1. Для предотвращения развития кариеса стоматологи советуют в продуктах питания сахарозу заменять на неуглеводные подсластители (аспартам, сахарин, ксилит). Обоснуйте справедливость такой рекомендации. Для этого:

а) напишите пути использования сахарозы бактериальными ферментами полости рта;

б) представьте схему процесса, который приводит к образованию молочной кислоты;

в) объясните роль конечного продукта в образовании кариеса;

г) назовите другой продукт, который образуется из сахарозы, опишите его роль в формировании зубного налета.

а) пути использования сахарозы бактериями ротовой полости зависят от её количества в пище. При низкой концентрации сахароза быстро гидролизуется до глюкозы и фруктозы, которые включаются в гликолиз, при высоком содержании в пище она не только используется как энергетический субстрат, но и превращается бактериями во внеклеточные полисахариды декстран и леван. (рис. 12.35).

б) анаэробный гликолиз (рис.6.23, правая схема, нужно указать все ферменты).

в) протоны, образующиеся при диссоциации лактата, участвуют в замещении кальция в кристаллах гидроксиапатитов эмали и даже вызывают их разрушение. Это приводит к повреждению эмали и развитию кариеса.

г) другим продуктом является декстран, который образуется под действием бактериального фермента декстрансахаразы. Фермент гидролизует сахарозу до глюкозы и фруктозы, а затем присоединяет молекулы глюкозы α-1,6-, а в точках ветвления α-1,3-гликозидной связью к растущей молекуле декстрана. Декстрансахараза специфична только к сахарозе и не катализирует полимеризацию свободных молекул глюкозы или глюкозы из других ди- и полисахаридов. Декстран – это внеклеточный липкий нерастворимый полисахарид, который играет главную роль в образовании зубного налета на гладкой поверхности зуба. Гликопротеины. клетки слущенного эпителия и декстран формируют основную среду зубного налета, которая заселяется оральными микроорганизмами, в первую очередь S.mutans.

______________________________________________-

2. Известно, что одним из факторов резистентности эмали к кариесу является значение кальциево-фосфорного коэффициента. Почему прием углеводов, в первую очередь сахарозы, снижает значение этого коэффициента? Для ответа:

а) укажите значение кальциево-фосфорного коэффициента для эмали в норме;

б) назовите процесс, происходящий в эмали, в результате которого Са/Р-коэффициент изменяется, и опишите его;

в) представьте схему процесса, который является источником ионов, снижающих резистентность эмали к кариесу.

При употреблении пищи, богатой углеводами, количество карбонатапатитов в эмали увеличивается, так как основным источником НСО₃^- в тканях зуба является аэробное окисление глюкозы, происходящее в одонтобластах и микроорганизмах зубного налёта. Накопление карбонатапатитов свыше 3-4% общей массы гидроксиапатитов приводит к развитию кариеса.

а) если строение основного апатита соответствует формуле Ca₁₀ (PO₄)₆(OH)₂, то соотношение Cа/Р равно 1,67.

б) В гидроксиапатитах эмали зуба на уровне элементарных ячеек кристаллов происходят интенсивные изоморфные замещения. Эти процессы возможны благодаря важнейшему свойству эмали – проницаемости. Размеры имеющихся пор позволяют проникать в эмаль различным ионам, которые адсорбируются на её поверхности. Однако только небольшое количество ионов может включаться в структуру апатитов, это Ca²⁺, РО₄^3-, F^-, Sr²⁺, Cl^-. Реакции изоморфного замещения протекают очень медленно и условно подразделяются на 3 стадии. На I стадии в течение нескольких минут возможен обмен ионов между тканью межпризменного пространства и гидратной оболочкой кристаллов. На II стадии ионы, проходя гидратную оболочку, диффундируют в поверхностные слои кристаллов. На III стадии происходит перемещение ионов из поверхностного слоя в глубь кристаллов.

в) аэробное оксиление глюкозы (гликолиз + ОПК) (рис.6.18, 5.16, 5.17)

3. По сообщениям ученых университета Северной Каролины, новым направлением в предотвращении и лечении пародонтопатий может стать применение гистатинов. Объясните, почему именно эти белки привлекли внимание ученых, разрабатывающих новые методы лечения. Для этого:

а) назовите уникальные белки слюнных желез и укажите особенности их строения;

б) опишите функции этих белков и предположите, какая из них в большей степени вызвала интерес ученых.

а) Гистатины – низкомолекулярнве белки с выскоим содержанием гистидина поступают в слюну в составе секретов околоушных и поднижнечелюстных желез.

б) – связываясь с кристаллами гидроксиапатитов эмали гистатиты участвуют в формировании пелликулы зуба;

- взаимодействуя с фосфатами, они ингибируют рост кристаллов ГАП в слюне;

- инактивируют протеазы, секретируемые микроорганизмами ротовой полости;

- их бактерицидное свойство основано на способности образовывать в клеточной мембране бактерий спиралевидную структуру, это увеличивает её проницаемость и вызывает гибель микроорганизмов. Наиболее активно эта защитная функция проявляется у гистатинов в отношении С.Albicans. Именно эта функция привлекла внимание ученых.

_________________________________________________________________________

4. Одно из клинических проявлений цинги – кровоизлияния в кожу и слизистые. Объясните, недостаток какого витамина приводит к этому заболеванию. Для ответа:

а) назовите этот витамин и его функцию в формировании основного белка межклеточного матрикса;

б) напишите реакции, скорость которых снижается при недостатке этого витамина;

в) укажите вещества, необходимые для протекания этих реакций;

г) на схеме образования тропоколлагена укажите, на каком этапе его формирования протекают эти реакции.

а) недостаток витамина С (аскорбиновой кислоты). Принимает участие в реакциях гидроксилирования пролина и лизина. Остатки гидроксипролина участвуют в образовании водородных связей, стабилизирующих трехспиральную структуру коллагена. Присутствующие в молекуле лизин и гидроксилизин необходимы для образования ковалентных связей при сборке коллагеновых фибрилл. Гидроксилирование лизина очень важно для последующего образования ковалентных связей между молекулами коллагена при сборке коллагеновых фибрилл. При цинге – заболевании, вызванном недостатком витамина С, нарушается гидроксилирование остатков пролина и лизина. Образуются менее прочные и стабильные коллагеновые волокна, что приводит к большой хрупкости и ломкости кровеносных сосудов с развитием цинги. Клинически картина цинги характеризуется возникновением множественных точечных кровоизлияний под кожу и слизистые оболочки, кровоточивостью дёсен, выпадением зубов, анемией.

б) (рис.11.9).

в) кислород и α-кетоглутарат

г) рис.11.8 (витамин С необходим на стадии гидроксилирования пролина и лизина).

5. Одними из наиболее известных противокариозных средств защиты являются фториды. Они могут поступать в эмаль с питьевой водой или непосредственно на поверхность зуба при использовании фторидсодержащих зубных паст. Имея информацию о высоком спросе на фторидсодержащие зубные пасты, производители жевательной резинки решили тоже включить в состав своей продукции фториды. Однако после консультации с врачами-стоматологами они были вынуждены отказаться от этой идеи. Почему стоматологи запретили использовать фториды в составе жевательной резинки? Для ответа на вопрос, объясните:

а) механизм противокариозного действия фторидов;

б) почему применение фторидсодержащих зубных паст полезно, а использование жевательной резинки, содержащей фториды опасно для зубов;

в) к каким последствиям могло привести использование такой продукции детьми и подростками.

А) появление в небольших количествах фтора в кристаллической структуре апатита повышает его плотность и устойчивость к разрушению, например при снижении рН.

Ca₁₀ (PO₄)₆(OH)₂ + F^- → Ca₁₀ (PO₄)₆ F(OH) + OH^- (гидроксифторапатит)

Ca₁₀ (PO₄)₆ F(OH) + F^- → Ca₁₀ (PO₄)₆ F₂ + OH^- (фторапатит)

б)Длительное жевание резинки приведет к повышению концентрации фтористых соединений в слюне. Поступление в эмаль высоких концентраций фтора приводит к образованию фторида кальция, практически нерастворимого вещества, которое исчезает с поверхности зубов при рН>7,0. Вместе с фтором эмаль теряет ионы кальция.

в) избыточное содержание F^- в воде и почве сопровождается разрушением апатитов зубов и развивается флюороз.

________________________________________________________

6. Известно, что многие синтетические курареподобные лекарственные средства – структурные аналоги ацетилхолина при приеме внутрь вызывают ксеростомию. Объясните это явление. Для этого представьте схему регуляции секреции слюны и поясните:

а) как курареподобные лекарственные средства влияют на активность связывания ацетилхолина с рецептором, укажите механизм их действия;

б) причину ксеростомии при приеме лекарств, которые являются структурными аналогами ацетилхолина;

в) влияние снижения скорости секреции слюны на состояние микробной флоры полости рта.

а) Активность связывания ацетилхолина с рецептором снижается, механизм конкурентного обратимого ингибирования.

б) регуляция секреции слюны осуществляется с участием нейромедиаторов. Этот путь представлен парасимпатическими и симпатическими волокнами. Ацетилхолин, выделяющийся при раздражении парасимпатической системы, взаимодействует с рецепторами слюнной железы и вызывает выделение большого количества жидкой слюны, которая содержит много солей и мало органических веществ. При возбуждении симпатических волокон высвобождается норадреналин, который стимулирует секрецию небольшого количества густой вязкой слюны, в состав которой входит мало солей и много органических веществ. От соотношения сигналов управления зависит скорость секреции, количество и состав секрета.(рис. 12.4). При снижении активности ацетилхолиновых рецепторов остается один путь - через норадреналин, который дает мало слюны и она – вязкая.

в) при снижении секреции слюны количество микроорганизмов в полости рта увеличивается,

7. Стоматолог, запломбировав все кариозные полости, рекомендовал пациентке есть меньше сладкого, так как избыток сахарозы и глюкозы в пище изменяет рН слюны и может ускорить разрушение эмали. Обоснуйте рекомендацию врача, объяснив, как изменяется рН слюны при избытке легкоусвояемых углеводов в пище и как изменение рН влияет на активность ферментов слюны. Для этого:

а) укажите значение рН слюны в норме;

б) перечислите ферменты слюны, активация которых может привести к разрушению эмали и пародонта;

в) поясните роль этих ферментов в развитии патологических процессов в ротовой полости.

а) рН слюны в норме составляет 6,8 – 7,4.

б-в) В смешанной слюне присутствуют гликозидазы, которые поступают в слюну в составе секрета слюнных желез (лизоцим), секретируются микроорганизмами или имеют лизосомное происхождение.

Лизоцим гидролизует углеводную составляющую бактериальной стенки, что вызывает гибель микроорганизма. Заживление ран слизистых оболочек ротовой полости, имеющих контакт с большим количеством различных микроорганизмов, в том числе и патогенных, зависит от активности лизоцима слюны.

Гликозидазы бактериального и лизосомного происхождения могут гидролизовать углеводную составляющую: 1) протеинов слюны (что снизит защитные функции слюны), 2) гликолипидов и гликопротеинов мембран клеток эпителия ротовой полости (что приведёт в конечном счёте к нарушению их функций).

Бактериальный ферменты β-глюкуронидаза, нейраминидаза и гиалуронидаза наиболее активны в кислой среде. Изменение рН слюны в кислую сторону способствует активации этих ферментов, возрастает вероятность разрушения структурных молекул соединительной ткани пародонта – гиалуроновой кислоты, хондроитинсульфатов и дерматансульфатов и развития гингивита. Повышение активности β-глюкуронидазы представляет опасность для муцинов, так как фермент расщепляет их углеводную составляющую. Нарушение структуры пелликулы, в которой основную роль играет муцин, увеличивает вероятность разрушения эмали и развития кариеса.

Кислая фосфатаза попадает в смешанную слюну в составе секрета больших слюнных желез, а также из бактерий, лейкоцитов и эпителиальных клеток. Активность фермента в слюне, как правило увеличивается при пародонтите, гингивите, кариесе.

___________________________________________________________

8. Несовершенный (наследственный) амелогенез возникает в результате мутаций в генах белков, участвующих в формировании эмали. Чем можно объяснить появление ошибок в структуре этих генов? При ответе на вопрос:

а) укажите ферменты матричного процесса, которые должны исправлять нарушения структуры ДНК в норме.

б) изобразите схему процесса, в котором участвуют эти ферменты и опишите механизм их действия;

в) назовите известные вам белки эмали, опишите особенности их строения.

а) ферменты репарации (эндонуклеаза, эзконуклеаза, ДНК-полимераза-β, ДНК-лигаза.

б) рис. 3.11.(описание схемы дается в тексте учебника)

в) 90% белков эмали составляет амелогенин, имеющий низкую молекулярную массу, остальные 10% представлены энамелином, тафтелином, амелином, последний составляет более 5%. Амелогенины – гликофосфопротеины, на 25-30% состоящие из пролина, содержат также много гистидина, глутамина и лейцина. Энамелин фосфорилируется в ходе посттрансляционных модификаций, что обеспечивает его связь с минеральным компонентом эмали. Углеводная составляющая амелогенина и энамелина представлена в основном остатками сиаловой кислоты, галактозамина и глюкозамина. Тафтелин – фосфорилированный гликопротеин, участвует в образовании центров кристаллизации на начальной стадии минерализации эмали.

9. В Забайкалье вдоль берегов реки Уров местность загрязнена радионуклидами, в частности стронция (Sr⁴⁰). У местных жителей и животных наблюдают частые переломы и недоразвитости конечностей. Объясните влияние радиоактивного стронция на прочность костной ткани. Для этого:

а) представьте формулу основного апатита костной ткани у здорового человека;

б) опишите изменения, происходящие в структуре гидроксиапатитов жителей этой местности, подтвердив соответствующей реакцией;

в) укажите значение коэффициента Ca/P в норме и его изменение при данной патологии;

г) приведите примеры замещения других ионов апатитов кости, как изменяется их устойчивость и прочность;

д) назовите условия, определяющие интенсивность таких превращений.

а) Ca₁₀ (PO₄)₆(OH)₂

б) При недостатке в пище и питьевой воде кальция стронций активно усваивается организмом и занимает его место в кристалле гидроксиапатита.

Ca₁₀ (PO₄)₆(OH)₂ + Sr²⁺→ Ca₉Sr(PO₄)₆(OH)₂ +Ca²⁺

в) Для биогенных апатитов, образованных в организме человека, молярный коэффициент Са /P варьирует от 1,33 до 2,0. При замещении кальция на стронций этот коэффициент снижается,

г)Пример.Важное значение имеет участие F^- в изоморфном замещении, при этом образуются гидроксифторапатиты и фторапатиты.

Ca₁₀ (PO₄)₆(OH)₂ + F^- → Ca₁₀ (PO₄)₆ F(OH) + OH^-

Ca₁₀ (PO₄)₆ F(OH) + F^- → Ca₁₀ (PO₄)₆ F₂ + OH^-

С образованием новых фтористых соединений меняется кристаллическая решетка, повышается её плотность, уменьшается пространство между кристаллами, снижается проницаемость эмали. Повышается устойчивость эмали к кариесу и неблагоприятным воздействиям, например снижению рН слюны.

д) присутствие заместителей и кальция в пище и воде, наличие заболеваний типа сахарного диабета (ацидоз) и т.п.

Карбонатапатиты эмали могут образовываться как в поверхностных слоях, так и в непосредственной близости от эмалево-дентинной границы. Основным источником HCO₃^- в тканях зуба является аэробное окисление глюкозы, происходящее в одонтобластах и микроорганизмах зубного налета. Поэтому при употреблении пищи, богатой углеводами, количество карбонатапатитов в эмали увеличивается. Накопление этих соединений свыше 3-4% от общей массы ГАП приводит к развитию кариеса.