1、第二章 口腔生物化学,提要：本章主要介绍牙及周围组织的化学组成、唾液及龈沟液的生化特点、牙菌斑的生物化学、牙体硬组织的生物矿化。要求掌握釉质无机成分、牙本质有机成分、牙周组织胶原的组成和特点；唾液、龈沟液的主要成分；牙菌斑内糖代谢的主要产物及生物学作用，牙菌斑-牙面的矿物质转换的作用；生物矿化、仿生矿化、再矿化的基本概念。熟悉唾液、龈沟液的生理功能；牙菌斑内糖代谢的主要途径；釉质与牙本质生物矿化的基本过程。了解牙菌斑内氮源化合物代谢过程，唾液-牙菌斑的矿物质转换的方式；生物矿化的一般过程和调控机制。,第二章 口腔生物化学,牙齿的美观重要吗？,造成牙齿不美观的原因有哪些？,Anomalies o
2、f Number,Anomalies of Size,Anomalies of Shape,Anomalies of Structure,Anomalies of Color,Caries or Periodontal Diseases,Dentinogenesis imperfect,第一节 牙及周围组织的化学组成,牙体组织,牙周组织,釉质 牙本质Dentin牙骨质 牙髓,牙周膜 牙槽骨 牙龈,解剖,牙釉质,一、牙釉质 (enamel ),无机成分 有机成分 蛋白质其它成分 包括脂类、枸橼酸盐、乳酸盐、 糖类、水 牙釉质表层的化学组成特点萌出前期 组织液萌出后期 唾液、龈沟液,浓度梯度,无机
3、成分,成分,钙磷,碳酸盐,钠,镁,氯,含量(%),环境影响,存在形式,33.6-39.4,1.95-3.66 交界,0.25-0.9 内层,0.25-0.56 同上,0.19-0.35,无,无,无,-,-,羟基磷灰石,二氧化碳,-,-,-,氟,其他,0.05-0.5,-,-,-,与水结合,-,分布,(表面,釉牙本质界),16.1-18.0,磷,羟基磷灰石,影响氟浓度的因素,釉质蛋白 组织液 外环境 生理性磨损,Dental fluorosis,釉质蛋白(enamel proteins)分类,釉原蛋白（amelogenins) 非釉原蛋白（non-amelogenins) 釉丛蛋白（tuftli
4、n)成釉蛋白（ameloblastin)釉蛋白（enamelin) 蛋白酶类 如基质金属蛋白酶（MMP20）、丝氨酸蛋白酶、碱性磷酸酶等 其他蛋白 如血清蛋白等,启动矿化 牙本质涎磷蛋白、釉丛蛋白 结合矿化离子 釉原蛋白、釉蛋白 控制晶体生长速度 釉原蛋白、釉蛋白、成釉蛋白 决定釉柱结构 成釉蛋白 转导细胞信号 釉丛蛋白 控制分泌 有机基质的降解产物 保护矿化相 釉原蛋白、釉蛋白,釉质蛋白与釉质发育各阶段,釉质晶体的物理特征,釉质晶体的化学特征,硬度 ：老年恒牙硬度年轻恒牙成熟乳牙不成熟乳牙 密度: 表面密度高, 近釉牙本质界处最低. 未萌牙低于已萌芽 晶体基本构型: 偏平六角形,吸收性 离子
5、交换 Ca2+ -Na+, Si 2+ OH-CI-,羟基磷灰石 Ca10(PO4)6（OH）2,二、牙本质和牙骨质,无机成分碳、磷酸矿物盐、钠、镁、氯有机成分,胶原,非胶原蛋白,脂类 枸橼酸盐,胶原,牙本质 90%为胶原组成：I、V作用：形成胞外基质骨架合成细胞：成牙本质细胞特点：吸引力 硫酸粘多糖稳定性 高度交链结构 牙骨质主要为I型 有大量交叉链,牙本质非胶原蛋白,成牙本质细胞源性 牙本质涎蛋白Dentin Sialoprotein (DSP) 牙本质磷蛋白Dentin Phosphoprotein (DPP) 牙本质基质蛋白1Dentin Matrix Protein 1 (DMP-1
6、) 骨涎蛋白 骨钙蛋白Osteocalcin (OC) 糖胺多糖、骨桥素 非成牙本质细胞源性 血清来源蛋白 糖蛋白、白蛋白、IgG,牙本质,矿化组织,牙本质亲和蛋白,牙骨质非胶原蛋白,纤维连接蛋白（FN） 骨桥素（OPN） 玻璃体结合蛋白（vitronectin, VN） 骨连接蛋白（ ON ） 韧粘素（tenascin） 骨钙素（OC） 骨涎蛋白II （BSPII） 生长因子,脂类 枸橼酸盐,三、牙周组织,胶原蛋白多糖,胶原分布 牙龈 I、III、IV、V牙周膜 I、III、V牙槽骨 I牙骨质 I、III,牙周病变过程中的改变,胶原含量减少：,胶原类型改变：,V 型 （2%-8% ）,出现
7、I 型胶原三聚体,III 型 小于5%,破坏增加 产生抑制,参与胶原破坏的因素：,胶原酶：细菌来源，宿主来源 巯基复合物：H2S，甲基硫醇 内毒素,牙龈蛋白多糖 透明质酸、硫酸肝素、硫酸皮肤素、 4-硫酸软骨素牙周膜蛋白多糖 透明质酸、硫酸肝素、硫酸皮肤素、硫酸软骨素作用：水的再吸收与胶原纤维发生作用牙槽骨、牙骨质蛋白多糖 透明质酸、硫酸角质素、硫酸皮肤素、 4-硫酸软骨素、6-硫酸软骨素 牙周病变蛋白多糖：通过核心蛋白水解(蛋白酶往往来自于中性粒细胞）降解,牙周组织与糖胺聚糖成分,组织,牙龈上皮,透明质酸,硫酸 皮肤素,硫酸 软骨素,硫酸肝素,硫酸 角质素,牙龈结缔组织,牙周膜,牙骨质,牙槽
8、骨,+,+,+,+,+,+,？,+,+,-,+,？,+,+,+,+,+,+,+,+,-,？,-,-,+,四、口腔黏膜组织,口腔黏膜组织中的蛋白质,上皮纤维蛋白 主要是角蛋白非纤维蛋白,蛋白水解酶类,口腔粘膜组织,基底膜带胶原性蛋白质 IV型 非胶原性糖蛋白,层粘连蛋白 蛋白多糖 纤维连接蛋白 大疱性类天疱疮（BP）抗原 获得性大疱性表皮松解症（EBA）抗原,口腔粘膜组织,结缔组织胶原纤维弹力纤维结缔组织基质,第二节 唾液及龈沟液的生物化学,唾液与口腔环境 唾液成分 涎腺及唾液的功能 唾液分泌的测定方法,唾液的生物化学,龈沟液的生物化学,龈沟液的组成 龈沟液的生理功能及临床意义,第二节 唾液及龈
9、沟液的生物化学,一、唾液的生物化学,第二节 唾液及龈沟液的生物化学,唾液与口腔环境,唾液是由三对大涎腺及小涎腺的分泌物组成的混合液体口腔是一天然开放系统，唾液与微生物相互作用： 唾液为微生物提供所需新鲜底物 唾液可去除微生物产生的代谢产物,第二节 唾液及龈沟液的生物化学,唾液成分,无机成分 钠、钾、氯：唾液中主要的阳离子和阴离子 钙和磷：促进牙齿再矿化，维持牙组织的完整性 氟：可形成氟磷灰石，提高牙的抗龋力 硫氰酸盐：对口腔一些微生物起抑制作用 重碳酸盐：口腔环境最重要的缓冲系统 氢离子及气体：调节唾液pH 硝酸盐和亚硝酸盐：抑制细菌和真菌，调节口腔微生态 微量元素：如铜、锰、镍、钛、钼等,有
10、机成分唾液蛋白质根据氨基乙糖含量可分为 黏多糖(mucins)：氨基乙糖小于4% 糖蛋白：氨基乙糖大于4%涎腺不同类型的腺细胞分泌蛋白不同 浆液性腺泡分泌蛋白主要包括富脯氨酸蛋白、糖蛋白等 黏液性腺泡分泌黏蛋白 导管上皮及基底细胞分泌乳铁蛋白、溶菌酶、SIgA等,唾液蛋白按作用分类,润滑作用唾液黏蛋白： 由下颌下腺、舌下腺及小涎腺分泌 按分子量高低分为MG（1000KD）和MG型 具有润滑作用的主要是疏水性的MG富脯蛋白： 主要由腮腺分泌，是人类唾液中最大的一族蛋白 根据共性区可分为酸性、碱性和糖激化型三类 具有润滑特性的主要是糖性富脯蛋白,维持黏膜的完整，修复口腔软组织直接与外源性或内源性有
11、害物质反应 蛋白酶、菌蛋白、富半胱蛋白、生长因子等修复软组织 表皮生长因子、神经生长因子等,第二节 唾液及龈沟液的生物化学,调节口腔菌群平衡：抑制微生物生长： 促进微生物定植： 溶菌酶 唾液粘蛋白MG型 唾液过氧化物酶 免疫球蛋白：SIgA 乳铁蛋白 富组蛋白,第二节 唾液及龈沟液的生物化学,参与获得性膜，维持牙齿再矿化或牙结石的形成富组蛋白：抑制磷酸钙结晶形成，缓冲作用， 富酪蛋白：能促进放线菌在牙面的黏附，抑制磷酸钙沉积 富半胱蛋白：抑制蛋白分解，抑制磷酸钙结晶形成 唾液淀粉酶：促进牙菌斑形成 酸性富脯蛋白：协助细菌定植，促进牙体硬组织再矿化,唾液腺及唾液的功能,唾液的分泌功能 唾液消化及
12、营养功能 唾液的保护功能 唾液的诊断作用,第二节 唾液及龈沟液的生物化学,唾液腺的分泌功能外分泌功能 人体每天唾液总分泌量约为540640 ml， 分泌量最大的是下颌下腺，占总唾液分泌量的60%左右 人体唾液分泌分静态分泌和刺激分泌内分泌功能 唾液腺合成并分泌入血的肽类物质达30种以上 常见有腮腺激素 (parotin)、表皮生长因子、神经生长因子等,消化及营养功能协助咀嚼和吞咽 维持味觉功能 直接参与消化作用 提供各种营养来维持口腔软硬组织的代谢平衡,第二节 唾液及龈沟液的生物化学,唾液的保护功能 润滑作用 维持黏膜的完整 软组织修复作用 清除作用 调节口腔菌群平衡 维护口腔缓冲能力 维持牙
13、齿矿化,第二节 唾液及龈沟液的生物化学,唾液的诊断作用诊断口腔疾病：慢性复发性腮腺炎、龋病、牙周病等 诊断全身性疾病：舍格伦综合征、糖尿病、乙型肝炎、甲型肝炎、艾滋病 药物监测：酒精、咖啡因、苯丙胺类药物 测定激素水平：睾酮、雄烷二酮、雌激素和孕激素等 检测体内的环境毒物：汞、铅、铬等,唾液分泌的测定方法,静态唾液总流率 反映唾液腺在无刺激状态下的基础分泌 常用的测定方法：吸取法、吐取法、吸引法、 棉垫法动态唾液总流率 唾液腺在刺激状态下的分泌 常用的测定方法：酸刺激法、咀嚼刺激法、方糖法,静态唾液流率及咀嚼白蜡动态唾液流率的测定,静态唾液流率测定：10分钟口腔内总唾液动态唾液流率测定：咀嚼白
14、蜡6分钟口腔内总唾液,第二节 唾液及龈沟液的生物化学,二、龈沟液的生物化学,第二章 口腔生物化学,龈沟液的组成,细胞成分：包括细菌、脱落上皮细胞、炎症细胞等 无机成分：主要是Na+和K+ 有机成分：主要有免疫蛋白，血浆蛋白等 龈沟液中的酶类及其他成分,第二节 唾液及龈沟液的生物化学,纸尖或滤纸条收集龈沟液,毛细管收集龈沟液,龈沟液的收集及分析,第二节 唾液及龈沟液的生物化学,龈沟液中的酶类及其他成分胶原酶：随炎症程度加剧而明显增加 组织蛋白酶：随炎症程度加重而增加 碱性磷酸酶：活性与病变活动度显著相关 -葡萄糖苷酸酶和芳基硫酸酯酶：与牙周炎炎症程度相关 天门冬氨酸氨基转移酶：可能与牙周病活动性
15、相关 介导因子：主要有白三烯类物质和前列腺素 内毒素：与牙龈炎症程度及牙周炎有高度相关性,龈沟液的生理功能及临床意义,龈沟液的抗菌防御作用 缓冲作用以清除微生物代谢产物 活性白细胞、溶菌酶、乳铁蛋白等吞噬抑制或杀灭细菌 抗体补体系统发挥抗菌作用龈沟液成分变化作为牙周病变的评判指数 牙周炎活性相关指标：碱性磷酸酶、-葡萄糖苷酸酶、天门冬氨酸基转移酶、前列腺素(PGE2)等,第三节 牙菌斑的生物化学,第二章 口腔生物化学,人牙面上的牙菌斑（肉眼）,第三节 牙菌斑的生物化学,牙菌斑的基本结构（LM）,第三节 牙菌斑的生物化学,变链菌（红色）生物膜 及细胞外多糖（绿色）（CLSM),24h,48h,7
16、2h,第三节 牙菌斑的生物化学, 牙菌斑（dental plaque）,概念,存在于牙面或牙周袋内的细菌生态环境，细菌在其中生长、发育和衰亡，并进行复杂的物质代谢活动，在一定条件下，细菌及其产物将会对牙齿和牙周组织产生破坏。,第三节 牙菌斑的生物化学, 生物膜（biofilm）,任何表面上细菌的生存实体。牙菌斑即是牙面上的生物膜，它能够容纳多种多样菌丛生存，其成层的结构和穿通其间的水道和气道，使它能包涵对氧不同敏感的需氧菌、兼性厌氧菌和绝对厌氧菌，这些细菌嵌入在由多糖、蛋白质和矿物质组成的基质中，构成了复杂的生态系，细菌在其中的代谢活动，影响着细菌与宿主之间或细菌菌属之间的动态平衡。,概念,第
17、三节 牙菌斑的生物化学,一、牙菌斑内主要物质代谢,（一）糖代谢,（二）氮源化合物代谢（了解）,二、牙菌斑内的矿物质转换,（一）菌斑-唾液间的矿物质转换（了解）,（二）菌斑-牙面间的矿物质转换,主要内容,第三节 牙菌斑的生物化学,一、牙菌斑内主要物质代谢,细菌是牙菌斑内物质代谢活动的主体，包括分解代谢和合成代谢。分解代谢为细菌提供生命活动所需的能量和生物合成所需的前体，合成代谢是分解代谢的基础。菌斑内的优势微生物与代谢底物有关，代谢底物来源于食物、唾液和龈沟液，主要成分有碳水化合物、蛋白质、氨基酸等。菌斑细菌可分成两组，即利用含氮物质产生碱性物质使pH升高的细菌和酵解碳水化合物产酸降低pH的细菌
18、。,第三节 牙菌斑的生物化学,一、牙菌斑内主要物质代谢,分解代谢,合成代谢,（一）糖代谢,1 细胞内途径2 细胞外途径,1 丙酮酸的生成途径,2 分解代谢及产物,第三节 牙菌斑的生物化学,参与牙菌斑糖代谢的酶,第三节 牙菌斑的生物化学,进入牙菌斑的糖经细菌的转运系统转运到细胞内，经过复杂的代谢，变成能被细菌糖分解途径降解的形式。细菌的糖代谢中，丙酮酸是一关键性的中间产物，几乎所有的六碳、五碳和四碳都是先转变为丙酮酸，然后由丙酮酸进一步降解或合成其他物质。,糖的分解代谢,第三节 牙菌斑的生物化学,EMP途径（糖酵解途径/己糖二磷酸途径） HMP途径（磷酸戊糖途径） ED途径（恩特纳-道德洛夫途径
19、） PK（磷酸乙酮酶途径）（了解）,丙酮酸生成途径,葡萄糖是作为细菌碳源的主要糖类，可以四种不同的途径转化为丙酮酸：,糖的分解代谢,第三节 牙菌斑的生物化学,葡萄糖分解的EMP途径,1. 葡萄糖激酶2. 磷酸葡萄糖异构酶3. 磷酸果糖激酶4. 果糖二磷酸醛缩酶5. 磷酸丙糖异构酶6. 3-磷酸甘油醛脱氢酶7. 3-磷酸甘油酸激酶8. 磷酸甘油酸变位酶9. 烯醇酶 10. 丙酮酸激酶,第三节 牙菌斑的生物化学,1. 葡萄糖激酶 2. 磷酸葡萄糖异构酶 4. 果糖二磷酸醛缩酶 11. 6-磷酸葡萄糖脱氢酶 12. 6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶 13. 核酮糖磷酸异构酶 14. 核糖磷酸异构酶 15. 转
20、酮醇酶 16. 转醛醇酶 17. 果糖二磷酸酶,葡萄糖分解的HMP途径,第三节 牙菌斑的生物化学,1. 葡萄糖激酶 11. 6-磷酸葡萄糖脱氢酶 13. 核酮糖磷酸异构酶 15. 转酮醇酶 16. 转醛醇酶 18. 磷酸葡萄糖水解酶 19. 2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖醛缩酶,葡萄糖分解的ED途径,第三节 牙菌斑的生物化学,细菌分解葡萄糖EMP、HMP和ED三条途径间的联系,第三节 牙菌斑的生物化学,ED途径可直接形成丙酮酸，使它可能独立于其他两个途径。,EMP途径可供给更多ATP，但其不能提供生物合成嘌呤、嘧啶等所需的重要前体5-磷酸核糖和4-磷酸赤藓糖。,HMP途径能产生生物合成嘌呤、
21、嘧啶所必需的前体，但它产生的ATP只有EMP途径的一半。此途径不能直接产生丙酮酸，需要EMP途径的酶才能由3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖形成丙酮酸。,分解代谢及产物,第三节 牙菌斑的生物化学,丙酮酸是以上四种代谢途径共同的关键中间产物。丙酮酸以后的代谢在不同的细菌中不完全相同，同时环境中的氧、二氧化碳含量，糖的种类和量对其代谢 也有影响。丙酮酸经不同的代谢途径可产生不同的产物。,分解代谢及产物,第三节 牙菌斑的生物化学,糖通过丙酮酸发酵的终末产物,第三节 牙菌斑的生物化学,分解代谢的影响因素,不同代谢环境（氧状态）的影响不同代谢底物（糖种类及量）的影响不同代谢细菌（链球菌）的影响,第三节 牙菌斑
22、的生物化学,葡萄糖代谢的三种途径中，有许多酶和中间产物是共同的。但有些酶是个别途径所特有的，这些酶称为关键酶。磷酸果糖激酶(EMP)、6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶(HMP)、2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸醛缩酶(ED),关键酶,第三节 牙菌斑的生物化学,不同细菌对代谢途径的选择不同代谢途径的产物差异不同代谢途径的关键酶,对代谢途径的认识,第三节 牙菌斑的生物化学,糖的合成代谢,soluble ECP： -1,6 糖苷键/葡聚糖（右旋糖苷）-2,6 糖苷键/果聚糖（左旋糖苷） insoluble ECP：-1,3 糖苷键/葡聚糖（glucan）变聚糖（mutan）,细胞内途径,糖原、支链淀粉,细胞
23、外途径,细胞内多糖,细胞外多糖,第三节 牙菌斑的生物化学,细胞外多糖的合成途径,第三节 牙菌斑的生物化学,对蔗糖有高度特异性。 有广泛的pH适应度(pH5.27.0)。 酶是细菌自发合成的，系固有酶。,GTF和FTF存在于菌细胞外。其特性有：,关于GTF和FTF,第三节 牙菌斑的生物化学,葡聚糖有水溶性和水不溶两种。水溶性葡聚糖又称右旋糖酐(dextran)，以-1,6-糖苷键为主，占分子中总糖苷键的65%96%。分子的分支程度低，呈线型分子结构。水不溶性葡聚糖又称变聚糖(mutan)，-1,3-糖苷键相对多些，可达35%75%，分支程度高，呈高度交链结构。,关于葡聚糖,第三节 牙菌斑的生物化
24、学,1.种类 葡聚糖、果聚糖、杂聚糖、糖原、支链淀粉2.作用菌细胞壁成分或位于胞内。菌斑基质的主要成分，构成菌斑的基本骨架。细菌代谢所需能源。促进细菌对牙面的粘附和细菌间的聚集。,细胞内外多糖的种类和作用,第三节 牙菌斑的生物化学,以蔗糖为例总结菌斑内的糖代谢过程,第三节 牙菌斑的生物化学,当牙菌斑处于饥饿状态时，菌斑内尿素酶能够将唾液中尿素分解为氨，二氧化碳，使牙菌斑pH上升。同时，菌斑中细菌可以有多种途径合成氨基酸; 氨基酸可通过脱氨基转氨基脱羧基作用，完成氨基酸的分解。,（二）氮源化合物代谢（自学）,第三节 牙菌斑的生物化学,二、牙菌斑内的矿物质转换,（一）菌斑-唾液的矿物质转换,（二）
25、菌斑-牙面的矿物质转换,牙菌斑,第三节 牙菌斑的生物化学,（一）菌斑-唾液的矿物质转换,唾液是菌斑矿物质的主要来源，钙、磷和氟是唾液中主要的矿物离子。唾液和菌斑中离子形式的钙、磷和氟等可以相互转换，主要以离子扩散的方式进行，方向决于浓度梯度，最终在唾液菌斑间达到动态平衡。,第三节 牙菌斑的生物化学,牙菌斑的pH是决定钙、磷酸盐溶解或沉淀的关键因素。酸性环境中，磷酸盐会变为易溶解的相，钙释放到菌斑基质中。当菌斑pH下降到临界时(pH5.5)，羟磷灰石转化为钙/磷比值低的盐：,（二）菌斑-牙面的矿物质转换,Ca10(PO4)3(OH)2+8H+6CaHPO4+2H2O+4Ca2+,磷酸氢钙,羟磷灰
26、石,第三节 牙菌斑的生物化学,酸性条件下，CaHPO4进一步分解：CaHPO4+H+Ca2+H2P4O-,牙菌斑pH上升，转变成钙/磷比值高的盐： 10CaHPO4+8OH-Ca10(PO4)3(OH)2+4HPO42-+6H2O,羟磷灰石,磷酸氢钙,磷酸氢钙,第三节 牙菌斑的生物化学,糖的种类与牙菌斑pH,第三节 牙菌斑的生物化学,Stephan曲线与牙菌斑pH,第三节 牙菌斑的生物化学,再矿化,氟磷灰石,釉质羟磷灰石晶体,晶体局部溶解,晶 核,酸,钙 +磷+ 氟,菌斑-牙面的矿物质转换的影响因素,第三节 牙菌斑的生物化学,1. 牙菌斑多糖在龋病发生中的作用如何?举 例说明。2. 以蔗糖为例
27、说明菌斑内的糖代谢过程。3. 简述菌斑-牙面矿物质转换与pH的关系。,总 结,请围绕下列思考题进行课后复习：,第二章 口腔生物化学,课外阅读：,J. CARLSSON. BACTERIAL METABOLISM IN DENTAL BIOFILMS. Adv Dent Res,1997ll(l):75-80 2. R.A. Burne. Oral Streptococci Products of TheirEnvironment. J Dent Res,1998 77(3): 445-4523. A.F. Paes Leme, H. Koo, C.M. Bellato, etal.The Role of Sucrose in Cariogenic Dental Biofilm FormationNewInsight. J Dent Res. 2006 ,85(10): 878887.,第二章 口腔生物化学,
