Органические компоненты эмали зуба.

Cодержание органических веществ в зачатке зуба составляет ~ 20%, воды ~ 80 %. Зрелая эмаль содержит ~ 1-3 % органических веществ, 3-4 % воды и 95% минеральных веществ. Таким образом, в процессе созревания эмали содержание органических веществ в ней уменьшается многократно, а в дентине оно остаётся неизменным в течение всего периода его минерализации. В эмбриональном периоде эмаль формируется амелобластами, которые постепенно выключаются из метаболизма, дегенерируют и погибают под действием накапливающихся минеральных компонентов. В связи с этим эмаль прорезавшегося зуба не содержит клеток, в ней не вырабатываются регуляторные белки и не могут происходить процессы регенерации. В эмали отсутствуют также сосуды, волокна, нервные окончания, рецепторы. Болевые ощущения, возникающие при её обработке, обусловлены воздействием на рецепторы пульпы перемещающейся жидкости зуба. Распределение органических веществ в эмали полностью сформированного зуба является неравномерным: больше всего их содержится в области эмалево-дентинной границы, эмалевых веретёнах, пучках и полосах Гунтера - Шрегера и, возможно, межпризменных пространствах.

К органическим компонентам эмали относятся белки, пептиды, свободные аминокислоты, липиды, углеводы, нуклеотиды, азотистые основания, цитрат. Основную массу органических веществ эмали составляют белки (0,3 - 1,3%), в составе которых в отличие от других минерализованных тканей нет коллагена. Специфическими белками эмали являются амелогенины, энамелины, фосфопротеины Е₃ и Е₄, гликофосфопептид с Мr ~ 3 кДа, кальцийсвязывающие белки (КСБ). Амелогенины и энамелины составляют основную массу белков эмбриональной эмали.

Амелогенины - это 5 белков, относящихся к типу гликофосфопротеинов, с молекулярной массой от 6 до 25 кДа (6; 7,5; 9,5; 15; 25), которые образуются клетками эмбриональной эмали. Их углеводная часть содержит сиаловые кислоты, галактозамин, глюкозамин. В белковой части амелогенинов преобладают пролин, гистидин, серин, глютаминовая кислота, которая связывает кальций. К гидрокси - группе серина может присоединяться фосфорная кислота за счёт АТФ, пирофосфата или ортофосфата. Амелогенины эмбриональной эмали содержат значительное количество органического фосфата. В зрелой эмали интенсивность фосфорилирования сериновых радикалов амелогенинов понижается. В процессе созревания эмали общее количество амелогенинов снижается ~ в 9 раз.

Энамелины - это 5 белков, также относящихся к типу гликофосфопротеинов, с молекулярной массой от 21 до 72 кДа (21, 30, 42, 56, 72). Высокомолекулярные фракции энамелинов представляют собой продукт агрегации низкомолекулярных фракций с Мr 21 и 8 кДа. По мере созревания эмали происходит уменьшение содержания высокомолекулярных и увеличение содержания низкомолекулярных фракций энамелинов и амелогенинов в результате деградации крупных молекул до более мелких. У энамелинов, как и у амелогенинов, углеводная часть представлена сиаловыми кислотами и аминосахарами, но содержатся они в значительно большем количестве. Аминокислотный состав белковой части энамелинов характеризуется преобладанием пролина, глютаминовой и аспарагиновой аминокислот, глицина, серина, треонина. При этом радикалы глютаминовой и аспарагиновой аминокислот связывают кальций, а радикалы серина и треонина - фосфат. Однако, содержание фосфата в энамелинах эмали плода значительно ниже, чем в амелогенинах. В эмбриональной эмали количество амелогенинов преобладает над количеством энамелинов в 9 раз (соотношение: амелогенины/энамелины = 9:1), а в эмали взрослого человека их соотношение равно 1:1, так как значительная часть амелогенинов разрушается в процессе созревания эмали зуба. Энамелины продуцируются амелобластами эмбриональной эмали позднее, чем амелогенины, но разрушаются в меньшей степени, сохраняясь в количественном отношении к периоду полного созревания эмали. Соотношение отдельных фракций амелогенинов и энамелинов в ходе созревания эмали изменяется: увеличивается количество их низкомолекулярных фракций за счёт дезагрегации высокомолекулярных, в результате чего происходит освобождение центров инициации минерализации. Активно участвуя в процессе минерализации эмали и выполняя роль матриц минерализации, данные белки могут сдерживать на определённых этапах этого процесса рост кристаллов гидроксиапатитов посредством замедления включения фторида в их состав.

Фосфопротеины Е₃ и Е₄ - белки с молекулярной массой 5 - 6 кДа, богатые пролином, лейцином, изолейцином, глютаминовой кислотой и серином. Оба белка содержатся в эмали плода, а в зрелой эмали практически отсутствуют.

Гликофосфопептид с молекулярной массой ~ 3 кДа прочно связан с кристаллами гидроксиапатита. Это единственный полипептид эмали, содержащий гидроксипролин наряду с другими аминокислотами: пролином, глицином, серином, глютаматом. Отличительными свойствами данного гликофосфопептида является его нерастворимость в этилендиаминтетраацетате (ЭДТА) и растворимость в 60% молочной кислоте.

Кальцийсвязывающие белки эмали с молекулярной массой 10 и 28 кДа продуцируются амелобластами. Они богаты глютаминовой кислотой, которая может превращаться в гамма-карбоксиглютаминовую кислоту, поэтому кальцийсвязывающие белки эмали могут выполнять роль матриц минерализации. Одна молекула кальцийсвязывающего белка способна присоединить 8 -10 ионов кальция, инициируя рост кристаллов гидроксиапатита. При этом связывание ионов кальция осуществляется свободными карбоксильными группами. Кроме того, кальцийсвязывающие белки эмали обладают способностью к агрегации за счёт связей белок - Са²⁺ - белок и образованию трёхмерной структуры. Вследствие образования полимерных форм растворимый в воде мономер кальцийсвязывающего белка переходит в нерастворимую форму.

Белки, не растворимые в кислотах (0,9% ЭДТА и НСL), выполняют защитную функцию от кариеса. На стадии белого и пигментированного пятна их количество в очаге деминерализации увеличивается более, чем в 4 раза. Поэтому кариозное пятно в течение нескольких лет может не превращаться в кариозную полость, а иногда и вообще не прогрессирует далее.

Биологическая роль белков эмали связана с осуществлением ими инициации минерализации за счёт первичного связывания фосфорной кислоты гидрокси - группами сериновых радикалов, а также за счёт первичного связывания ионов кальция ионизированными карбоксильными группами радикалов аспарагиновой и глютаминовой кислот. Присоединившиеся ионы кальция и фосфата при этом служат точками нуклеации кристаллов апатитов с последующим их ростом независимо от матрицы (по типу эпитаксии). Белки эмали, как матрицы минерализации, способны ориентировать дальнейший рост кристаллов гидроксиапатитов, образуя т. н. «ложе для кристаллов». Кроме того, белкам эмали отводится также роль регуляторов процесса минерализации, так как показано, что отдельные их фракции, в частности, амелогенин с молекулярной массой 27 кДа, уменьшает осаждение кристаллов апатитов, ингибируя процесс минерализации. Особенно большую роль играет белковая матрица в период формирования и развития эмали. Дефекты развития эмбриональной эмали практически невосполнимы. Гипоплазии эмали, возникшие внутриутробно, не изменяются в течение жизни.

Общее содержание белков в зрелой эмали постоянного зуба колеблется в пределах 0,3 - 1,3 %. Их основную часть составляют нерастворимые белки и лишь около 0,5 % -растворимые. В литературе имеется мнение о том, что кариесрезистентность эмали зуба зависит от содержания в ней белка, поскольку белковая сеть, окружающая апатиты, ограничивает контакт кислот слюны и зубного налёта с апатитами эмали или смягчает их отрицательное влияние. Во вторичной структуре белков эмали преобладают бэта-складчатые антипараллельные полипептидные цепи, чередующиеся с участками спирализации и участками без регулярной вторичной структуры. В настоящее время отвергается принадлежность белков эмали к кератиноподобным белкам, а также отрицается наличие в их составе коллагена, составляющего основную массу белков дентина, цемента и кости.

В эмали в небольшом количестве (~1,65%) содержатся полисахариды, олигосахариды, моносахариды и их производные, а также продукты катаболизма: лактат, пируват, цитрат. Лактат и цитрат могут связывать ионы кальция и выполнять роль его транспортных форм. Концентрация углеводов в поверхностном слое эмали выше, чем в области эмалево-дентинной границы, а концентрация цитрата, наоборот, ниже в поверхностном слое. Гликозаминогликаны, как полианионы, могут выполнять роль матриц минерализации, связывая ионы кальция. Содержание липидов в эмали зуба составляет 0,6% сухой массы. Их основными представителями являются глицерофосфолипиды, которые, выполняют роль мостиков между белковыми и минеральными компонентами. Отрицательно заряженные группировки глицерофосфолипидов (ОН-группы фосфата, карбоксильные группы серина) могут связывать кальций, осуществляя роль точек инициации минерализации, в то время как гидрофобные радикалы жирных кислот этих липидов могут объединяться с гидрофобными радикалами аминокислот, находящихся в составе белков. Между глицерофосфолипидами и полярными группами белков эмали могут также образовываться ионные связи.

По физико-химическим свойствам белки эмали подразделяются на три группы:

1.Фибриллярные белки, нерастворимые в НСl и ЭДТА (этилендиаминтетраацетате).Они относятся к коллагено-кератиноподобным белкам, в которых преобладают аминокислоты:серин, гидроксипролин, глицин, лизин.

2. Водорастворимые белки эмали.

3. Кальцийсвязывающие белки эмали.

Исходя из особенностй химического состава эмали, Ю. А. Петрович с соавторами (1979г) предложили гипотезу строения эмали. Её основные положения состоят в следующем:

1. Нерастворимые в ЭДТА и НСl белки образует остов - каркас, к которому крепятся кальцийсвязывающие белки с помощью т. н. «кальциевых мостиков» - ион кальция связывает отрицательно заряженные группировки двух молекул белка.

2. Молекулы кальцийсвязывающего белка, соединяясь между собой за счёт кальциевых мостиков, образуют трёхмерную нерастворимую в нейтральной среде сетчатую структуру.

3. В эту структуру входят также молекулы глицерофосфолипидов, связанные с радикалами аминокислот ионными или гидрофобными связями.

4. В образованной сетчатой структуре возникают многочисленные центры кристаллизации, роль которых выполняют свободные карбоксильные и гидрокси - группы кальцийсвязывающих белков, а также свободные положительно и отрицательно заряженные группировки глицерофосфолипидов.

5. Белки эмали обеспечивают образование первичных кристаллов апатитов, а также дальнейший ориентированный рост кристаллов, упорядоченность, регулярность и прочность структуры эмали.