образуют жировую ткань. 
(в) 
Клетки  с  защитными  функциями  (в  т.ч.  иммунологическими):  тучные, 
макрофаги и все типы лейкоцитов. 
Основными компонентами межклеточного матрикса являются: 
  различные виды коллагена, придающие тканям прочность; 
  неколлагеновые белки, преимущественно выполняющие функцию адгезии; 
  гликопротеины, протеогликаны и гиалуроновая кислота, связывающие воду и 
придающие тканям упругость.  
1.1 КОЛЛАГЕН

Коллаген,  наиболее  распространённый  белок  млекопитающих,  основной  струк-
турный белок межклеточного матрикса. Он составляет от 25 до 33% общего количества 
белка в организме, т.е. ~6% массы тела, образует основу сухожилий, костей, кожи, зу-
бов и хрящей. Структурной единицей коллагенового волокна является тропоколлагено-
вая  молекула,  состоящая  из  трёх  полипептидных  цепей,  каждая  из  которых  содержит 
около 1000 аминокислотных остатков. В зависимости от функции коллагена его поли-
пептидные цепи либо идентичны, либо имеют довольно близкие последовательности.  
Аминокислотный  состав  коллагена  необычен.  Во-первых,  примерно  одну  треть 
всех остатков составляют остатки глицина, и, во-вторых, имеется большое число остат-
ков пролина. Кроме того, в коллагене встречаются остатки двух аминокислот, обычно 

Б и о хи м ия   ко с тн о й  т ка н и.  
 
7
не обнаруживаемых в белках, - гидроксипролина и гидроксилизина. Боковые цепи этих 
аминокислот  содержат  гидроксильную  (  -ОН)  группу,  присоединённую  к  одному  из 
углеродных  атомов  вместо  атома  водорода.  Гидроксипролирование  осуществляется 
специфическими  ферментами  после включения  пролина  или  лизина  в  полипептидную 
цепь коллагена. 
Аминокислотная последовательность большей части цепи коллагена представлена 
регулярно  повторяющимися  единицами  Gly  –  X  –  Y,  где  Gly  –  глицин,  X    и  Y  могут 
быть  произвольными  аминокислотными  остатками.  Пролин  (Pro)  чаще  встречается  в 
положении X, тогда как гидроксипролин (Hyr) – преимущественно в положении Y. Ти-
пичный фрагмент последовательности коллагена выглядит следующим образом: 
- Gly – Pro – Hyp – Gly – Pro – Met – Gly – Pro – Hyp – Gly – Leu – Ala –     
Такая  регулярная  последовательность  принимает  конформацию,  называемую 
коллагеновой спиралью. В участках из первых 16 остатков у N-конца и из последних 25 
остатков у С-конца полипептидной цепи коллагена подобной регулярности в чередова-
нии аминокислотных остатков не обнаруживается. Эти сегменты, называемые телопеп-
тидами, имеют конформацию, отличную от коллагеновой спирали. 
Одиночная  полипептидная  цепь  коллагена  принимает  форму  спирали,  в  которой 
расстояние между аминокислотными остатками вдоль оси составляет 0,29 нм, а на один 
виток спирали приходится немного менее трёх остатков. Спираль оказывается левой в 
том смысле, что если пальцы левой руки положить так, чтобы они прослеживали путь 
G1  –  X2  –  Y3  –  G4,  то  большой  палец  будет  указывать  направление от  N-  к  С-концу. 
Между атомами основной цепи одиночного полипептида водородных связей не образу-
ется. Тем не менее такая конформация (значительно более вытянутая, чем α-спираль, у 
которой расстояние между остатками составляет 0,15 нм) оказывается предпочтитель-
ной для полипептидной цепи, содержащей массивные пирролидиновые кольца остатков 
пролина и гидроксипролина. 
В тройной коллагеновой спирали три одиночные коллагеновые цепи уложены па-
раллельно и закручены одна вокруг другой, образуя похожую на канат витую структу-
ру.  Такое  закручивание  оказывается  возможным  благодаря  наличию  у  левых  одиноч-
ных коллагеновых спиралей правой сверхспирализации, которую можно наблюдать по 
результирующему смещению А-цепи при переходе от G1 к G4 (G1 и G4 – это глицино-
вые  остатки,  стоящие  соответственно  в  первом  и  четвёртом  положениях).  Одиночная 
цепь  коллагена  содержит  примерно  1000  остатков,  а  длина  молекулы  тропоколлагена 
составляет при этом около 300 нм. 
Глицин – единственный остаток, который может располагаться вблизи оси трой-
ной  спирали,  поскольку  имеющегося  там  свободного  пространства  недостаточно  для 
размещения любой другой, большей по объёму, боковой цепи. На один виток одиноч-
ной  цепи  приходится  примерно  три  остатка,  поэтому  в  каждом  третьем  положении 
аминокислотной  последовательности  должен  стоять глицин.  Боковые  цепи  последова-
тельности Х и Y направлены в сторону от оси тройной спирали и могут быть большими 
по объёму. В тройной спирали существуют водородные связи между аминогруппой (-

Б и о хи м ия   ко с тн о й  т ка н и.  
 
8
N–H)  каждого  внутреннего  глицинового  остатка  и  карбоксильным  остатком  (-С=О) 
другой цепи. 
При  формировании  фибрилл  молекулы  тропоколлагена  располагаются  ступенча-
то, смещаясь относительно друг друга на одну четверть длины, что придает фибриллам 
характерную исчерченность. 
Коллаген - это семейство близкородственных фибриллярных белков.  
Гены коллагенов локализованы в разных хромосомах. Стандартное название гена 
(например, COL1A2) состоит из названия гена COL (oт collagen, коллаген), типа колла-
гена (I, II и т.д.), идентификатора полипептидной цепи (А2, где А, В и т.д. — аббревиа-
тура от alpha, beta и т.д., 1, 2 и т.д. — порядковый номер цепи). 
В разных тканях преобладают разные типы коллагена (табл. 1.1), что определяет-
ся  той  ролью,  которую  коллаген  играет  в  конкретном  органе  или  ткани.  Например,  в 
сухожилиях коллаген образует плотные параллельные волокна, которые дают возмож-
ность этим структурам выдерживать большие механические нагрузки, а в заживающей 
ране они агрегированы весьма хаотично.  
Таблица 1.1 
Типы коллагенов 
Типы 
Гены 
Ткани и органы 

 
II 
 
III 
 
IV 

 
 
VI 
 
VII 
VIII 
 

 

XI 
 
XII 
 
XIII 
XIV 
 
XV 
XVI 
XVII 
XVIII 
XIX 
СОL1А1, COL1A2 
 
COL2A1 
  
COL3A1 
 
COL4A1-COL4A6  
COL5A1-COL5A3 
 
 
COL6A1-COL6A3 
 
COL7A1 
COL8A1-COL8A2 
 
COL9A1-COL9A3 
 
COL10A1  
COL11A1-COL11A2 
 
COL12A1 
 
COL13A1  
COL14A1  
 
СОL15А1  
СОL16А1  
COL17A1  
COL18A1  
COL19A1 
Кожа, сухожилия, кости, роговица, плацента, артерии, пе-
чень, дентин 
Хрящи, межпозвоночные диски, стекловидное тело, рого-
вица 
Артерии, матка, кожа плода, строма паренхиматозных ор-
ганов 
Базальные мембраны 
Минорный компонент тканей, содержащих коллаген I и II 
типов (кожа, роговица, кости, хрящи, межпозвоночные дис-
ки, плацента) 
Хрящи, кровеносные сосуды, связки, кожа, матка, лёгкие, 
почки 
Амнион, кожа, пищевод, роговица, хорион 
Роговица, кровеносные сосуды, культуральная среда эндо-
телия 
Ткани, содержащие коллаген II типа (хрящи, межпозвоноч-
ные диски, стекловидное тело) 
Хрящи (гипертрофированные) 
Ткани, содержащие коллаген II типа (хрящи, межпозвоноч-
ные диски, стекловидное тело) 
Ткани, содержащие коллаген I типа (кожа, кости, сухожи-
лия, др.) 
Многие ткани 
Ткани, содержащие коллаген I типа (кожа, кости, сухожи-
лия, др.) 
Многие ткани 
Многие ткани 
Гемидесмосомы кожи 
Многие ткани, например печень, почки 
Клетки рабдомиосаркомы 
 
   

Б и о хи м ия   ко с тн о й  т ка н и.  
 
9
Этапы синтеза и созревания  коллагена
  Синтез  и  созревание  коллагена  -  сложный  многоэтапный  процесс,  начинаю-
щийся  в  клетке,  а  завершающийся  в  межклеточном  матриксе.  Синтез  и  созревание 
коллагена включают в себя целый ряд посттрансляционных изменений: 
  синтез полипептидных цепей 
  гидроксилирование  пролина  и  лизина  с образованием  гидроксипролина  (Hyp) 
и гидроксилизина (Hyl); 
  гликозилирование гидроксилизина; 
  частичный  протеолиз  -  отщепление  «сигнального»  пептида,  а  также  N-  и  С-
концевых пропептидов; 
  образование тройной спирали. 
 
Рис1.1 Синтез и созревание коллагена. 
 
Синтез полипептидных цепей коллагена. 
Полипептидные  цепи  коллагена  синтезируются  на  рибосомах,  связанных  с  мем-
бранами эндоплазматического ретикулума (ЭР), в виде более длинных, чем зрелые це-
пи, предшественников - препро--цепей, У этих предшественников имеется гидрофоб-
ный «сигнальный» пептид на N-конце, содержащий около 100 аминокислот. 
Основная  функция  сигнального  пептида  -  поступление  пептидных  цепей  в  по-
лость ЭР, После выполнения этой функции сигнальный пептид сразу же отщепляется. 
Синтезированная молекула проколлагена содержит дополнительные  участки - N- и С-

Б и о хи м ия   ко с тн о й  т ка н и.  
 
10
концевые  пропептиды,  имеющие около  100  и 250  аминокислот,  соответственно.  В  со-
став  пропептидов  входят остатки  цистеина,  которые образуют  внутри-  и  межцепочеч-
ные (только в С-пептидах) S-S-связи.  
Концевые пропептиды не образуют тройную спираль, а формируют глобулярные 
домены.  Отсутствие  N-  и  С-концевых  пептидов  в  структуре  проколлагена  нарушает 
правильное формирование тройной спирали. 
Посттрансляционные  модификации  коллагена.  Гидроксилирование  пролина  и ли-
зина. Роль витамина С. 
Гидроксилирование  пролина  и  лизина  начинается  в  период  трансляции  коллаге-
новой мРНК на рибосомах и продолжается на растущей полипептидной цепи вплоть до 
её отделения от рибосом. После образования тройной спирали дальнейшее гидроксили-
рование пролиловых и лизиловых остатков прекращается. Реакции гидроксилирования 
катализируют  оксигеназы,  связанные  с  мембранами  микросом.  Пролиловые  и  лизило-
вые остатки в Y-положении пептида   (-Гли-х-у-)
п
 подвергаются действию, соответст-
венно, пролил-4-гидроксилазы и лизил-5-гидроксилазы. Пролил-3-гидроксилаза дейст-
вует  на  некоторые  остатки  пролина  в  Х-положениях.  Необходимыми  компонентами 
этой реакции являются -кетоглутарат, О
2
 и витамин С (аскорбиновая кислота). Доно-
ром  атома  кислорода,  который  присоединяется  к  С-4  пролина,  является  молекула  О
2

второй атом О
2
 включается в сукцинат, который образуется при декарбоксилировании 
-кетоглутарата, а из карбоксильной группы -кетоглутарата образуется СО
2 .
 
Гидроксилазы  пролина  и  лизина  содержат  в  активном  центре  атом  железа  Fe
2+

Для  сохранения  атома  железа  в  ферроформе  необходим  восстанавливающий  агент. 
Роль  этого  агента  выполняет  кофермент гидроксилаз  -  аскорбиновая  кислота,  которая 
легко окисляется в дегидроаскорбиновую кислоту. Обратное превращение происходит 
в ферментативном процессе за счёт восстановленного глутатиона.  
Гидроксилирование пролина необходимо для стабилизации тройной спирали кол-
лагена, ОН-группы гидроксипролина (Hyp)  участвуют в образовании водородных свя-
зей.  А  гидроксилирование  лизина  очень  важно  для  последующего  образования  кова-
лентных связей между молекулами коллагена при сборке коллагеновых фибрилл. При 
цинге - заболевании, вызванном недостатком витамина С, нарушается гидроксилирова-
ние  остатков  пролина  и  лизина.  В  результате  этого образуются  менее  прочные  и  ста-
бильные коллагеновые волокна, что приводит к большой хрупкости и ломкости крове-
носных  сосудов  с  развитием  цинги.  Клиническая  картина  цинги  характеризуется  воз-
никновением множественных точечных кровоизлияний под кожу и слизистые оболоч-
ки, кровоточивостью дёсен, выпадением зубов, анемией. 
После  завершения  гидроксилирования  при  участии  специфических  гликозил-
трансфераз в состав молекулы проколлагена вводятся углеводные группы. Чаще всего 
этими углеводами служат галактоза или дисахарид галактозилглюкоза. 
Они образуют ковалентную О-гликозидную связь с 5-ОН-группой гидроксилизи-
на.  Гликозилирование  гидроксилизина  происходит  в  коллагене,  ещё  не  претерпевшем 

Б и о хи м ия   ко с тн о й  т ка н и.  
 
11
спирализации,  и  завершается  после  образования  тройной  спирали.  Число  углеводных 
единиц в молекуле коллагена зависит от вида ткани. Так, например, в коллагене сухо-
жилий (тип I) это число равно 6, а в коллагене капсулы хрусталика (тип IV) -110. Роль 
этих углеводных групп неясна; известно только, что при наследственном заболевании, 
причиной  которого  является  дефицит  лизилгидроксилазы  (синдром  Элерса-Данло-
Русакова, тип VI), содержание гидроксилизина и углеводов в образующемся коллагене 
снижено;  возможно,  это  является  причиной  ухудшения  механических  свойств  кожи  и 
связок у людей с этим заболеванием. 
  Образование проколлагена и его секреция в межклеточное пространство 
После  гидроксилирования  и  гликозилирования  каждая  про--цепь  соединяется 
водородными  связями  с  двумя  другими  про--цепями, образуя  тройную  спираль  про-
коллагена. Эти процессы происходят ещё в просвете ЭР и начинаются после образова-
ния  межцепочечных  дисульфидных  мостиков  в  области  С-концевых  пропептидов.  Из 
ЭР молекулы проколлагена перемещаются в аппарат Гольджи, включаются в секретор-
ные пузырьки и секретируются в межклеточное пространство. 
  Образование тропоколлагена.  
В  межклеточном  матриксе  концевые  пропептиды  коллагенов I, II и  III  типов от-
щепляются  специфическими  проколлагенпептидазами,  в  результате  чего  образуются 
молекулы  тропоколлагена,  которые  и  являются  структурной  единицей  коллагеновых 
фибрилл. При снижении активности этих ферментов (синдром Элерса-Данло - Русако-
ва, тип VII) концевые пропептиды проколлагена не отщепляются, вследствие чего на-
рушается  образование  тропоколлагена  и  далее  нарушается  образование  нормальных 
коллагеновых фибрилл.  
У коллагенов некоторых типов (IV, VIII, X) концевые пропептиды не отщепляют-
ся.  Это  связано  с  тем,  что  такие  коллагены  образуют  не  фибриллы,  а  сетеподобные 
структуры, в формировании которых важную роль играют концевые N- и С-пептиды. 
 



Достарыңызбен бөлісу:
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11




©stom.tilimen.org 2022
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет