牙菌斑的生物化学

牙菌斑的生物化学Thechemistryofplaque菌斑的形成过程•牙菌斑的化学组成Thechemicalcompositionofdentalplaque•牙菌斑内的主要物质代谢Themetabolismofdentalplaque•牙菌斑内的矿物质转换Thetransformationofmineralcomponentindentalplaque牙菌斑的化学组成有机成分:蛋白质40－50％(干重)碳水化合物13-18%(干重)脂质10-14%(干重)无机成分：CaPKNa少量FMg水：70－80％（w/w)牙菌斑的主要物质代谢碳水化合物代谢(carbohydratemetabolism)(糖代谢)分解代谢合成代谢氮原化合物代谢糖分解代谢途径•糖酵解途径，Embden-Meyerhofpathway,EMP•磷酸戊糖途径，Hexose-Monophosphatepathway,HMP•ED途径•PK途径丙酮酸2OH4OOHOHHOCH2OH1356葡萄糖glucoseEmbden-Meyerhofpathway,EMP糖酵解途径glycolysispathwayOOHOHHOOHCH2OH123456OOHOHHOOHH2COP葡萄糖激酶ATPADPCH2OHC=OCHOHCHOHCHOHCH2O-P葡萄糖G-6-PF-6-PCH2O-PC=OCHOHCHOHCHOHCH2O-P磷酸果糖激酶ATPADP1,6-二磷酸果糖果糖二磷酸醛缩酶CH2O-PC=OCH2OHCH2OHCHOHCH2O-P磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛磷酸葡萄糖异构酶CH2OHCHOHCH2O-P3-磷酸甘油醛3-磷酸甘油醛脱氢酶NAD＋NADH＋H＋COOCHOHCH2O-P~P1,3-二磷酸甘油酸ADPATP3-磷酸甘油酸激酶COO－CHOHCH2O-P3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶COO－CHO-PCH2OH2-磷酸甘油酸烯醇酶Mg2+COO－CO~PCH2磷酸烯醇式丙酮酸PEP丙酮酸激酶COO－C＝OCH2OH丙酮酸ADPATPOOHOHHOOHCH2OH123456OOHOHHOOHH2COP葡萄糖激酶ATPADPCH2OHC=OCHOHCHOHCHOHCH2O-P葡萄糖G-6-PF-6-PCH2O-PC=OCHOHCHOHCHOHCH2O-P磷酸果糖激酶ATPADP1,6-二磷酸果糖果糖二磷酸醛缩酶CH2O-PC=OCH2OHCH2OHCHOHCH2O-P磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛磷酸葡萄糖异构酶CH2OHCHOHCH2O-P3-磷酸甘油醛3-磷酸甘油醛脱氢酶NAD＋NADH＋H＋COOCHOHCH2O-P~P1,3-二磷酸甘油酸ADPATP3-磷酸甘油酸激酶COO－CHOHCH2O-P3-磷酸甘油酸COO－CHO-PCH2OH2-磷酸甘油酸烯醇酶Mg2+COO－CO~PCH2磷酸烯醇式丙酮酸PEP丙酮酸激酶COO－C＝OCH2OH丙酮酸ADPATP磷酸甘油酸变位酶葡萄糖转变为丙酮酸四条途径的区别代谢途径关键酶产生丙酮酸存在细菌生理意义EMP磷酸果糖激酶全部产生丙酮酸广泛产生ATPHMP6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶无法直接产生广泛提供生物合成嘧啶、嘌呤等所需前体ED2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸醛缩酶可部分产生广泛同HMPPK磷酸乙酮醇酶可部分产生少数少数细菌利用葡萄糖的途径各种细菌的糖代谢途径•兼性厌氧菌，如链球菌EMP为主，辅以HMP途径•同(纯)发酵乳杆菌，如嗜酸乳杆菌、唾液乳杆菌EMP为主•异(杂)发酵乳杆菌，如发酵乳杆菌PK为主•兼性异(杂)发酵乳杆菌，如干酪乳杆菌、胚芽乳杆菌兼有EMP和PK途径•双歧杆菌没有完全的EMP途径，主要靠PK途径•少数革兰氏阴性菌只通过ED途径降解葡萄糖。其它糖的代谢蔗糖葡萄糖＋果糖蔗糖酶果糖、乳糖、半乳糖诱导酶磷酸果糖激酶EMP淀粉糊精唾液淀粉酶麦芽糖葡萄糖糖发酵终末产物的特点1.在菌斑表层，有氧存在，主要为有氧分解，丙酮酸进入三羧酸循环生成CO2和水，产能。在菌斑深层，缺氧，无氧发酵。2.细菌种类不同，终末产物也不同。在链球菌、乳杆菌和双歧杆菌，丙酮酸可降解成乳酸、乙酸、乙醇和甲酸。放线菌可将丙酮酸降解为琥珀酸、乳酸、甲酸、乙酸、乙醇和二氧化碳。韦荣菌可使丙酮酸形成琥珀酸、乙酸、丙酸。梭杆菌、梭状芽胞杆菌和优杆菌可产生丁酸。糖发酵终末产物的特点3.同一种细菌在不同环境中，其代谢产物不同如链球菌，在外源性糖丰富时，可经乳酸脱氢酶作用生成大量乳酸。在外源性糖不足时，细菌可通过丙酮酸甲酸裂解酶通路获取能量。放线菌在CO2缺乏时，可形成乳酸，但在有CO2时，可形成琥珀酸、甲酸、乙酸。4．代谢的终末产物可被一些细菌进一步降解，使环境的酸度发生改变。例如，韦荣菌能利用乳酸生成乙酸和丙酸，丙酸和乙酸，使pH升高。糖的合成代谢Carbohydrateanabolismofdentalplaque1.糖合成代谢的途径该途径在细胞内进行，外源性糖丰富时，将环境中的糖转化为胞内多糖(细胞内多糖(intracellularpolysaccharide,ICP，主要是糖原)贮存在于细胞内。2.细胞外途径：在细胞外，通过糖基转移酶(即胞外多糖合成酶)的作用把一个糖分子从糖苷转移到另一个糖苷上，合成细胞外多聚糖(extracellularpolysaccharide,ECP)。变链菌致病因子致病物质作用1)菌体表面物质脂磷壁酸(LTA)，蛋白质，多糖粘附2)与致病有关的酶i)葡萄糖基转移酶(GTF)蔗糖—非水溶性葡聚糖粘附ii)蔗糖—水溶性葡聚糖产酸的基质(2)果糖基转移酶(FTF)蔗糖—果聚糖产酸的基质(3)葡聚糖酶葡聚糖—低聚糊精糖产酸的基质(4)果聚糖酶果聚糖—低聚果糖产酸的基质(5)蔗糖酶蔗糖—葡萄糖十果糖产酸的基质3)酸的产生糖酵解产乳酸脱矿4)细胞内多糖形成支链淀粉产酸的基质5)耐酸性细菌在酸性环境内生存、增殖GTF与FTF的特性：1.对蔗糖的高度特异性2.广泛的pH适应度3.为细菌固有酶葡糖基转移酶(glucosyltransferase,GTF)果糖基转移酶(fructosyltransferase,FTF)C12H22O11(C6H10O5)n+C6H12O6GTF蔗糖葡聚糖果糖C12H22O11(C6H10O5)n+C6H12O6FTF蔗糖果聚糖葡萄糖2OH4OOHHOCH2OH13524OOOHHOCH2OH135O2OH4OOHHOCH2OH13524OOOHHOCH2OH135O24OOOHHOCH2135葡聚糖结构………………细胞内外多糖在龋病发病中的作用：•参与并加速菌斑的形成•生物屏障作用•能量储存形式氮源化合物的代谢作用•为细菌生长提供必需的氨基酸•提供能量（氨基酸的产量大于其需要量时）•产生的碱性产物对牙菌斑的pH有重要的调节作用牙菌斑内矿物质转换Thetransformationofmineralcomponentindentalplaque菌斑内矿物质浓度高于唾液的原因：菌斑为一离子屏障，可阻挡牙面离子向外扩散菌斑基质中的蛋白可与钙、磷、氟等无机离子结合菌斑中的细菌亦有结合某些离子的能力菌斑pH与龋病pHandcaries菌斑中各种磷酸盐的存在形式羟磷灰石Ca10(PO4)6OH2磷酸氢钙CaHPO4磷酸八钙Ca8(HPO4)2(PO4)4˙5H2O磷酸三钙Ca3(PO4)2二水磷酸氢钙CaHPO4˙2H2O氟磷灰石Ca10(PO4)6F2牙结石的成分羟磷灰石58%Ca10(PO4)6OH2白钙磷石21%磷酸八钙21%Ca8(HPO4)2(PO4)4˙5H2O二水磷酸氢钙9%CaHPO4˙2H2O菌斑内磷灰石的溶解性与菌斑pH的关系1.pH与唾液pH相似－磷酸钙饱和且稳定2.pH降低－磷酸钙溶解3.pH升高－磷酸钙沉积