modernizációja korszerű hosszanti digitális tananyagfejlesztéssel három
1. fejezet - Orális biológia
1.1. Teszt – A fogcsíra kialakulása (válaszok)
1. Sejt fenotípus, ami abszolút szükséges a fogak kialakulásához:
A. epitheliális B. mesenchymális C. mindkettő D. egyik sem
2. A fogfejlődés során az első mineralizált struktúra:
A. predentin B. köpeny-dentin C. intertubuláris dentin D. peritubuláris dentin
3. A zománcszerv legbelső rétege közvetlenül az odontoblasztokkal szemben:
A. belső zománchám B. külső zománchám C. papilla
D. folliculus
E. szekréciós ameloblasztok
2. 1.2. A keményszövetek alapállománya – Varga
Gábor
ameloblastok) szerves extracelluláris mátrixának szintézisével kezdődik. Ez a fehérjékben gazdag alapállomány fontos szerepet játszik mind mineralizáció elindításában, mind annak folyamatában. A kötőszövetek mennyiségi szempontból legfőbb összetevője a kollagén. Bár fontos az alapszerkezet kialakításában, de bizonyosan nem játszik közvetlen szerepet az első ásványi kristályok képződésében. A nem-kollagén fehérjék (glükoproteinek, foszfoproteinek, γ-karboxilglutaminsav-tartalmú proteinek, proteoglükánok, szérum proteinek) jóval kisebb mennyiségben vannak jelen, azonban ezek indítják, segítik elő, módosítják vagy éppen gátolják a mineralizáció folyamatát.
1.14. ábra - 1. ábra – A keményszövetek alapállományának összetevői
Jelentősen eltér a mineralizált szövetek döntő többségét alkotó kötőszövet és az epitheliális szekrétumként számon tartott zománc fehérje összetétele. Utóbbival részletesen az amelogenesis tárgyalásánál foglalkozunk.
1.15. ábra - 2. ábra – A csont és a dentin legfontosabb fehérjekomponensei, a zománc legfontosabb fehérjekomponensei
A kötőszövetek alapállománynak döntő többségét alkotó kollagén nem egy egyedi molekula nevét jelöli, de sokkal inkább egy fehérje család neve., az I. típusú kollagén a domináns a mineralizálódó szövetekeben.
Szerkezetének lényege, hogy három balmenetes helikális szerkezetű fehérjelánc szerveződik, amelyek együttesen egy jobbmenetes tripla hélixbe rendeződnek.
1.16. ábra - 3. ábra – Kollagén – három peptidlánc fonata
Az összes molekula, amelyet a kollagének közé sorolunk tartalmaz egy tripla-hélix régiót. A különböző típusú kollagének szöveti eloszlása széles körű.
1.17. ábra - 4. ábra
Az kollagént vízoldékony prekurzor, a prokollagén formájában termelődik. A prokollagén-kollagén átalakulás során mind a C-, mind az N-terminális régió az extracelluláris térben lehasad. A kollagén molekulát három független polipeptid lánc, úgynevezett α-láncok építik fel, amelyek mindegyike 1056 aminosavból áll.
Mindegyik α-lánc balmenetes helikális szerkezetet vesz fel, egymás köré tekeredve pedig egy jobbmenetes szuperhélixet, kötélfonat-szerű struktúrát alkotnak, A láncok aminosavsorrendje jellemző periodicitást mutat glicin-X-Y-tripeptidek ismétlődésével, ahol az X és az Y a glicintől eltérő aminosavak. Az X helyzetben gyakran prolint, míg az Y pozícióban gyakran lizint találunk. Ilyen módon az α-láncokban 338 Gly-X-Y-triplet ismétlődik. A három α-láncból felépülő tripla-hélix szakasz hossza 297 nm. A glicin a legkisebb aminosav; a rendelkezésre álló térben éppen elfér, a prolin és hidroxi-prolin aminosavak, amelyek egyéb aminosavakkal ellentétben csak korlátozott rotációra képesek, fokozva a tripla-hélix-struktúra stabilitását. A kollagén molekulák fibrilláris elrendeződésű rostokat képeznek periodikus keresztcsíkozattal.
1.18. ábra - 5. ábra – A prokollagén szerkezete
A kollagén láncok a durva felszínű endoplazmatikus reticulumon szintetizálódnak, majd poszt-transzlációs módosulásokon, hidroxiláción és glükoziláción esnek át, specifikus enzimek katalizálják s amelyek elengedhetetlenek a tripla hélix feltekeredéséhez. A prolin hidroxiláz és a lizin-hidroxiláz prosztetikus csoportjai egyaránt vasat tartalmaz (Fe2+) és molekuláris oxigént használ fel. Az aszkorbinsav (C-vitamin) esszenciális tényező mindkét enzim működésében. Ez magyarázza a C-vitamin-hiánybetegség, a skorbut tüneteit. A polipeptid abnormális szekvenciája okozza az örökletes "osteogenesis imperfecta" (törékenycsont-szindróma) betegséget.
A prokollagén-kollagén átalakulás a kötőszövet sejtek közötti terében történik, specifikus proteolitikus enzimek közreműködésével majd a keresztkötéseknek a létrejöttével a kollagén oldhatatlanná válik.
1.19. ábra - 6. ábra – A kollagén bioszintézisének áttekintése
1.20. ábra - 7. ábra – Hidroxiláció a kollagén bioszintézise során
1.21. ábra - 8. ábra – A kollagén tripla-hélix szerkezetének kialakulása
A kollagén tartóssága igen fontos. Lebontását keresztkötései és oldhatatlansága miatt a proteolitikus enzimek többsége nem képes elvégezni, ezért ez speciális metalloproteázokat, kollagenázokat igényel. Ezek az enzimek egyszerre képesek mindhárom lánc peptidkötéseit hasítani.
1.22. ábra - 9. ábra – A kollagén enzimatikus hasítása – emlős kollagenázok
A nem-kollagén fehérjék arról nevezetesek, hogy valamilyen formában mindannyian képesek kölcsönhatásba lépni a hidroxi-apatit kristályok felszíni töltéseivel, s így a mineralizáció folyamatát befolyásolni. A proteinek között igen sok hasonlóság van, de megfigyelhetők igen jelentős eltérések is. Többszörös negatív töltésükből adódóan a biomineralizációs fehérjék szerkezete rendezetlen, s ennek foka még a transzkripciós faktorok rendezetlenségét is meghaladja. Ez a rendezetlenség, flexibilitás nemcsak magában a kölcsönhatás erősségében, de annak gyors kialakulásában is szerepet játszhat a rendkívül gyors fehérje konformáció változások következtében.
1.23. ábra - 10. ábra – Kölcsönhatások a hidroxiapatit kristály és a szabad ionok között
1.24. ábra - 11. ábra – Rendezetlenségi gyakoriság különböző biológiai funkciókat ellátó
fehérjék aminosav láncaiban
A kötőszöveti proteinek nagy része egy vagy több szénhidrát csoportot tartalmazó glükoprotein, jellemzően szialinsavat tartalmaznak. A csontok nem-kollagén fehérjéinek mintegy 10 százalékát alkotó. A szialoprotein igen savas, tömegének mintegy 20 százalékát ezek a szénhidrátok teszik ki. Ennek a csoportnak a legfontosabb tagjai a szialoprotein I (osteopontin) és a szialoprotein II, jelentős mennyiségű foszfátot is tartalmaznak.
1.25. ábra - 12. ábra – Sziálsav, a szialoproteinek fő összetevője
A peptidláncokban a glutaminsav γ helyzetű szénatomjának karboxiláz enzim által katalizált módosulása vezet γ-karboxil-glutaminsav (Gla) létrejöttéhez. Ez az enzimatikus reakció K-vitamint és bikarbonátot igényel. A Gla-csoportok kalciumkötőhelyként viselkednek. Ide tartoznak az osteokalcin (OC) és a csont Gla fehérje (bone Gla protein, BGP) éa a mátrix Gla protein (MGP). K-vitamin-hiányos állatokban a Gla fehérjék nem karboxilálódnak, s beépülésük jelentősen csökkenhet. Ebben a helyzetben azonban nem tapasztalhatók drámai változások a csont szerkezetében, némi elváltozás az epifízisekben. Ez vezetett arra a felismerésre, hogy ezek valójában gátolják, vagy legalábbis modulálják a kalcifikációt, in vitro körülmények között is lassítva a hidroxi-apatit kristályok képződését.
1.26. ábra - 13. ábra – A proteoglükánok szerkezete
A proteoglükánok A proteoglükánok konjugátumok, proteinekből és glükóz-aminoglükán szénhidrát prosztetikus csoportokból épülnek fel. A glükóz-aminoglükánok két különböző cukor ismétlődő egységeiből állnak. Az egyik alegység egy hexózamin (D-galaktózamin vagy glükózamin), ami lehet szulfatált, a másik pedig glükuronsav vagy galaktóz. Hozzájárulnak az alapállomány kocsonyás állagának fenntartásában, illetve kalcium kötő képességük révén a mineralizáció lassításában. A proteoglükánok a nem mineralizált kötőszövetben akkumulálódnak, s a mineralizációs folyamat során mennyiségük jelentősen csökken.
1.27. ábra - 14. ábra – Az γ-karboxil-glutaminsav kialakulása
A foszfoproteinekben kovalens kötéssel foszfát csoportok kapcsolódnak a fehérjelánchoz, foszfotreonin vagy foszfoszerin formájában. A foszfátionok affinitása a Ca2+-ionok iránt igen erős, a mátrixhoz kötött pedig foszfátnak döntő szerepe van a mineralizáció megindításában. Emellett foszfát donorként szerepelnek a folyamat előrehaladásában.
A csontokban a két legismertebb foszfoprotein az osteopontin és az osteonectin. A dentin foszfoproteinjei a dentin-szialo-foszfo-protein (DSPP) vagy más néven foszforforin csak foszfoszerint tartalmaz.
1.28. ábra - 15. ábra – A keményszövetek foszfoproteinjeinek legfontosabb aminosavai
A csontból és a dentinből egyaránt extrahálhatók plazmafehérjék, így az albumin és α2HS-glükoprotein koncentrálódása figyelhető meg. Ennek a jelentősége azonban nem ismert. Az inert kollagének nem játszanak közvetlen szerepet mineralizációban. A fent felsorolt nem kollagén fehérjék elsősorban szerkezeti elemként funkcionálnak, mint a mineralizálódás iniciátorai, előrehaladásának elősegítői vagy gátlói. Ugyanakkor számos más kis mennyiségben előforduló peptid és protein transzkripciós és differenciálódási faktorként, a sejtek motilitását szabályozva, vagy éppen a folyamatban enzimként szerepet játszva részese a folyamatnak.