БИОХИМИЯ СЛЮНЫ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ивановская государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения Российской Федерации Кафедра биохимии
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Слюна – сложная биологическая жидкость, вырабатываемая специализированными железами и выделяемая в ротовую полость. Количество и состав слюны зависят от: времени суток принятой пищи возраста состояния ЦНС и вегетативной нервной системы наличия заболеваний ОТ СКОРОСТИ СЕКРЕЦИИ!!!! За сутки продуцируется 0,5 – 2 л слюны рН = 5,5 – 8,0
ФУНКЦИИ СЛЮНЫ ПИЩЕВАРИТЕЛЬНАЯ – смачивание, размягчение пищи и гидролиз ряда пищевых веществ (полисахаридов, эмульгированных липидов и нуклеиновых кислот). МИНЕРАЛИЗУЮЩАЯ – поддержание химического состава твёрдых тканей зуба. ЗАЩИТНАЯ – омывание, антибактериальная защита, защита от механических и термических повреждений, гемостатическая, ингибирование ферментов микроорганизмов. РЕГУЛЯТОРНАЯ – способность поддерживать гомеостаз полости рта с участием собственных гормонов, пептидов, БАВ. ВЫДЕЛИТЕЛЬНАЯ – способность выводить конечные продукты азотистого обмена, токсические и лекарственные вещества, метаболиты и гормоны.
ФОРМИРОВАНИЕ СЕКРЕТА СЛЮННЫХ ЖЕЛЁЗ Секреция слюны происходит рефлекторно: А) с участием безусловных рефлексов (поступление пищи в ротовую полость) Б) с участием условных рефлексов (при виде и запахе пищи) В основе секреции слюны 2 механизма: поступление в секрет воды и ряда низкомолекулярных компонентов крови из сосудистого русла и окружающего интерстиция в просвет концевых отделов; 2) выделение собственно синтезированных органических веществ секреторными клетками железы. ТРЕБУЕТСЯ много АТФ, образующейся в процессе аэробного дихотомического окисления.
ФОРМИРОВАНИЕ СЕКРЕТА СЛЮННЫХ ЖЕЛЁЗ просвет протока кровь Na + Cl - Na + Cl - ДО глюкозы CO 2 + Н 2 О Н 2 CO 3 Карбо-ангидраза Н + + НСО 3 -
ФОРМИРОВАНИЕ СЕКРЕТА СЛЮННЫХ ЖЕЛЁЗ Структура долихолфосфата (n=15-20)
СОСТАВ СЛЮНЫ СЛЮНА ВОДА 98-99% ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА МЕНЕЕ 1 % НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА МЕНЕЕ 1 % Анионы: PO 4 3-, Cl -, HCO 3 -, F -, SCN -, I -, Br -, SO 4 2- Катионы: Ca 2+, Mg 2+, Na +, К + Микроэлементы: Fe, Cu, Mn, Ni, Li, Zn, Cd и т.д.
НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА СЛЮНЫ Минеральные вещества находятся в виде ионов или связаны с другими соединениями. В слюне, по сравнению с плазмой крови, БОЛЬШЕ: калия фосфатов, тиоционата, меди, йода…. МЕНЬШЕ: натрия, хлора, фтора….
НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА СЛЮНЫ Слюна ПЕРЕСЫЩЕНА ионами кальция и фосфора. По законам химии: Ca 2+ + PO 4 3- → Ca 3 (PO 4 ) 2 ↓, однако ионы сохраняются в растворённом состоянии благодаря формированию мицелл. { m [Са 3 (РО 4 ) 2 ] n НРО 2- 4 ( n - x)Ca 2+ } 2 - х Ca 2+ ядро потенциало -образующий слой а дсорбционный и диффузный слой Са:Р =1:4 Белки мицелл: муцины стазерины 2
НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА СЛЮНЫ Устойчивость мицелл зависит от рН: А) КИСЛАЯ СРЕДА – HPO 4 2- + H + ↔ H 2 PO 4 - в результате отрицательный заряд мицеллы уменьшается, устойчивость мицеллы снижается, ядро мицеллы растворяется, ионы кальция вымываются… Слюна становится недонасыщенной кальцием и фосфатами, реминерализующая способность падает, слюна становится ДЕМИНЕРАЛИЗУЮЩЕЙ жидкостью. Б) ЩЕЛОЧНАЯ СРЕДА – HPO 4 2- + OH - ↔ PO 4 3- PO 4 3- связываются с ионами кальция и образуют нерастворимую соль Ca 3 (PO 4 ) 2, происходит осаждение соли с формированием зубного камня.
БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ СЛЮНЫ Оптимальная реминерализующая функция слюны проявляется при рН = 6,5 – 7,4. На рН слюны влияют: характер пищи скорость слюноотделения гигиена полости рта рН слюны поддерживается за счёт работы 3 буферных систем, с различными интервалами активности и буферной ёмкости: гидрокарбонатной, фосфатной, белковой. Благодаря буферным системам у практически здоровых людей уровень рН смешанной слюны восстанавливается после еды до исходного значения в течение нескольких минут.
БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ СЛЮНЫ Гидрокарбонатная буферная система: обеспечивает 80% буферных свойств слюны наиболее активна при рН = 6,1 – 6,3 интервал буферного действия 5,4 – 7,4 активность зависит от скорости слюноотделения, повышается при приёме пищи и жевании Н 2 СО 3 НСО 3 - донор протона акцептор протона CO 2 + H 2 O ↔ HCO 3 - + H + При повышении рН При понижении рН CO 2 летуч, поэтому реакция перехода не ингибируется и происходит полное удаление кислот!
БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ СЛЮНЫ Фосфатная буферная система: обеспечивает 10% буферных свойств слюны наиболее активна при рН = 6,8 – 7,0 интервал буферного действия 6,2 – 8,2 активность НЕ зависит от приёма пищи и жевания Н 2 РО 4 - НРО 4 2- донор протона акцептор протона НРО 4 2- + H + ↔ Н 2 РО 4 - При повышении рН При понижении рН
БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ СЛЮНЫ Белковая буферная система: обеспечивает 10% буферных свойств слюны обеспечивает буферную ёмкость при ЛЮБЫХ значениях рН представлена анионными и катионными белками доноры протона …- COOH Аспартат Глутамат …- S H Цистеин …- О H Серин Треонин …- NH 2 Гистидин Лизин Аргинин акцепторы протона
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА СЛЮНЫ Органические вещества слюны представлены: белками, пептидами, аминокислотами, небелковыми азотистыми соединениями, углеводами, липидами, органическими кислотами и т.д. Источники органических соединений: синтез клетками слюнных желёз, экскреция, метаболиты лейкоцитов и микроорганизмов.
БЕЛКИ СЛЮНЫ Представлены около 1000 протеинами. В основном – ГЛИКОПРОТЕИНЫ, неоднородные по структуре и свойствам. Олигосахаридные цепи связываются с гидроксильной группой серина и треонина О- гликозидной связью с аминогруппой аспарагина N- гликозидной связью. Белки слюны – ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫ. Грубо все белки можно разделить на: секреторные белки белки микроорганизмов белки плазмы.
БЕЛКИ СЛЮНЫ Основным представителем секреторных белков является МУЦИН. 50-70% - углеводный компонент. Особенности структуры муцина: 1) содержит много серина и треонина, за счёт которых к полипептидной цепи присоединены остатки N- ацетилнейраминовой кислоты, N- ацетилгалактозамина, фруктозы, галактозы, сиаловой кислоты; 2) содержит много пролина, обеспечивающего формирование особой конформации, способной присоединить много олигосахаридных фрагментов; 3) содержит много цистеина, образующего дисульфидные связи при формировании олигомерной структуры. Функции муцина: придаёт слюне вязкость; стабилизирует мицеллу, препятствуя осаждению Ca 3 (PO 4 ) 2 ; защита от термических и механических повреждений; защита от химических повреждений; защита от бактериального и вирусного загрязнения.
БЕЛКИ СЛЮНЫ Биосинтез и эксреция муцина: синтез полипептидной цепи на прикреплённых рибосомах; перенос пептидной части в полость ЭПР; гликозилирование отдельными углеводными остатками по ОН-группам серина и треонина и целиковыми олигосахаридами по NH 2 - группе аспарагина; плотная упаковка в секреторные гранулы с участием Ca 2+ ; экзоцитоз ; гидратирование ; формирование дисульфидных мостиков; адсорбция на поверхности слизистой и формирование пелликулы.
БЕЛКИ СЛЮНЫ Вторые по вкладу в общую долю белков слюны – БЕЛКИ, БОГАТЫЕ ПРОЛИНОМ (ББП). Особенности структуры ББП: 1) содержит до 20-40% пролина ; 2) содержит много глицина, глутаминовой и аспарагиновой кислот. Виды ББП: Кислые ББП Основные ББП Гликозилированные ББП
БЕЛКИ СЛЮНЫ Функции ББП: Адсорбируются на поверхности эмали, являются компонентами пелликулы и А) связывают ионы кальция; Б ) задерживают деминерализацию эмали; В) ингибируют рост кристаллов фосфата кальция в пересыщенном слюнном секрете 2) Связывают определённые микроорганизмы и участвуют в формировании микробных колоний в зубном налёте; 3) Связывают танины пищи, защищая слизистую оболочку полости рта от их повреждающего действия; 4) Взаимодействуют с мембраной стрептококков, нарушают её проницаемость и вызывают гибель микроорганизмов; 5) Смачивание пищевого комка и обеспечение его проглатывания.
БЕЛКИ СЛЮНЫ ГИСТАТИНЫ - БЕЛКИ, БОГАТЫЕ ГИСТИДИНОМ (ББГ). Особенности структуры ББГ: 1) низкомолекулярные белки; 2) содержит до 25% гистидина; 3) отсутствует пролин ; 4) много аргинина и лизина. Функции ББГ: 1) Участвуют в образовании пелликулы зуба; 2) Ингибируют рост кристаллов гидроксиапатитов в слюне; 3) Обладают бактерицидным действием, взаимодействуя с мембраной бактерий, нарушают её проницаемость и вызывают гибель микроорганизмов ; 4) Инактивируют протеазы, секретируемые микроорганизмами ротовой полости; 5) Являются адсорбентами для танинов; 6) Подавляют действие вируса иммунодефицита и грибков.
БЕЛКИ СЛЮНЫ БЕЛКИ, БОГАТЫЕ ТИРОЗИНОМ – СТАТХЕРИНЫ и СТАЗЕРИНЫ. Особенности структуры ББ Т : гликофосфопротеины ; содержат много тирозина; на N-концах молекул находятся отрицательные повторы ( Асп -Сер-Сер- Глу - Глу ), содержащие фосфорилированные остатки серина. Функции ББТ: 1) Участвуют в образовании пелликулы зуба; 2) Связывают кальций и препятствуют образованию фосфорно-кальциевых солей на поверхности зуба, в ротовой полости и слюнных железах; 3) Связывают микроорганизмы; 4) Ингибируют рост анаэробных и аэробных микроорганизмов.
БЕЛКИ СЛЮНЫ ЦИСТАТИНЫ - кислые низкомолекулярные белки, состоящие из 121 аминокислоты. Функции цистатинов : 1) Участвуют в образовании пелликулы зуба; 2) Ингибируют лизосомальные ферменты – цистеиновые и сериновые протеазы, специфически связываясь в их активном центре. При понижении рН проявляют повышенную протеолитическую активность и могут гидролизовать белки слюны.
БЕЛКИ СЛЮНЫ ЛАКТОФЕРРИН Состоит из двух близких по структуре доменов, имеющих по одному железосвязывающих центру Присоединение каждого иона железа приводит к одновременному связыванию бикарбоната (СО 3 2- ), который компенсирует положительный заряд Fe 2+ Менее прочно может удерживать ионы цинка и меди Не снижает сродства к железу в кислой среде Взаимодействует с ГАГ и протеогликанами мембран эпителия, поэтому на поверхности слизистой имеются участки с высокой концентрацией белка. Функции лактоферрина : Связывает железо, понижает его концентрацию в слюне и поступление в бактериальную клетку. Взаимодействует липополисахаридами мембраны Escherichia coli и вызывает гибель микроорганизмов.
ФЕРМЕНТЫ СЛЮНЫ В составе слюны человека выделено более 100 ферментов. Источники ферментов слюны: секреторные клетки слюнных желёз к летки эпителия полости рта клетки микроорганизмов лейкоциты В слюне присутствуют: гликозидазы фосфатазы протеазы ( катепсины A, B, H и L) ДНКазы и РНКазы ферменты – антиоксиданты
ФЕРМЕНТЫ СЛЮНЫ ФЕРМЕНТЫ ИСТОЧНИКИ ФЕРМЕНТА железы микроорганизмы лейкоциты Амилаза + 0 0 Мальтаза 0 + + Сахараза 0 + 0 Гиалуронидаза 0 + 0 Муциназа 0 + 0 Лизоцим + 0 + Кислая фосфатаза + + + Щелочная фосфатаза + + + Липаза + + + Холинэстераза + 0 + Хондросульфатаза 0 + 0 Протеиназа 0 + + Пептидаза 0 + + Уреаза 0 + 0 Каталаза 0 + 0 Пероксидаза + 0 + Гексокиназа 0 + 0 Карбоангидраза + 0 0 Альдолаза + + +
ФЕРМЕНТЫ СЛЮНЫ ГЛИКОЗИДАЗЫ ГЛИКОЗИДАЗЫ СЛЮННЫХ ЖЕЛЁЗ БАКТЕРИАЛЬНЫЕ ГЛИКОЗИДАЗЫ ЛИЗОСОМНЫЕ ГЛИКОЗИДАЗЫ рН = 8,0 рН < 7,0 Гидролиз углеводов пищи Гидролиз углеводной составляющей бактериальной стенки (гибель микроорганизмов) Гидролиз гликопротеинов и гликолипидов мембран клеток эпителия ротовой полости и нарушение их функций Гидролиз гликопротеинов слюны (снижение защитных функций слюны) ПИЩЕВАРИТЕЛЬНЫЕ ГЛИКОЗИДАЗЫ АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫЕ ГЛИКОЗИДАЗЫ БАКТЕРИАЛЬНЫЕ ГЛИКОЗИДАЗЫ α -амилаза мальтаза сахараза липаза лизоцим β - глюкуронидаза, нейраминидаза, гиалуронидаза ГЛИКОЗИДАЗЫ
ФЕРМЕНТЫ СЛЮНЫ α -АМИЛАЗА синтезируется клетками слюнных желёз; металлофермент, имеющий четвертичную структуру; коферментом является Са 2+, который стабилизирует вторичную и третичную структуру; активатор – ионы хлора Cl -, субстрат – крахмал, гликоген, декстрины; продукт – олигосахариды, мальтотриоза, мальтоза, изомальтоза; класс – гидролазы; разрушаемая связь - α -1,4-гликозидная; роль: 1) гидролиз пищевых полисахаридов 2) гидролиз полисахаридов мембран некоторых бактерий (антибактериальная функция) В пищевой промышленности зарегистрирована в качестве пищевой добавки E1100 как улучшитель муки и хлеба.
ФЕРМЕНТЫ СЛЮНЫ МАЛЬТАЗА синтезируется клетками микроорганизмов; субстрат – мальтоза; продукт – глюкоза; класс – гидролазы; разрушаемая связь - α -1,4-гликозидная;
ФЕРМЕНТЫ СЛЮНЫ ИНЫЕ ГЛИКОЗИДАЗЫ синтезируются клетками слюнных желёз: α - фукозидаза β - N-D– ацетилгексозаминидаза синтезируются микроорганизмами: β - глюкозидаза α - и β - галактозидаза β - глюкуронидаза нейраминидаза гиалуронидаза роль бактериальных гликозидаз : 1) обеспечивают разрушение межклеточного матрикса наших тканей, проникновение микроорганизмов и развитие воспаления 2) разрушение слюнных муцинов и, как следствие, снижение защитного резерва
ФЕРМЕНТЫ СЛЮНЫ ЛИЗОЦИМ (МУРАМИДАЗА) синтезируется клетками слюнных желёз; глобулярный белок из 129 аминокислот; трёхмерная структура поддерживается 4 дисульфидными связями; глобула состоит из двух частей: гидрофобной (лей, изо, три) гидрофильной ( лиз, арг, асп ), субстрат – муреин - полисахарид бактериальных клеточных стенок; разрушаемая связь - α -1,4-гликозидная; класс – гидролазы; активатор – ионы хлора Cl -, роль - бактерицидная в пищевой промышленности зарегистрирован в качестве пищевой добавки E1105 как консервант.
ФЕРМЕНТЫ СЛЮНЫ ЛИЗОЦИМ (МУРАМИДАЗА) N- ацетил-глюкозамин N- ацетил- мурановая кислота
ФЕРМЕНТЫ СЛЮНЫ ПЕРОКСИДАЗА синтезируется клетками слюнных желёз и лейкоцитами; гемсодержащий белок; субстраты – SCN -, Cl -, I -, Br - и Н 2 О 2 ; продукты – O SCN -, HO Cl -, Н 2 О и О 2 роль: 1) антибактериальное действие 2) предотвращение аккумуляции Н 2 О 2 В слюне также присутствуют: каталаза карбоангидраза протеиназы ингибиторы протеиназ нуклеазы аргиназа щелочная фосфатаза кислая фосфатаза липаза альдолаза холинэстераза лактатдегидрогеназа
БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА (БАВ) СЛЮНЫ Слюнные железы участвуют в регуляции гомеостаза многих органов и тканей. Они синтезируют: Фактор роста эпителия (ФРЭ) - усиливает резорбцию (разрушение) костной ткани и деление одонтобластов. Фактор роста нервов (ФРН) - оказывает мощное противовоспалительное действие. Паротин - способствует минерализации. Ренин – обладает сосудосуживающим действием. БАВ слюны обладают эндокринной функцией и участвуют в регуляции гомеостаза полости рта и многих органов и тканей организма. В слюне присутствуют все 5 классов иммуноглобулинов, а также секреторный – IgAs, продуцируемый слюнными железами. Секреторный IgAs подавляет прикрепление бактерий на поверхности слизистой оболочки полости рта. Он обладает выраженным бактерицидным, антивирусным и антитоксическим действием.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
