Лекция 2 МИНЕРАЛИЗОВАННАЯ СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ ТКАНЬ
К минерализованным тканям относятся – кость, дентин, цемент, эмаль. Все ткани, кроме эмали, состоят из клеток, погруженных в твердый межклеточный матрикс. Основное отличие этих тканей – разная степень минерализации т.е. отношение минерального компонента к органическому. Этот показатель возрастает в следующей последовательности: кость < цемент < дентин < эмаль. Минеральный компонент Са10(РО4)6(ОН)2 (ГАП) составляет 65% в костной ткани. В состав матрикса входят органические соединения: ■ коллаген I типа; ■ гликозамингликаны; ■ разнообразные гликопротеины. Новообразование кости или моделирование идет вэмбриональный период, когда хрящевая ткань постепенно замещается более твердой костной тканью.После рождения происходит ремоделирование кости, то есть перестройка и рост уже имеющейся структуры кости. Ремоделирование включает резорбцию(разрушение костной ткани) и костеобразование – обновление; ■ реорганизация органической матрицы; ■ ее минерализация. Эти процессы ускоряются при: физической нагрузке (изменении веса, смещении зубов под воздействием брекетов), локальных воспалительных процессах (ревматоидном артрите или пародонтите), гормональных изменениях (дефиците эстрогенов или гиперпаратиреозе).
ОСНОВНЫЕ КЛЕТКИ КОСТНОЙ ТКАНИ – остеобласты, остеоциты, остеoкласты. Остеобласты синтезируют коллаген, другие специфические белки. Они имеют рецепторы для паратгормона, кальцитриола, эстрогенов, цитокинов, факторов роста, специализированных регуляторных белков. Поверхность кости покрыта тонким слоем неминерализованного костного матрикса – остеоидом. Вдоль остеоида расположены неактивные остеобласты – выстилающие клетки. Рис.11.20. Активные остеобласты – это крупные клетки, связанные с поверхностью остеоида, они стимулируют формирование и дифференцировку остеокластов. В ходе минерализации остеобласты заключаются в костный матрикс и становятся остеоцитами. Остеоциты занимают небольшие полости (лакуны), они проявляют метаболическую активность в ходе ремоделировании кости. Эти клетки сообщаются друг с другом системой канальцев, с помощью которых они обмениваются сигналами и метаболитами. Остеокласты получая сигналы мигрируют в участки, где активируется резорбция кости. Пролиферацию, дифференцировку и образование активных остеокластов инициируют простагландины и регуляторные белки.
Активация остеокласта в процессе костной резорбции. Рис.11.21. Активный остеокласт содержит 6-12 ядер. С помощью специальных секреторных белков остеобласты прикрепляются к кости «чистой» зоной и синтезирует и секретирует ферменты разрушающие органические составляющие костного матрикса. Цитозольный фермент карбоангидраза II образует угольную кислоту, которая диссоциирует. Образованные Н+ секретируются из клетки и создают кислую среду 3,5-4,0, необходимую для работы ферментов резорбции и деминерализации матрикса. Карбоангидраза II диссоциация СО2 + Н2О Н2СО3 Н+ +НСО3- В зону резорбции Н+ перекачиваются при помощи мембранных белков: ■ Н+-АТФаз; ■ Н+,К+-АТФаз; ■ переносчиков СI-/Н+. Поверхность остеокласта поляризуется и образуются выросты – «щеточная каемка».
МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ И СТРОЕНИЕ АПАТИТОВ В ТВЕРДЫХ ТКАНЯХ Костная ткань содержит 1200 г кальция и 580 г фосфора, в основном в составе кристаллов ГАП (Са10(РО4)6(ОН)2), похожие на кристаллы дентина и цемента зуба. Ионы в кристаллах занимают положение в соответствии с их размерами, величинами зарядов и удерживаются за счет электростатического взаимодействия. Оптимальное расстояние между ионами Са2+ и РО43-, необходимое для формирования кристалла ГАП задается органической матрицей. Изменение строения или количества любого вещества, формирующего матрицу, приводит к нарушению: ■ минерализации; ■ образованию кристаллов неправильной структуры; ■ снижению прочности костной ткани. Рис.11.22. ГАП формируют кристаллы имеющие гидратную оболочку, толщиной ~ 1 нм. Межпризменное пространство, отделяющее кристаллы друг от друга составляет 62,5 нм. Апатиты могут обмениваются ионами с молекулами окружающей среды. Гидратный слой кристаллов содержит легко обмениваемый пул (запас) кальция быстро поставляющий Са2+ и РО43- во внеклеточную жидкость. Медленно обмениваемый пул состоит из фосфата кальция кристаллов ГАП. Мобилизация кальция из этого источника регулируется паратгормоном и кальцитриолом. «Изоморфные» замещения. Молярный кальциево-фосфатный коэффициент Са/P характеризует состав ГАП, который равен 10/6 (1,67). Для биогенных апатитов организма человека, соотношение Са/P варьирует от 1,33 до 2,0. Это вызвано «изоморфными» замещениями. Наиболее часто: ▪ Са2+ замещается Sr2+, Ba2+, Mo2+, реже Mg2+, Pb2+. Са10(РО4)6(ОН)2 + Sr2+ Ca9Sr(PO4)6(OH)2 + Ca2+ Стронциевый апатит Ca9Sr(PO4)6(OH)2 хрупкий. В районах, где вода, почва, а следовательно и пища богаты стронцием наблюдаются частые переломы костей. При ацидозе, у больных сахарным диабетом, голодающих или страдающих нарушением кровообращения, ионы Са2+ замещаются протонами (Н+): Са10(РО4)6(ОН)2 + 2Н+ Ca92Н+(PO4)6(OH)2 + Ca2+ Так как Н+ во много раз меньше иона кальция кристаллы ГАП разрушается: Ca92Н+(PO4)6(OH)2 + 6Н+ 9Са2+ + 6НРО42- + 2Н2О ▪ РО43- замещается НРО42-, СО32-, АsO32-, цитратом. Са10(РО4)6(ОН)2 + 3НСО3- Ca10(PO4)4(СО3)3(OH)2 + 3Н+ + 2РО43- Активность такого замещения зависит от уровня бикарбонатов в крови. ▪ ОН- замещается анионами галогенов – Cl-, F-, I-, Br- Са10(РО4)6(ОН)2 + F- → Са10(РО4)6 F (ОН) + (ОН)- гидроксиапатит гидроксифторапатит
В небольших количествах фтор повышает устойчивость апатитов к разрушению. Реакции «изоморфного» замещения протекают очень медленно и условно подразделяются на 3 стадии. На I стадии в течение нескольких минут идет обмен ионов между тканью межпризменного пространства и гидратной оболочкой кристаллов. Ионы Na+, F-, по градиенту концентрации могут проникать в поверхностные слои кристалла. II стадия продолжается несколько часов, происходит обмен ионами Са2+, РО43-, СО32-, Sr2+, F- гидратного и поверхостного слоев кристаллов ГАП. Ионы диффундируют в поверхностные слои кристаллов. На III стадии происходит перемещение ионов, например Са2+, РО43-, Sr2+, F-из поверхностного слоя в глубь кристаллов. Продолжительность процесса от нескольких дней до нескольких месяцев. Степень замещения зависит от: ■ концентрации и радиуса ионов; ■ продолжительности ионного обмена. «Изоморфные» замещения приводят к: ■ изменению молярного соотношения Са/P; ■ снижению прочности; ■ размера и устойчивости кристаллов к физическим и химическим воздействиям.
ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ТКАНЕЙ Основными органическими являются белки, протеогликаны, фосфолипиды и цитрат, составляющие от 1% в эмали зуба до 30% в костной ткани. Особенности их строения определяют способность межклеточного матрикса к минерализации.
Белки костной ткани синтезируются остеобластами. Коллаген I типа (остеоколлаген) содержит больше гидроксипролина, но мало гидроксилизина, поэтому менее гликозилирован. Между лизином, аллизином и гидроксилизином образуется меньше межцепочечных ковалентных связей, однако образуются структуры - пиридинолин (десмозин) и дезоксипиридинолин (изодесмозин) не встрещающиеся в коллагене I типа других тканей. Они устойчивы к деградации и во время резорбции кости в свободной форме (пиридинолин и дезоксипиридинолин) определяются в сыворотке крови и моче. В костном коллагене есть фосфорилированные остатки серина. Неколлагеновые белки костной ткани. Некоторые из них присутствуют и в других тканях, но только в минерализованном матриксе они участвуют в процессах остеогенеза и дентогенеза, а также ремоделировании костной ткани. Большинство неколлагеновых белков костного матрикса является гликопротеинами или гликофосфопротеинами. Остеонектин (ОН) синтезируется и секретируется зрелыми остеобластами и функционально активными остеоцитами. Белок содержит много аминокислотных остатков Глу, Асп, которые с помощью Са2+ присоединяются к фосфатным остаткам (РО43-) гидроксиапатитов. ОН имеет центры связывания с коллагеном, альбумином, тромбоспондином и клеточными рецепторами. Взаимодействие с этими белками регулируют ионы Са2+, которые изменяет заряд и конформацию белка. Взаимодействие ОН со специфическими лигандами. Рис. 11.24.
ОН участвует в формировании центров кристаллизации и инициирует процесс минерализации костной ткани. Остеокальцин (ОК) является уникальным белком тканей кости и зубов. ОК синтезируется и секретируется остеобластами, остеоцитами и одонтобластами. Он содержит несколько (3-5) остатков γ (гамма)-карбоксиглутаминовой кислотой (γ-Глу, или gla). Образование γ-Глу катализирует витамин К-зависимый фермент – глутамилкарбоксилаза. Остатки γ-Глу повышают способность ОК связывать Са2+. Комплекс ОК и кальция присоединяется к преостеокластам, моноцитам и стимулирует их дифференцировку. Взаимодействие остеокальцина с фосфолипидами мембраны остеокласта. Рис.11.26. Присоединяя Са2+, ОК снижает его содержание в матриксе. Таким образом, уменьшается связывание кальция с ОН, который участвует в образовании центров кристаллизации, поэтому кость не подвергается избыточной минерализации. Содержание ОК ограничено в местах минерализации и повышено в растущих тканях кости. Экспрессия гена ОК в остеобластах регулируется кальцитриолом. При снижении синтеза и секреции ОК наблюдается усиление минерализации кости. Gla-протеин матрикса – белок, родственный ОК, но секретируется остеобластами на более ранних стадиях развития кости и замедляет скорость минерализации. Сиалопротеин кости синтезируется остеобластами и одонтобластами. Молекулы белка имеют высокий отрицательный заряд, который обеспечивается присутствием: ■ углеводов (50% массы молекулы) из них 12% составляет сиаловая кислота ■ фосфорилированных остатков серина; ■ повторов глутаминовой кислоты [-Глу-]n; ■ сульфатированных остатков тирозина; ■ гликозамингликановых цепей кератансульфата. Это позволяет сиалопротеину взаимодействовать с Са2+ и ГАП. Последовательность –Арг-Глу-Асп- (RGD-последовательность) в белке комплементарна рецепторам интегрина (αγβ3) остеокластов. Взаимодействие сиалопротеина с αγβ3-рецепторами вызывает их активацию. Сиалопротеин кости присутствует только в минерализованных тканях: костях, дентине и цементе. Участие сиалопротеина в прикреплении остеокластов к поверхности кости. Рис. 11.28. Остеопонтин (ОП) синтезируется остеобластами и остеоцитами. Взаимодействие с ГАП матрикса происходит благодаря высокому отрицательному заряду ОП, который обеспечивается: ■ углеводными фрагментами, содержащими сиаловую кислоту; ■ сульфатированными и фосфорилированными остатками серина; ■ повторами аспарагиновой кислоты (–Асп–)n. ОП имея –Арг-Глу-Асп- (RGD-последовательность) стимулирует прикрепление остеокластов к минерализованной поверхности кости. На этих участках костной ткани ОП превышает содержание других белков более чем в 10 раз. Остеокласты в области «щеточной каемки» секретируют кислую фосфатазу, которая дефосфорилирует ОП, сиалопротеин и изменяет их: ■ заряд; ■ конформацию; ■сродство к αγβ3-рецепторам остеокластов; Активность остеокластов снижается, процесс резорбции замедляется. Влияние остеопонтина на активность остеокластов. Рис.11.29 ------ Кальцитриол в несколько раз повышает экспрессию гена ОП и секрецию «зрелого» белка клетками. Тромбоспондин – один из самых крупных гликопротеинов минерализованного матрикса. Имея последовательность –Арг-Глу-Асп- он
Популярное: Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1031)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |