›

Минерализующая. Муцин и слезная пленка глаза Органические компоненты смешанной слюны

Особенности состава, свойства, зависимость от стимуляции слюноотделения. Физиологическая роль слюны.
Смешанная слюна(ротовая жидкость) представляет собой вязкую(по причине присутствия гликопротеинов) жидкость.Колебания рН слюны зависят от гигиенического состояния полости рта, характера пищи, скорости секреции. При низкой скорости секреции рН слюны сдвигается в кислую сторону, при стимуляции слюноотделения- в щелочную.
Слюна продуцируется тремя парами крупных слюнных желез и множеством мелких железок языка, слизистой оболочки неба и щек. Из желез по выводным протокам слюна поступает в полость рта. В зависимости от набора и интенсивности секреции разных гландулоцитов в железах они выделяют слюну разного состава. Околоушные-25% и малые железы боковых поверхностей языка, содер­жащие большое количество серозных клеток, секретируют жидкую слюну с высокой концентрацией хлоридов натрия и калия и высо­кой активностью амилазы. Выделяют жидкий белковый секрет. Мелкие слюнные железы вырабатывают более густую и вязкую слюну, содержащую гликопротеины. Секрет поднижнечелюстной железы-70% (смешанный белково-слизистый секрет) богат органическими веществами, в том числе муци­ном, содержит амилазу, но в меньшей концентрации, чем слюна околоушной железы. Слюна подъязычной железы3-4% (смешанный белково-слизистый секрет) еще более богата муцином, имеет выраженную щелочную реакцию, высокую фосфатазную активность. Секрет слизистых желез, рас­положенных в корне языка и неба, особенно вязок из-за высокой концентрации муцина. Здесь же есть и мелкие смешанные железы. Количество выделяемой слюны изменчиво и зависит от состояния организма, вида и запаха пищи.
Физиологическая роль слюны.
-смачивание и размягчение пищи
-смазывающая функция
-переваривающая
-защитная
-минерализация эмали
-поддержание оптимального рН
-регуляторная
-выделительная

2. Ферменты слюны-альфа амилаза , лизоцим, пероксидаза, фосфатаза, пептидилпептидаза и др. Их происхождение и значение.
Амилаза
-Кальций-содержащий металлофермент.
- Гидролизует внутренние  1,4-гликозидные связи в крахмале и подобных полисахаридах.
- Имеется несколько изоферментов  -амилазы.
- Мальтоза – главный конечный продукт переваривания.
-выделяется с секретом паротидной железы и губных мелких желез
-не связана с возрастом, но меняется в течении суток и зависит от приема пищи
Лизоцим
- Глобулярный белок с мол. массой 14 kDa.

Секретируется эпителиальными клетками протоков слюнных желез и нейтрофильными лейкоцитами.

Действует как антимикробный агент в отношении грам+ и грам- бактерий, грибов и некоторых вирусов.

Механизм антимикробного эффекта связан со способностью лизоцима гидролизовать гликозидную связь между N-ацетилглюкозамином и N-ацетилмурамовой кислотой
-(NANA-NAМA) в полисахаридах клеточных стенок бактерий.

Пероксидаза и каталаза
-железо-порфириновые ферменты антибактериального действия
-окисляют субстраты, используя перекись водорода в качестве окислителя
-пероксидаза слюны имеет несколько изоформ
-слюна отличается высокой активностью пероксидазы
-источником миелопероксидазы являются нейтрофильные лейкоциты
-каталаза имеет бактериальное происхождение
-катаза расщепляет перекись водорода, образуя кислород и воду
Щелочная фосфатаза
-гидролизует эфиры фосфорной кислоты
-активирует минерализацию костной ткани и зубов
-источником фермента являются подъязычные железы
Кислая фосфотаза
-источником являются околоушные железы, лейкоциты и микроорганизмы
-существуют 4 изоформы кислой фосфатазы
-активирует процессы деминерализации тканей зубов и резорбцию костной ткани пародонта
Каброангидраза
-относится к классу лиаз
-катализирует расщепление связи С-О в угольной кислоте, что приводит к образованию молекул СО2 и Н2О
-ее концентрация очень низка во время сна и растет в дневное время, после пробуждения и завтрака
-регулирует буферную емкость слюны
-ускоряя удаление кислот с поверхности зуба, она защищает эмаль зубов от деминерализации
Цистатины
- Семейство из 8 белков, образующихся из общего предшественника.
- Являются фосфопротеинами с молекулярной массой 9-13 kDa.
- Содержат различные группы, обладающие свойствами мощных ингибиторов бактериальных протеиназ.
- 2 типа цистатинов обнаружены в составе зубной пелликулы.
Нуклеазы(РНК-азы и ДНК-азы)

Играют важную роль в осуществлении защитной функции смешанной слюны
-источником являются лейкоциты
-в слюне обнаружены кислые и щелочные РНК-азы и ДНК-азы, отличающиеся разнообразными функциями
-при некоторых воспалительных процессах мягких тканей полости рта их количество увеличивается


3. Небелковые низкомолекулярные компоненты слюны: глюкоза, карбоновые кислоты, липиды, витамины и др.

4. Неорганические компоненты слюны, их распределение в слюне стимулированной и нестимулированной, катионный и анионный состав. Кальций, фосфор, роданиды. рН слюны. Буферные системы слюны. Причины и значение ацидотического сдвига рН.
Неорганические компоненты, входящие в состав слюны, представлены анионами Cl, PO4, HCO3, SCN, I, Br, F, SO4, катионами Na, K, Ca, Mg и микроэлементами Fe, Cu, Mn, Ni, Li, Zn, Cd, Pb, Li и др. все минеральные макро-микроэлеменьы находятся как в виде простых ионов, так и в составе соединений -солей, белков и хелатов.
Анионы НСО3 экскретируется посредством активного транспорта из околоушной и поднижнечелюстной слюнных желез и определяют буферную емкость слюны. Концентрация НСО3 слюны «покоя» составляет 5 ммоль/л, а в стимулированной-60 ммоль/л.
В смешанную слюну ионы Na и K поступают с секретом околоушных и подчелюстных слюнных желез. Слюна из подчелюстных желез содержит 8-14 ммоль/л К и 6-12 ммоль/л Na. В паротидной слюне определяется еще большее количество К- около 25-49 ммоль/л и значительно меньше натрия - всего 2-8 ммоль/л.

Слюна перенасыщена ионами фосфора и кальция. Фосфат содержится в двух формах: в виде «неорганического» фосфата и связаного с белками и другими соединениями. Содержание общего фосфата в слюне достигает 7,0 ммоль/л, из них 70-95% приходится на долю неорганического фосфата (2,2-6,5 ммоль/л), который представлен в виде моногидрофосфата - НРO 4 - и дигидрофосфата - Н 2 РО 4 - . Концентрация моногидрофосфата изменяется от уровня ниже 1 ммоль/л в слюне «покоя» до 3 ммоль/л в стимулированной слюне. Концентрация дигидрофосфата слюны «покоя» достигает 7,8 ммоль/л, а в стимулированной слюне его становится меньше 1 ммоль/л.

Содержание кальция в слюне различно и колеблется от 1,0 до 3,0 ммоль/л. Кальций, как и фосфаты, находится в ионизированной форме и в соединении с белками. Существует коэффициент соотно- шения Са 2+ /Са общий, который равен 0,53-0,69.
Такая концентрация кальция и фосфатов необходима для поддержания постоянства тканей зуба. Этот механизм протекает через три основных процесса: регуляцию рН; препятствие в растворении эмали зуба; включение ионов в минерализованные ткани.

Увеличение в плазме крови до нефизиологических величин ионов тяжёлых металлов сопровождается их выведением через слюнные железы. Поступившие со слюной в ротовую полость ионы тяжёлых металлов взаимодействуют с выделенными микроорганизмами молекулами сероводорода и образуются сульфиды металлов. Так появляется «свинцовая кайма» на поверхности эмали зубов.

При разрушении мочевины уреазой микроорганизмов в смешанную слюну освобождается молекула аммиака (NH 3). Тиоцинаты (SCN - , роданиды) поступают в слюну из плазмы крови. Тиоцианиты образуются из синильной кислоты с участием фермента роданезы. В слюне курильщиков содержится в 4-10 раз больше роданидов, чем у некурящих. Их количество также может возрастать при воспалении пародонта. При распаде йодтиронинов в слюнных железах освобождаются иодиды. Количество иодидов и тиоцианатов зависит от скорости слюноотделения и снижается при увеличении секреции слюны.

Буферные системы слюны.
Буферными системами называют такие растворы, которые способны сохранять постоянство рН-среды при их разбавлении или добавлении небольшого количества кислот, оснований. Уменьшение рН называют ацидозом, а увеличение - алкалозом.
Смешанная слюна содержит три буферных системы: гидрокарбонатную, фосфатную и белковую. Вместе эти буферные системы формируют первую линию защиты против кислотных или щелочных воздействий на ткани полости рта. Все буферные системы полости рта имеют различные пределы ёмкости: фосфатная наиболее активна при рН 6,8-7,0, гидрокарбонатная при рН 6,1-6,3, а белковая обеспечивает буферную ёмкость при различных значениях рН.

Основной буферной системой слюны является гидрокарбонатная , которая представляет собой сопряжённую кислотно-основную пару, состоящую из молекулы H 2 CO 3 - донора протона, и гидрокарбонатиона НСО 3 - акцептора протона.

Во время приёма пищи, жевания буферная ёмкость гидрокарбонатной системы обеспечивается на основе равновесия: СО 2 + Н 2 О = НСО 3 + Н + . Жевание сопровождается повышением слюноотделения, что приводит к уве-

личению концентрации гидрокарбоната в слюне. При добавлении кислоты фаза перехода СО 2 из растворённого газа в свободный (летучий) газ значительно возрастает и увеличивает эффективность нейтрализующих реакций. В силу того, что конечные продукты реакций не накапливаются , происходит полное удаление кислот. Этот феномен получил название «буфер-фаза».

При длительном стоянии слюны происходит потеря СО 2 . Э та особенность гидрокарбонатной системы называется стадией буферизации, и она продолжается до тех пор, пока не израсходуется больше 50% гидрокарбоната.

После воздействия кислот и щелочей H 2 CO 3 быстро распадается до CO 2 и H 2 O. Диссоциация молекул угольной кислоты происходит в две стадии:

H 2 CO 3 + H 2 O HCO 3 - + H 3 O + HCO 3 - + H 2 O CO 3 2- + H 3 O +

Фосфатная буферная система слюны представляет собой сопряжён- ную кислотно-основную пару, состоящую из иона дигидрофосфата H 2 PO 2- (донор протона) и иона моногидрофосфата - HPO 4 3- (а к ц е п т о р протона). Фосфатная система менее эффективна по сравнению с гидро- карбонатной и не имеет эффекта «буфер-фазы». Концентрация HPO 4 3- в слюне не определяется скоростью слюноотделения, поэтому ёмкость фосфатной буферной системы не зависит от приёма пищи или жевания.

Реакции компонентов фосфатной буферной системы с кислотами и основаниями происходят следующим образом:

При добавлении кислоты: HPO 4 3- + H 3 O + H 2 PO 2- + H 2 O

При добавлении основания: H 2 PO 2- + ОН - HPO 4 3- + H 2 O

Белковая буферная система имеет сродство к биологическим процессам, протекающим в полости рта. Она представлена анионными и катионными белками, которые хорошо растворимы в воде. Эта буферная система включает более 944 различных белков, но до конца не известно, какие именно белки участвуют в регуляции кислотно-основного равновесия. Карбоксильные группы радикалов аспартата, глутамата, а также радикалы цистеина, серина и тирозина являются донорами протонов

В связи с этим белковая буферная система эффективна как при pH 8,1, так и pH 5,1.

рН слюны «покоя» отличается от рН стимулированной слюны. Так, нестимулированный секрет из паротидной и поднижнечелюстной слюнных желёз имеет умеренно кислый рН (5,8), который увеличивается до 7,4 при последующей стимуляция. Этот сдвиг совпадает с увеличением в слюне количества НСО 3 - до 60 ммоль/л.

Благодаря буферным системам у практически здоровых людей уровень pH смешанной слюны восстанавливается после еды до исход- ного значения в течение нескольких минут. При несостоятельности буферных систем pH смешанной слюны снижается, что сопровождается увеличением скорости деминерализации эмали и инициирует развитие кариозного процесса.

На pH слюны в большой степени влияет характер пищи: при приё- ме апельсинового сока, кофе с сахаром, клубничного йогурта pH снижается до 3,8-5,5, в то время как употребление пива, кофе без сахара практически не вызывают сдвигов pH слюны.
Причины:
Обычно продукты окисления органических кислот быстро удаляются из организма. При лихорадочных заболеваниях , кишечных расстройствах, беременности ,голодании и др. они задерживаются в организме, что проявляется в лёгких случаях появлением в моче ацетоуксусной кислоты и ацетона (т. н. ацетонурия ), а в тяжёлых (например, при сахарном диабете ) может привести к коме .
5. Белки слюны. Общая характеристика. Муцин, иммуноглобулины, другие гликопротеины. Специфические белки слюны. Роль белков в функциях слюны.
Ряд белков слюны синтезируются слюнными железами. Они представлены муцином, белками богатыми пролином, иммуноглобулинами, паротином, лизоцимом, гистатинами, цистатинами, лактоферинном и др. белки имеют разную молекулярную массу, наибольшей обладают муцины и секреторный иммуноглобулин А. Эти белки слюны на слизистой оболочке полости рта формируют пелликулу, которая обеспечивает смазку, защищают слизистую оболочку от воздействия факторов внешней среды и протеолитических ферментов, выделяемых бактериями и разрушенными полиморфоядерными лейкоцитами, а также предотвращают ее высушивание.
Муцины

Глобулярные белки
-Муцины весьма гидрофильны (устойчивы к дегидратации).
-Обладают уникальными реологическими свойствами (высокой вязкостью, эластичностью, адгезивностью при низкой растворимости).
-Различают 2 главных типа муцинов (MG1 и MG2).
-Выстраиваясь в одном направлении с потоком жидкости, молекулы муцинов служат в качестве биологической смазки, снижая силу трения движущихся элементов ротовой полости.
-Могут прикрепляться к полисахаридам мембран бактерий, создавая муциновую оболчку вокруг клеток бактерий, и, таким образом, прекращать их агрессивное действие.
-Муцины являются главными структурными компонентами зубной пелликулы.

Иммуноглобулины (Ig)

- Антитела являются иммуноглобулинами плазмы крови (γ-глобулины).

Образуются в клетках иммунной системы (лимфоциты).

Все основные типы (IgA, IgM, IgG, Ig D, IgE) обнаружены в ротовой жидкости.

Нейтрализуют антигены бактерий и вирусов.

Основными структурными единицами являются 2 тяжелые и

2 легкие цепи, соединенные межцепочечными дисульфидными связями.

Оба типа цепей содержат вариабельные концы, участвующие в узнавании и связывании антигенов.

Гистатины

Семейство из 12 гистидин-богатых пептидов.

Секретируются околоушными и подчелюстными железами.

Остатки отрицательно заряженных аминокислот располагаются вблизи С-конца.

Принимают участие в образовании зубной пелликулы.

Ингибируют рост кристаллов гидроксиапатитов.

Мощные ингибиторы бактериальных протеиназ.
Лактоферрин

Гликопротеин, входящий в состав многих жидкостей тела.

Наибольшая концентрация лактоферрина имеет место в слюне и молозиве.

Лактоферрин выполняет защитную функцию , т.к. связывает Fe 3+ ионы, необходимые для роста и размножения бактерий.

Лактоферрин способен изменять редокс-потенциал бактерий, что также приводит к бактериостатическому эффекту.

Пролин-богатые белки (PRPs)

Подобно статерину, также асимметричные молекулы

Ингибируют рост кристаллов фосфата кальция

Ингибирование обусловлено 30 остатками отрицательно заряженных аминокислот вблизи N-конца.

PRPs способствуют адгезии бактерий на поверхности эмали:

С-конец ответственен за высокоспецифичное взаимодействие с бактериями ротовой жидкости,

Пролин-глутамильный дипептидный фрагмент, локализованный на С-конце, выполняет эту функцию
α - и β-дефензины

Цистеин-богатые пептиды с преимущественно β-складчатой структурой.

Вырабатываются лейкоцитами.

Действуют как антимикробные агенты в отношении грам+ и грам- бактерий, грибов и некоторых вирусов.

Могут образовывать каналы в микробных клетках и ингибировать в них синтез белков.
Кателицидины

Пептиды с преимущественно α-спиральной структурой.

Обнаружены в слюне, слизистых секретах и коже.

Могут образовывать ионные каналы в бактериальных клетках и ингибировать синтез белка.
6. Десневая жидкость. Особенности ее химического состава.
-Продуцируется в десневом желобке.

Состав аналогичен интерстициальной жидкости

Интактная десна вырабатывает ДЖ со скоростью 0.5-2.4 мл/сутки

Нормальная глубина десневого желобка - 3 мм или менее.

При пародонтите глубина этого желобка становится больше,чем 3 мм. В этом случае его называют десневым карманом.

Состав ДЖ:
1.Клетки

Слущенные эпителиальные клетки,

Нейтрофилы,

Лимфоциты и моноциты (небольшое кол-во),

Бактерии

2. Неорганические ионы

Те же, что и в плазме крови,

Фтор (ДЖ – источник F - для минерализации)

3.Органические компоненты

Белки (концентрация 61-68 г/л)

Белки – те же, что и в плазме – сывороточный альбумин, глобулины, комплемент, ингибиторы протеаз (лактоферрин), иммуноглобулины A,M,G,

Низкомолекулярные вещества - лактат, мочевина, гидроксипролин,

Ферменты (клеточные и внеклеточные)
Функции ДЖ:

Очищающая - Движение этой жидкости вымывает потенциально опасные клетки и бактерии.

Антибактериальная – иммуноглобулины, лактоферрин.

Реминерализующая – Ca 2+ , PO 3 H 2 - и F - ионы,

Кальций и фосфор участвуют в образовании пелликулы, но могут приводить к образованию зубного камня,

Антиоксидантная – ДЖ содержит те же антиоксиданты, что и общая ротовая жидкость.

Защитная

Пищеварительная

1) ПИЩЕВАРИТЕЛЬНАЯ функция, связанная с пищей, обеспечивается стимулированным током слюны в ходе самого приема пищи. Стимулированная слюна секретируются под влиянием раздражения вкусовых рецепторов, жевания и других возбуждающих стимулов (например, как следствие рвотного рефлекса). Стимулированная слюна отличается от нестимулированной как по скорости секреции, так и по составу. Скорость секреции стимулированной слюны колеблется в широких пределах от 0,8 до 7 мл/мин. Активность секреции зависит от природы раздражителя. Так установлено, что слюноотделение может стимулироваться механически (например, за счет жевания резинки, даже без вкусового наполнителя). Однако подобная стимуляция не так активна, как стимуляция за счет вкусовых раздражителей. Среди вкусовых стимуляторов наибольшей эффективностью обладают кислоты (лимонная кислота). Среди ферментов стимулированной слюны преобладающим является амилаза. 10% белка и 70% амилазы вырабатывается околоушными желе­зами, остальное количество - преимущественно подчелюст­ными железами.

Амилаза - кальцийсодержащий металлоэнзим из группы гидролаз, ферментирует углеводы в полость рта, способствует удалению остатков пищи с поверхности зубов.

Щелочная фосфатаза вырабатывается мелкими слюнными железами, играет специфическую роль в формиро­вании зубов и реминерализации. Амилазу и щелочную фосфатазу относят к маркерным ферментам, дающим информа­цию о секреции больших и мелких желез слюны.

2) ЗАЩИТНАЯ функция, направленная на сохранение целостности тканей полости рта обеспечиваются, прежде всего нестимулированной слюной (в состоянии покоя). Скорость ее секреции составляет в среднем 0,3 мл/мин., однако скорость секреции может быть подвержена довольно значительным суточным и сезонным колебаниям. Пик нестимулированной секреции приходится на середину дня, а в ночное время секреция снижается до значений менее 0,1 мл/ мин. Защитные механизмы полости рта делятся на 2 группы: неспецифические факторы защиты , действующие вообще против микроорганизмов (чужеродных), но не против конкретных представителей микрофлоры, и специфические (специфическая иммунная система), влияющие только на определенные виды микроорганизмов.

Слюна содержитмуцин – это сложный белок, гликопротеид, содержит около 60% углеводов. Углеводный компонент представлен сиаловой кислотой и N-ацетилгалактозамином, фукозой и галактозой. Олигосахариды муцина образуют о-гликозидные связи с остатком серина и треонина в белковых мо­лекулах. Агрегаты муцина образуют структуры, прочно удерживающие воду внутри молекулярного матрикса, благодаря этому растворы муцина обладают значительной вязкостью. Удаление сиаловой кислоты значительно снижает вязкость растворов муцина.Ротовая жидкость с относительной плотностью 1,001 -1,017.
Муцины слюны покрывают и смазывают поверхность слизистой оболочки. Их крупные молекулы предотвращают прилипание бактерий и колонизацию, защищают ткани от физического повреждения и позволяют им устоять перед тепловыми перепадами. Некоторая мутность слюны обусловлена наличием клеточных элементов.


Особое мес­то принадлежит лизоциму, синтезируемому слюнными железами и лейкоцитами. Лизоцим (ацетилмурамидаза) – щелочной белок, действующий как муколитический фермент. Обладает бактерицидным действием за счет лизиса мураминовой кислоты - компонента бактериальных клеточных мембран, стимулирует фагоцитарную активность лейкоцитов, участвует в регенерации биологических тканей. Естественным ингибитором лизоцима является гепарин.

Лактоферрин оказывает бактериостатическое действие, обусловленное конкурентным связыванием ионов железа. Сиалопероксидаза в комплексе с перекисью водорода и тиоционатом подавляет активность бактериальных ферментов и оказывает бактериостатический эффект. Гистатин обладает антимикробной активностью в отношении Candida и Streptococcus. Цистатины подавляют активность бактериальных протеаз в слюне.

Иммунитет слизистых оболочек не является простым отражением общего иммунитета, а обусловлен функцией самостоятельной системы, оказывающей важное воздействие на формирование общего иммунитета и течение заболевания в полости рта.

Специфическим иммунитетом является способность микроорганизма избирательно реагировать на попавшие в него антигены. Главным фактором специфической антимикробной защиты являются иммунные γ-глобулины.

В полости рта наиболее широко представлены IgA, IgG, IgM, но главным фактором специфической защиты в слюне являются секреторные иммуноглобулины (в основном класса А) . Нарушают бактериальную адгезию, поддерживают специфический иммунитет против патогенных бактерий полости рта. Видоспецифические антитела и антигены, входящие в состав слюны, соответствуют группе крови человека. Концентрация групповых антигенов А и В в слюне выше, чем в сыворотке крови и других жидкостях организма. Однако у 20% людей количест­во групповых антигенов в слюне может быть низким или полностью отсутствовать. Иммуноглобулины класса А представлены в организме двумя разновидностями: сывороточными и секреторными. Сывороточный IgA по своему строению мало чем отличается от IgC и состоит из двух пар полипептидных цепей, соединенных дисульфидными связями. Секреторный IgA устойчив к действию различных протеолитических ферментов. Существует предположение о том, что чувствительные к действию ферментов пептидные связи в молекулах секреторного IgA закрыты вследствие присоединения секреторного компонента. Эта устойчивость к протеолизу имеет важное биологическое значение.

IgA синтезируются в плазматических клетках собственной пластинки слизистой оболочки и в слюнных железах, а секреторный компонент – в эпителиальных клетках. Для попадания в секреты IgA должен преодолевать плотный эпителиальный слой, выстилающий слизистые оболочки, молекулы иммуноглобулина А могут проходить этот путь как по межклеточным пространствам, так и через цитоплазму эпителиальных клеток. Другой путь появления иммуноглобулинов в секретах – поступление их из сыворотки крови в результате транссудации через воспаленную или поврежденную слизистую оболочку. Плоский эпителий, выстилающий слизистую оболочку рта, действует как пассивное молекулярное сито, особо благоприятствующее проникновению IgG.

3) МИНЕРАЛИЗУЮЩАЯ функция .Минералы слюны весьма разнообразны. В наибольшем количестве содержатся ионы Na + , K + , Ca 2+ , Cl - , фосфаты, бикарбонаты, а также множество микроэлементов, таких как магний, фтор, сульфаты и др. Хлориды - активаторы амилазы, фосфаты участвуют в об­разовании гидроксиапатитов, фтори­ды - стабилизаторы гидроксиапатита. Главная роль в образовании гидроксиапатитов принад­лежит Са 2+ , Mg 2+ , Sr 2+ .

Слюна служит источником поступления в эмаль зубов кальция и фосфора, следовательно, слюна в норме является минерали­зующей жидкостью. Оптимальное соотношение Са/Р в эмали, необходимое для процессов минерализации, равно 2,0. Снижение этого коэффициента ниже 1,3 способствует развитию кариеса. Минерализующая функция состоит в воздействии на процессы минерализации и деминерализации эмали

Систему эмаль-слюна теоретически можно рассматривать как систему: кристалл ГА раствор ГА (раствор ионов Са 2+ и НРО 4 2-), где:

V 1 – скорость выхода ионов Са 2+ и НРО 4 2- из кристалла в раствор (скорость растворения кристалла)

V 2 – скорость включения этих ионов в кристалл.

При постоянной температуре V 1 = k 1 S

V 2 = k 2 S [Са 2+ ] [НРО 4 2- ],

где [Са 2+ ] [НРО 4 2- ] – произведение молярных концентраций ионов в растворе,

k 1 и k 2 – константы, зависящие от природы растворяемого вещества и ионов,

S – площадь соприкосновения раствора и кристалла (в нашей системе также постоянна)

V 1 / V 2 = k 1 S / k 2 S [Са 2+ ] [НРО 4 2- ]

Поскольку k 1 ,k 2 и S-константы, следует, что

V 1 / V 2 = const / const [Са 2+ ] [НРО 4 2- ]

Последнее уравнение показывает, что соотношение скоростей процес­сов растворения и кристаллизации ГА эмали при постоянных температуре и площади соприкосновения раствора и кристалла зависит только от произве­дения молярных концентраций ионов кальция и гидрофосфата.

Если скорости растворения и кристаллизации равны, в раствор пере­ходит столько ионов, сколько их осаждается в кристалл. Произведение мо­лярных концентраций в этом состоянии - состоянии равновесия - называет­ся произведением растворимости (ПР).

Если в растворе [Са 2+ ] [НРО 4 2- ] = ПР, раствор считается насыщен-­
ным. В этом случае V 1 = V 2

Если в растворе [Са 2+ ] [НРО 4 2- ] < ПР, раствор считается ненасы­щенным, при этом V 1 > V 2 , то есть происходит растворение кристаллов.

Если в растворе [Са 2+ ] [НРО 4 2- ] > ПР, раствор считается пересы­щенным, происходит рост кристаллов.

Молярные концентрации ионов кальция и гидрофосфата в слюне та­-
ковы, что их произведение больше, чем расчетное ПР, необходимое для
поддержания равновесия в системе: кристалл ГА раствор ГА (раствор ионов Са 2+ и НРО 4 2-).

Слюна пересыщена этими ионами. Такая высокая концентрация ионов кальция и гидрофосфата способствует их диффузии в эмалевую жидкость. Последняя благодаря этому также представляет собой пересыщенньй раствор ГА. Это обеспечивает преимущество минерализации эмали при ее созревании и реминерализации. В этом и состоит сущность минерализующей функции слюны. Минерализующая функция слюны зависит от рН слюны. Причина заключается в снижении в слюне концентрации гидрокарбонатных ионов вследствии реакции:

HPO 4 2- + H + H 2 PO 4 -

Дигидрофосфатные ионы Н 2 РО 4 - в отличии от гидрофосфатных НРО 4 2- при взаимодействии с ионами кальция не дают ГА.

Это приводит к тому, что слюна превращается из пересыщенного рас­твора в насыщенный или даже ненасыщенный раствор по отношению ГА. При этом увеличивается скорость растворения ГА, т.е. скорость деминерализа­ции.

Снижение рН может происходить при усилении деятельности микро­флоры в связи с продукцией кислых продуктов обмена. Основной продуци­руемый кислый продукт – молочная кислота, образуется при распаде в клетках бактерий глюкозы. Увеличение скорости деминерализации эмали становится значимым при снижении рН ниже 6,0. Однако такое сильное закисление слюны в полости рта происходит редко в связи с работой бу­ферных систем. Чаще происходит локальное закисление среды в участке образования мягкого зубного налета.

Увеличение рН слюны относительно нормы (защелачивание) приво­дит к увеличению скорости минерализации эмали. Однако при этом усили­вается и скорость отложения зубного камня.

Ряд белков слюны вносят свой, вклад в реминерализацию подповерх­ностных поражений эмали. Статерины (пролиносодержащие белки) и ряд фосфопротеинов препятствуют кристаллизации минералов в слюне, поддерживают слюну в состоянии перенасыщенного раствора.

Их молекулы обладают способностью связывать кальций. При падении рН в зубном налете они освобождают ио­ны кальция и фосфата в жидкую фазу зубного налета, таким образом спо­собствуя усилению минерализации.

Слюна человека состоит на 99% из воды. Оставшийся один процент, содержит множество веществ важных для пищеварения, здоровья зубов и контроля роста микроорганизмов в полости рта.

Плазма крови используется в качестве основы, из которой слюнные железы извлекают некоторые вещества. Состав слюны человека очень богат, даже при нынешних технологиях, ученые не изучили его 100%. По сей день исследователи находят новые ферменты и компоненты слюны.

В полости рта, слюна выделяемая из трех крупных пар и множества мелких слюнных желез перемешивается. Слюна вырабатывается постоянно, в небольших количествах. В физиологических условиях, в течение суток, взрослый человек производит 0,5-2 литра слюны. Примерно 200-300 мл. выделяется в ответ на раздражители (например, во время употребления лимона). Стоит отметить, что замедление выработки слюны происходит во время сна. В каждого человека количество вырабатываемой слюны в ночное время индивидуально! Во время исследований удалось установить, что среднее количество вырабатываемой слюны 10 мл. у взрослого человека.

Узнать, какое выделение слюны ночью и какие железы наиболее активно задействованы в этом процессе, вы можете из таблицы ниже.

Установлено, что самый высокий уровень секреции слюны бывает в детском возрасте и постепенно снижается, до достижения пяти лет. Она бесцветна, с удельным весом от 1,002 до 1,012. Норма pH слюны человека – 6. На уровень pH слюны влияют содержащиеся в ней буферы:

  1. углеводный
  2. фосфатный
  3. белковый

О том, сколько слюны выделяется у человека за сутки было сказано выше. Для примера или даже сравнения, ниже будет указано сколько слюны выделяется у некоторых животных.

Состав слюны

Слюна на 99% состоит из воды. Количество органических компонентов не превышает 5 г/л, а неорганические компоненты встречаются в количестве около 2,5 г на литр.

Органические вещества слюны

Белки являются самой большой группой органических компонентов в слюне. Содержание общего белка в слюне составляет 2,2 г/л.

  • Белок сыворотки крови: альбумин и ɣ-глобулинов составляют 20% общего белка.
  • Гликопротеиды: в слюне слюнных желез они составляют 35% общего белка. Их роль не до конца исследована.
    Вещества группы крови: в слюне содержатся в концентрации 15 мг на литр. В сублингвальной железе содержатся в гораздо большей концентрации.
  • Паротин: гормон, имеет иммуногенные свойства.
  • Липиды: концентрация в слюне очень мала, не превышает 20 мг на литр.
  • Органические вещества слюны небелковой природы: вещества азота, то есть мочевина (60 – 200 г/л), аминокислоты (50 мг/л), мочевой кислоты (40 мг/л) и креатинина (в 1,5 мг/л).
  • Ферменты: в основном лизоцим , который секретируется околоушной слюнной железой и содержится в концентрации 150 – 250 мг/л, что составляет около 10 % общего белка. Амилаза в концентрации 1 г/л. Другие ферменты – фосфатазы , ацетилхолинэстераза и рибонуклеаза возникают в аналогичных концентрациях.

Неорганические компоненты слюны человека

Неорганические вещества представлены следующими элементами:

  • Катионы: Na, K, Ca, Mg
  • Анионы: Cl, F, J, HCO3, CO3, H2PO4, HPO4

  • Раздражители психические – например, мысль о еде
  • Местные раздражители – механическое раздражение слизистой оболочки, запах, вкус
  • Гормональные факторы: тестостерон, тироксин и брадикинин стимулируют секрецию слюны. При менопаузе наблюдается подавление секреции слюны, что провоцирует .
  • Нервная система: начало секреции слюны связано с возбуждением в центральной нервной системе.

Постоянное ухудшение секреции слюны встречается, как правило, редко. Причинами снижения секреции слюны могут быть общее уменьшение количества тканевой жидкости, эмоциональные факторы и лихорадка. А причинами повышенной секреции слюны могут быть: заболевания полости рта, например, таких, как рак губы или язвы языка, эпилепсия, болезнь Паркинсона или физиологический процесс – беременность. Отсутствие достаточной секреции слюны провоцирует дисбаланс флоры в полости рта, что может привести к заболеваниями пародонта.

Механизм секреции слюны

Помимо основных слюнных желез в полости рта находится множество мелких слюнных желез. Выделение слюны – это рефлекторный процесс, который начинается или усиливается в результате срабатывания соответствующих стимулов. Основным фактором, который провоцирует секрецию слюны, является раздражение вкусовых рецепторов полости рта во время приема пищи. Состояние возбуждения передается через чувствительные нервные волокна веток лицевого нерва. Именно по этим веткам состояние возбуждения доходит до слюнных желез и вызывает слюноотделение. Слюноотделение может начаться еще до попадания пищи в полость рта. Стимулов в этом случае может быть сам вид пищи, ее запах или просто мысль о еде. При употреблении сухой пищи количество выделяемой слюны значительно больше, чем при употреблении жидкой.

Функции слюны человека

  • Пищеварительная функция слюны . Во рту пища не только обрабатывается механически, но и химически. В слюне содержится фермент амилаза (птиалин), которая переваривает крахмал в пище до мальтозы, который в дальнейшем переваривается до глюкозы в двенадцатиперстной кишке.
  • Защитная функция слюны . Слюна обладает антибактериальным действием. Кроме этого она смачивает и механически очищает слизистую оболочку полости рта.
  • Минерализующая функция слюны . Наша эмаль состоит из жестких гидроксиапатитов – кристаллов, которые состоят из кальция, фосфора и гидроксильных ионов. Кроме того, он содержит органические молекулы. Хотя в гидроксиапатита ионы очень плотно связаны, в воде кристалл будет терять эту связь. Чтобы обратить вспять этот процесс, наша слюна от природы насыщена ионами кальция и фосфата. Эти элементы занимают места, освобожденные в кристаллической решетке и, следовательно, предотвращают коррозию поверхности эмали. Если наша слюна будет постоянно разбавляться водой, концентрация фосфата кальция будет недостаточной и зубная эмаль начнет крошиться. Наши зубы должны оставаться здоровым и функциональным на протяжении многих десятилетий. Здесь слюна играет свою роль: ее компоненты, в первую очередь, муцины, прочно оседают на поверхности кристалла и создания защитный слой. Если уровень pH слишком щелочной в течение длительного периода, гидроксиапатит растет слишком быстро, что приводит к образованию зубного камня. Продолжительное воздействие кислых растворов (pH < 7) приводит к пористой, тонкой эмали.

Ферменты слюны человека

Пищеварительная система расщепляет питательные вещества, которые мы употребляем в пищу, превращая их в молекулы. Клетки, ткани и органы используют их в качестве топлива для осуществления разных метаболических функций.

Процесс пищеварения начинается в момент, когда пища попадает в рот. Полость рта и пищевод сами не производят каких-либо ферментов, но слюна, вырабатываемая в слюнных железах содержит ряд важных ферментов. Слюна смешивается с пищей во время акта жевания, действует как смазка и начинает процесс пищеварения. Ферменты в слюне, начинают расщеплять питательные вещества и защищают вас от бактерий.

Молекула амилазы слюны

Амилаза слюны – это пищеварительный фермент, который действует на крахмал, разбивая его на более мелкие молекулы углеводов. Крахмалы представляют из себя длинные цепочки, которые привязаны друг к другу. Амилаза разрывает связи вдоль цепи и освобождает молекулы мальтозы. Чтобы испытать действия амилазы, достаточно начать грызть крекер и уже через минуту вы почувствуете, что он имеет сладкий вкус. Функции амилаза слюны лучше выполняет в слабощелочной среде или при нейтральном pH, она не может действовать в кислотной среде желудка, только в ротовой полости и пищеводе! Фермент производится в двух местах: слюнных железах и поджелудочной железе. Продуцируемый тип фермента в поджелудочной железе называется панкреатическая амилаза, которая завершает переваривание углеводов в тонком кишечнике.

Молекула лизоцима слюны

Лизоцим секретируется в слезы, слизь в носу и слюну. Функции лизоцима слюны прежде всего антибактериальные! Это не тот фермент, которые будет помогать переваривать пищу, он защитит вас от любых вредных бактерий, которые попадают в полость рта с едой. Лизоцим разрушает полисахариды клеточных стенок многих бактерий. После того, как клеточная стенка была сломана, бактерия умирает, лопается, как шарик с водой. С научной точки зрения, гибель клеток называется лизис, поэтому фермент, который выполняет задачи по уничтожению бактерий получил название лизоцим.

Молекула лингвальной липазы

Лингвальная липаза – это фермент, который расщепляет жиры, в частности триглицериды на более мелкие молекулы, называемые жирными кислотами и глицеролом. Лингвальная липаза содержится в слюне, но она не закончит свою работу, пока не доберется до желудка. Небольшое количество липазы, под названием липаза желудка, производится клетками желудка. Этот фермент специфически переваривает молочный жир в пище. Лингвальная липаза является очень важным ферментом для детей, потому что она помогает им переваривать жиры в молоке, что делает пищеварение намного проще для их незрелой системы пищеварения.

Любой фермент, который расщепляет белки на составные части, аминокислоты, называется протеаза, которая представляет собой общий термин. В организме синтезируется три основных протеазы: трипсин, химотрипсин и пепсин. Специальные клетки в желудке производят неактивный фермент пепсиноген, который превращается в пепсин, когда он контактирует с кислой средой в желудке. Пепсин разрывает определенные химические связи в белках, называемые пептидами. Поджелудочная железа человека производи трипсин и химотрипсин, ферменты, которые поступают в тонкую кишку через проток поджелудочной железы. Когда, частично переваренная пища перемещается из желудка в кишечник, трипсин и химотрипсин производят простые аминокислоты, которые всасываются в кровь.

Другие ферменты слюны в организме человека
Хотя амилаза, протеаза и липаза являются тремя основными ферментами, которые организм использует для переваривания пищи, многие другие специализированные ферменты также помогают в этом процессе. Клетки, которые выстилают кишечник вырабатывают ферменты: мальтаза, сахараза и лактаза, каждый в состоянии преобразовать определенный тип сахара в глюкозу. Аналогично, специальные клетки желудка выделяют два других фермента: ренин и желатиназа. Ренин действует на белок в молоке, превращая его в более мелкие молекулы, называемые пептидами, которые затем полностью перевариваются пепсином.

Главная »» Научные учреждения, школы »» Академическая школа-семинар им. А. М. Уголева "Современные проблемы физиологии и патологии пищеварения" »» Научные публикации

Л.А.Железная
(Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, г. Пущино Московской области)

Железная Людмила Алексеевна -старший научный сотрудник Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН, кандидат физико-математических наук, автор 90 публикаций

Введение

Слизь - это вязкоупругий секрет, покрывающий пищеварительный, дыхательный и урогенитальный тракты организмов, наружную поверхность рыб, земноводных и других животных. Этот слой служит не только смазкой и барьером, защищающим клетки от агрессивного действия факторов внешней среды, но также играет важную функциональную роль: поступающие в организм или выводимые из него вещества должны проходить через слой слизи, толщина которого достигает сотни микрон. Долгое время роли слизи в организме не придавалось значения. Однако накоплены данные о том, что течение многих болезней проявляется в изменении свойств слизи.

Основной структурный и функциональный компонент слизи – особый подкласс гликопротеинов. До последнего времени их называли гликопротеинами слизи. Однако и сейчас за ними закрепилось название муцинов (от англ. mucus – слизь). Муцины выделены в отдельный подкласс гликопротеинов, поскольку обладают свойствами, сочетание которых присуще только этому подклассу. Среди этих свойств – огромная молекулярная масса (тысячи кДа), высокое содержание углеводов (50-80% от массы молекулы), образующих разветвленные олигосахаридные цепочки, которые связаны О-гликозидной связью с белком, и, наконец, большое количество тандемных повторов как в нуклеотидной последовательности генов, так и в кодируемой ими полипептидной цепи.

Состав и строение муцинов

Состав и строение углеводов в муцинах. Около 95% массы слизи составляет вода, 1% – соли и другие диализуемые компоненты, 0,5-2% – свободные белки, нуклеиновые кислоты и липиды и около 3% – муцины. К настоящему времени отработаны методы выделения и очистки муцинов. Основными характеристиками очищенных муцинов являются специфический аминокислотный состав с присущим ему высоким содержанием серина, треонина и пролина и большое содержание углеводов с характерным набором моносахаридных остатков. Муцины с аналогичными характерными чертами присутствуют не только в слизи. Их много обнаружено в желчи, соке пожелудочной железы и дуоденальном соке.

Углеводный состав муцинов представлен пятью типами моносахаридов: фукозой (Fuc), галактозой (Gal), N-ацетилглюкозамином (GlcNAc), N-ацетил-галактозамином (GalNAc) и сиаловыми кислотами. Сиаловые кислоты - обобщенное название производных нейраминовой кислоты. О незначительном присутствии в муцинах других моносахаридов будет сказано ниже. Перечисленные моносахариды образуют олигосахаридные цепочки, содержащие от 1 до 22 (в среднем 8–10) моносахаридных остатков. Цепочки связаны O-гликозидной связью, в образовании которой участвуют N-ацетилгалактозамин и гидроксильная группа боковой цепи серина или треонина.

Последовательность сахаров в цепочке, конформация гликозидной связи между ними и максимальное число углеводных остатков задаются на генетическом уровне. Число сахаров и цепочек, приходящихся на одну молекулу, варьирует в молекулах одного и того же секрета. Это является одной из причин высокой гетерогенности муцинов. Несмотря на такую вариабельность длины олигосахаридных цепочек, муцины из каждого источника имеют свой характерный средний размер цепочки. Так, олигосахаридные цепочки муцинов из подчелюстной железы овцы состоят всего из двух моносахаридных остатков, муцины желудочной слизи человека и свиньи - из 19 остатков, а максимальная известная длина цепочки - 22 остатка - обнаружена в муцинах слизи толстой кишки крысы.

Помимо длины олигосахаридные цепочки характеризуются структурой, т.е. последовательностью сахаров и типом связи между ними. В олигосахаридах, связанных с белком O-гликозидной связью (O-гликанах), различают три домена - кор, остов и периферическую область (рис. 1). Кор состоит из остатка GalNAc, связанного с пептидом, и сахарного остатка, непосредственно связанного с ним. Остов образован дисахаридами двух типов: Gal1-3GlcNАc и Gal1-4GlcNAc, которые могут образовывать между собой гомо- или гетерополимеры. Сахариды, связанные с остовом, образуют периферический домен. Каждый домен обладает собственным набором антигенов или связанных с опухолями детерминант. Многие углеводные антигены хорошо охарактеризованы с помощью моноклональных антител или по связыванию с лектинами.

Сочетание различных коров с различными остовами и различными периферическими областями приводит к необычайно разнообразному составу и строению углеводных цепей в муцинах. В некоторых муцинах, например секрета подчелюстной железы овцы, разнообразие углеводных цепей довольно ограниченно. В других муцинах (слизи толстой кишки, желудка, цервикального канала и дыхательного тракта) вариабельность цепей велика. Так, в муцинах слизи дыхательного тракта одного пациента, страдающего бронхостазом, идентифицировано 60 олигосахаридных цепочек. Представляется вполне вероятным, что в муцинах этого пациента может существовать несколько сотен различных олигосахаридных цепей.

Помимо состава олигосахаридных цепочек и их структуры муцины характеризуются также числом цепочек, приходящихся на молекулу. Количество цепочек в муцинах из разных источников варьирует значительно меньше, чем их длина и структура, и составляет в среднем около 400, хотя может достигать и 800 цепочек на молекулу.

Углеводы в муцинах связаны O-гликозидной связью с остатками серина или треонина. Однако пока не установлено, как влияют на гликозилирование серина и треонина окружающие их аминокислотные остатки. Очевидна лишь важность присутствия остатков пролина вблизи гликозилируемого остатка.
Долгое время оставался спорным вопрос о присутствии в муцинах N-гликанов. В настоящее время N-гликаны обнаружены в муцинах из разных источников, хотя до сих пор неясно, является ли наличие N-гликанов в муцинах их характерным свойством.

Белковый состав и олигомерная структура муцинов. На долю белка в муцинах приходится около 30% массы молекулы. Муцины характеризуются необычным аминокислотным составом - более 50% приходится на серин, треонин и пролин. Большое содержание серина и треонина в муцинах обусловлено тем, что сотни углеводных цепочек связываются только с серином или треонином. Высокое содержание пролина необходимо, по-видимому, для формирования особой конформации белкового остова, способного разместить на себе сотни углеводных цепочек. Кроме того, известно, что пролин способствует гликозилированию соседних с ним серина или треонина. Из соотношения аминокислотных остатков и углеводных цепей следует, что каждый третий остаток должен быть связан с углеводной цепочкой. Поэтому основная часть белка в муцинах должна иметь конформацию вытянутого, довольно жесткого стержня. Такую структуру сравнивают с ершиком для мытья посуды, у которого стержнем является полипептид, а углеводные цепочки – щетинками.

Вторая особенность аминокислотного состава муцинов – большое количество цистеиновых остатков. Эти остатки участвуют в образовании олигомерной структуры муцинов, так как при обработке тиоловыми агентами муцины распадаются на отдельные, скорее всего неидентичные, но очень сходные между собой субъединицы. При этом углеводный и белковый состав отдельной субъединицы мало отличается от их состава в олигомерной структуре.

Субъединичнное строение муцинов, выделенных из разных источников слизи, и образование из них олигомеров с участием S - S связей, по-видимому, универсальное свойство муцинов. Однако строение самой субъединицы муцинов из разных источников, по-видимому, различается. В настоящее время выявлено два типа строения субъединиц.

Для муцинов слизи желудка (человека, крысы, свиньи), тонкой кишки и некоторых других муцинов предложена модель, согласно которой субъединица состоит из трех доменов: центрального, N- и C-концевого (рис. 2, B). С центральным доменом связаны все приходящиеся на субъединицу углеводы (благодаря чему он недоступен протеолизу). Соответственно в нем сосредоточена основная часть остатков серина, треонина и пролина. Все остатки цистеина приходятся на «оголенные» (незащищенные углеводными цепями) N- и C-концевые домены. В остальном аминокислотный состав этих доменов близок к составу обычных глобулярных белков. Размер самих субъединиц варьирует в муцинах из разных источников от 400 до 5000 аминокислотных остатков. Размер полипептидной цепи в этих субъединицах составляет около 1500 аминокислотных остатков, из них примерно половина приходится на центральный домен, остальные делятся между N- и C-концевыми доменами.

Описанные субъединицы можно рассматривать как «маленькие» по сравнению с другим типом субъединиц, которые обнаружены в муцинах цервикальной слизи. В этих муцинах субъединица, полученная при разрыве S - S связей, имеет молекулярную массу около 2W106 и состоит из гликозилированных доменов, перемежающихся негликозилированными. При протеолизе трипсином субъединица распадается на 3–4 гликозилированных домена с молекулярной массой около 400 кДа (рис. 2, A). Муцины цервикальной слизи относятся к высокомолекулярным, как и муцины слизи толстой кишки и дыхательного тракта. Поэтому не исключено, что для их субъединиц будет справедлива такая же модель. Возможно, что строение субъединиц разных муцинов вообще будет ограничиваться двумя типами моделей.

В электронном микроскопе муцины из разнообразных источников слизи выглядят как полидисперсные линейные гибкие нити. Длина нитей одного препарата муцинов сильно варьирует. Так, в муцинах желудка человека и крысы она достигает 1000 нм. Но наблюдаются субпопуляции длиной в 2-3 раза меньше.

Таким образом, согласно современному представлению, муцины представляют собой олигомеры различной длины, образованные субъединицами, которые связаны между собой дисульфидными мостиками.

Биосинтез и структура генов муцинов

Муцины слизи продуцируются высокоспециализированными бокаловидными клетками эпителия или клетками специализированных слизистых желез. В этих клетках хорошо развиты шероховатый эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи, обеспечивающие гликозилирование белка. Синтез полипептидной цепи муцинов, как и других гликопротеинов, происходит на полирибосомах, связанных с шероховатым эндоплазматическим ретикулумом. Растущий пептид котрансляционно транслоцируется через мембрану ретикулума в его полость, где происходит N-гликозилирование муцинов. После этого они переносятся в транспортных пузырьках в аппарат Гольджи, где происходит О-гликозилирование. Оно начинается с присоединения GalNAc к остаткам серина и треонина, которое обеспечивается GalNAс-трансферазой. Присоединение происходит, по-видимому, в цис-цистернах аппарата Гольджи, хотя, по некоторым данным, добавление GalNAc к отдельным остаткам серина и треонина может происходить котрансляционно. После присоединения GalNAc дальнейшее гликозилирование идет путем добавления различных моносахаридов специфическими гликозилтрансферазами. Завершается O-гликозилирование в транс-цистернах аппарата Гольджи.

После завершения гликозилирования муцины упаковываются в секреторные гранулы. Секреция муцинов из гранул осуществляется по механизму экзоцитоза. Механизм упаковки муцинов в гранулах пока неизвестен. Очевидно, что большую роль в нем играют ионы кальция, так как при экзоцитозе из гранул освобождается много кальция. По-видимому, ионы кальция экранируют отрицательный заряд муцинов, в результате чего они могут плотно упаковываться в грануле. При выходе из гранул объем содержащихся в них муцинов увеличивается в 600 раз всего за 40 мс, что типично для фазового перехода полимерного геля. Такое увеличение объема обеспечивается гидрофильностью углеводных цепей муцинов и силами отталкивания между соседними молекулами, которые после выброса кальция вновь становятся отрицательно заряженными. Освободившееся и «разбухшее» содержимое гранул и есть та самая слизь, которая покрывает эпителиальные клетки. Секреция муцинов из гранул контролируется как на нейральном, так и гормональном уровне.

В последние 10 лет достигнуты значительные успехи в клонировании, секвенировании и изучении экспрессии генов муцинов. Результаты секвенирования муциновых генов оказались довольно неожиданными. Во-первых, выяснилось, что генов муцинов много (только у человека известно уже около 10 различных генов). Во-вторых, между различными генами почти полностью отсутствует гомология как в нуклеотидной, так и в кодируемой ими аминокислотной последовательности. В-третьих, муциновые гены содержат большое количество тандемных повторов. Причем структура повторов – их нуклеотидная последовательность, длина и количество – сильно различаются в различных генах. Следствием большого количества повторов является высокий полиморфизм длины муциновых генов. И, наконец, оказалось, что во многих клетках одновременно экспрессируется более одного муцинового гена.

Неожиданным в генах муцинов оказалось, что при отсутствии гомологии в тандемных повторах последовательности, фланкирующие повторы обнаруживают определенный консерватизм, особенно последовательности, кодирующие C-концевой домен муцинового мономера. Эта гомология прослеживается у муцинов как из разных тканей, так и из разных видов. Предполагается, что структура C-концевого домена, обогащенного (как и N-концевой домен) остатками цистеина, особенно важна для функционирования муцинов, по-видимому, для образования олигомеров.

В настоящее время ведутся интенсивные работы по изучению экспрессии муциновых генов. Показано, что несколько генов экспрессируется в эпителии всех исследованных тканей. Однако картина экспрессии различается не только между разными тканями, но даже между различными клетками одной и той же ткани. Тем не менее, несмотря на сложность картины экспрессии муциновых генов, главные ее черты ясны - это ткане- и видоспецифичная экспрессия.

Как уже отмечалось, генам муцинов присущ полиморфизм, связанный главным образом с различным количеством тандемных повторов в разных генах. Так, у 69 индивидумов было обнаружено 30 различных аллелей гена MUC1. Предполагается, что высокий полиморфизм муциновых генов возникает в результате неравного кроссинговера между гомологичными генами. Очевидно, что полиморфизм длины муциновых генов имеет большое значение, обеспечивая быструю эволюционную изменчивость в ответ на селективное давление окружающей среды, с которой муцины в виде слизи находятся в непосредственном и активном контакте.

Структура и функции слизи

Слизь образует непрерывный неперемешиваемый слой, толщина которого сильно варьирует в зависимости от вида животного, типа органа (тракта), состояния организма и даже в пределах одного среза. Так, толщина слоя слизи, покрывающей желудок человека, составляет 180 мкм, а в желудке крысы – 80 мкм (хотя в пределах одного среза толщина может различаться в 10 раз). Концентрация муцинов в слизи также варьирует в зависимости от тракта и состояния организма: в слизи желудка человека она составляет около 50 мг/мл, а в цервикальной слизи коровы в период течки – всего 1 мг/мл.

Слизь не растворяется ни в воде, ни в физиологическом растворе и даже не очень набухает в них. Такие свойства присущи гелю, т.е. системе, в которой все макромолекулы в растворе связаны друг с другом поперечными связями (по крайней мере, одной на молекулу), что приводит к образованию сетки, или макромолекулярного агрегата. В такой системе изменение объема или невозможно вообще, или происходит так медленно, что почти не обнаруживается. С физической точки зрения слизь - это вязкоупругое вещество. С одной стороны, ей присуще свойство жидкости - она может течь, а с другой стороны, она имеет свойство твердого тела, так как она может выдерживать определенную нагрузку.

В работах Аллена и соавт. показано, что очищенные муцины в концентрации, близкой к концентрации их в слизи, образуют гель, по реологическим свойствам сходный с нативной слизью, т.е. принципиальные характеристики слизи могут быть воспроизведены ее основным компонентом, муцинами, без привлечения других компонентов и взаимодействий, кроме тех, которые зависят от концентрации муцинов. Тем не менее природа связей между муциновыми молекулами в слизи и вопрос о том, какие связи на каком этапе формируются в процессе синтеза - в секреторных гранулах или после освобождения муцинов из гранул, - остаются пока нерешенными, так как ни одна из предложенных моделей не объясняет полностью наблюдаемых свойств слизи. Построение же адекватной модели слизи важно как для понимания ее функциональных свойств, так и для ответа на вопросы: почему многие исследованные слизи содержат продукт не одного муцинового гена, почему олигомеры имеют разную длину и насколько гетерогенность длины олигомеров важна для формирования слизи?

Очень важное и очевидное назначение слоя слизи – служить барьером, защищающим лежащие под ним эпителиальные клетки от неблагоприятных воздействий, в первую очередь - чисто механических. Слизь предотвращает повреждение клеток от контакта с грубыми частицами пищи в желудке, от проникновения пыли в дыхательные пути и т.д. Она служит первым барьером против проникновения в организм бактерий, вирусов и других патогенов, а также при участии ресничек эпителиальных клеток выводит из организма попавший чужеродный материал и слущивающиеся клетки эпителия. Все это чисто механические функции, и для их обеспечения не потребовалось бы такого сложного строения муцинов. Однако этим далеко не исчерпывается функциональная роль слизи. Она, безусловно, является селективным барьером, так как через нее не проходят внутрь молекулы размером более 1 кДа, а из организма в люмен через слизь поступают IgA, альбумин и другие белки значительно большего размера. Возможным механизмом такой селекции может быть наличие проникающих через слизь молекул групп, которые предпочтительно взаимодействуют с муцинами, что эквивалентно их растворению в слизи. Наличие у IgA углеводных цепочек, сходных с цепочками муцинов, свидетельствует в пользу такого механизма. Возможно, что такой механизм используют некоторые патогены. Одни из них могут нести на своей поверхности гликопротеины, сходные с муцинами, другие, как, например, Vibrio cholerae, модифицируют олигосахаридные цепочки муцинов, отщепляя от них сиаловые кислоты с помощью продуцируемой ими нейраминидазы. Напротив, IgA может блокировать проникновение патогенов и их ферментов, взаимодействуя с ними. Для обеспечения селективных функций слоя слизи нужна уже более сложная структура, чем для чисто механической защиты, и сложное строение муцинов.

При многих болезнях патологические изменения слизи свидетельствуют о существовании у нее более разнообразных функциональных свойств. Изменение свойств слизи при различной патологии носит разный характер. Так, при кистозном фиброзе суперпродукция слизи и увеличение ее вязкости сопровождается увеличением степени гликозилирования муцинов и содержания некоторых сахаров и сульфата. Причина возникновения кистозного фиброза – дефект в мембранном белке, участвующем в активном транспорте Cl–. Однако почему это приводит к столь драматическому изменению свойств слизи, пока непонятно. При злокачественных опухолях пищеварительного или бронхиального тракта драматически изменяются периферийные области олигосахаридных цепей муцинов, при болезни Крона, язвенных и ишемических колитах содержание сульфата увеличивается, а сиаловых кислот уменьшается. И хотя известно, чем отличаются муцины при патологии от муцинов нормальной слизи, остается неясно, как связаны эти изменения с изменениями в слизи, а главное, почему эти изменения столь драматичны для функционирования всего организма. Ответ на все эти вопросы может быть получен только при построении адекватной модели слизи, которая поможет понять тонкие детали функциональной роли слизи.

Рентгенографическое исследование муцинов

Структура муцинов. Суть метода рентгеновской дифракции состоит в том, что если исследуемый образец обладает периодическим (упорядоченным) строением, то при облучении рентгеновскими лучами он дает дифракционную картину (рентгенограмму), состоящую из серии дифракционных максимумов (рефлексов). Параметры дифракционной картины - положение рефлексов (межплоскостное расстояние) и их интенсивность однозначно связаны со структурой, обусловливающей набор рефлексов. Однако только в случае монокристаллов, когда регистрируется несколько тысяч рефлексов, удается найти эту связь. В остальных случаях приходится использовать модели, степень достоверности которых снижается с уменьшением количества рефлексов на рентгенограмме.

Нами показано, что слизь, вопреки своему названию, которое как бы подразумевает аморфность, дает рентгенограмму, на которой наблюдается несколько слабых, но четких рефлексов. Впоследствии было установлено, что получаемая от слизи рентгенограмма обусловлена муцинами, так как концентрированные растворы (100–150 мг/мл) очищенных муцинов дают очень четкую и богатую рефлексами рентгенограмму, на которой наблюдается 9 рефлексов (рис. 3). При сравнении рентгенограмм от очищенных муцинов и от слоя слизи можно видеть, что на рентгенограмме от очищенных муцинов межплоскостные расстояния трех рефлексов (4,65, 2,33 и 1,56 нм) и их относительная интенсивность совпадают с рефлексами на рентгенограмме слоя слизи. Такое совпадение положения рефлексов и их относительной интенсивности можно считать доказательством, что рентгенограмма слизи обусловлена муцинами. Тот факт, что на рентгенограмме слоя слизи наблюдается только 4 рефлекса, объясняется низкой концентрацией муцинов в слизи (согласно литературным данным - около 40 мг/мл) по сравнению с концентрированными растворами очищенных муцинов. Поэтому на рентгенограмме слизи наблюдаются только наиболее интенсивные рефлексы.

Рефлексы на рентгенограмме муцинов очень тонкие, что присуще так называемым «структурным» рефлексам, т.е. рефлексам, обусловленным структурой самой молекулы, тогда как рефлексы, обусловленные регулярной взаимной упаковкой молекулы, «упаковочные» рефлексы, как правило, имеют довольно большую ширину. Таким образом, можно предполагать, что наблюдаемые рефлексы обусловлены структурой самой муциновой молекулы.

Рефлексы 4,65, 2,33, 1,56, 1,16 и 0,94 нм являются последовательными порядками отражения от рефлекса 4,65 нм (т.е. кратны ему). Это говорит о том, что они обусловлены одним и тем же структурным мотивом. Для того чтобы понять, каков этот мотив, обратимся к биохимическим данным, относящимся к строению муциновой молекулы. Как уже отмечалось, олигосахаридные цепочки составляют основную массу муциновой молекулы. При этом на одну гликозилированную субъединицу их приходится не менее 150. Этого количества достаточно, чтобы такая совокупность могла привести к рентгеновской дифракции при условии, что они расположены вдоль белкового остова неким упорядоченным образом. В биологических вытянутых структурах наиболее распространенным типом регулярного взаимного расположения повторяющихся элементов является расположение по спирали. Поэтому было высказано предположение, что олигосахаридные цепочки расположены по спирали вдоль белкового остова гликозилированной субъединицы. Следовательно, образуемая ими спираль является тем структурным мотивом, который приводит к появлению серии рефлексов, кратных 4,65 нм. На основании ренгенографических данных предложена модель строения муциновой молекулы, согласно которой олигосахаридные цепочки расположены по спирали вдоль белкового стержня на расстоянии 1,54 нм друг от друга. При этом на один период приходится 3 олигосахаридные цепочки, а период спирали, образуемой цепочками, равен 4,65 нм.

Хотя модель строения слизи и не выяснена, однако биохимические данные о строении гликозилированных субъединиц муцинов и наличие четкой дифракционной картины говорят о высокой структурированности муциновой молекулы. Поэтому независимо от того, каким образом отдельные молекулы упакованы в слизи, огромные размеры субъединиц (порядка 300 нм) позволяют считать, что и слизь, образуемая этими молекулами, представляет собой структурированное пространство, даже если отдельные муциновые молекулы не расположены регулярно друг относительно друга. Такое пространство может обладать замечательными свойствами, которые могут меняться в зависимости от конкретного состава и строения олигосахаридных цепочек. Действительно, главное отличие, которое просматривается при сравнении муцинов из разных источников, это различная длина, состав и строение их олигосахаридных цепочек. Благодаря тому, что олигосахаридные цепочки содержат много отрицательных групп, свойства муцинов могут легко варьировать при изменении рН, ионной силы и других факторов окружающей их среды, что будет приводить к изменению свойств этого структурированного пространства.

Структура плотной фазы дуоденального сока. В дуоденальном в соке спонтанно образуется осадок (плотная фаза), который, как показано Ю.М.Гальпериным и соавт., сорбирует на себе ряд пищеварительных ферментов и играет важную роль в процессе пищеварения. Нами обнаружено, что плотная фаза дает рентгенограмму с большим количеством четких рефлексов, среди которых присутствуют рефлексы, обусловленные муцинами (рис. 4,А). Более того, оказалось, что при понижении рН сока до 5 и ниже «муциновая часть» рентгенограммы исчезает (рис.4,Б). Этот факт использован нами для сравнительного исследования плотной фазы, формирующейся на разных стадиях пищеварительного процесса: в межпищеварительный период («тощаковый» сок) и в фазе активного пищеварения («сытый» сок). Оказалось, что плотные фазы «сытого» и «тощакового» (рис. 5) соков дают различную картину: на рентгенограмме от плотной фазы «тощакового» сока значительно увеличивается ширина рефлексов, что свидетельствует о деформации регулярной спирали, образуемой олигосахаридными цепочками.

Таким образом, различные фазы пищеварения характеризуются различной структурой плотной фазы дуоденального сока. Наличие таких изменений может быть использовано для оценки состояния пищеварения и адаптивных возможностей тощей кишки, а также при выборе оптимальных смесей для энтерального зондового питания.

Заключение

В последние годы быстро растет интерес к муцинам. Это обусловлено как пониманием важной функциональной роли слизи, так и тем, что большие муциноподобные домены обнаружены в составе гликопротеинов, связанных с мембраной многих (возможно, всех) эпителиальных клеток. Интерес к мембраносвязанным муцинам вызван тем, что их экспрессия почти в 10 раз увеличивается в трансформированных клетках - в различных типах карцином и некоторых злокачественных опухолях. При этом углеводные цепочки становятся короче, чем в нетрансформированных клетках. Их суперпродукция является тестом на канцерогенез. А так как картины гликозилирования разных карцином различаются, то можно использовать специфические антитела как маркеры той или иной карциномы.

Наличие слоя слизи, покрывающего все тракты организма, уже находит практическое применение. Начала ускоренно развиваться так называемая «иммунизация мукозального барьера», т.е. иммунизация слизи. В отличие от традиционной иммунизации, целью которой является увеличение титра IgG, задачей мукозальной иммунизации является увеличение титра IgA - антител, локализованных главным образом в слизи - первом барьере, стоящем на пути патогенов. В качестве одного из способов получения вакцины для мукозальной иммунизации предлагается использовать рекомбинанты нетоксичной субъединицы холерного токсина.

Таким образом, можно ожидать, что в ближайшие годы муцины и формируемая ими слизь будут привлекать к себе все большее внимание исследователей.

Лекция на XIV школе-семинаре «Современные проблемы физиологии пищеварения, Пущино-на-Оке, 1997, опубликовано в Российском журнале гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии 1998, №1, стр. 30-37

Рис.1 Структура олигосахаридной цепочки муцинов, выделенных из слизи желудка свиньи. Обозначения: GalNAc – N-ацетилгалактозоамин; Gal – галактоза; GlcNAc - N-ацетилглюкозоамин; Fuc – фукоза (

Рис. 2 Модель строения муциновых олигомеров: А – муцины цервикальной слизи человека; В – муцины слизи желудка урысы; (=) – дисульфидная связь; -SH – тиоловая группа (Для увеличения картинки щелкните на ней мышкой)


Рис. 4 Рентгенограммы от плотной фазы дуоденального сока собаки: А – исходный сок с рН около 7; Б – сок, рН которого был понижен до 4,5 (аналогичную рентгенограмму дает смесь дуоденального сока с желудочным). Расстояние образец-пленка – 75 мм (Для увеличения картинки щелкните на ней мышкой)


Рис. 5 Рентгенограммы от плотной фазы дуоденального сока собаки, не получавшей пищи в течение 24 часов (А) и через 30 минут после введения в тощую кишку питательной смеси (Б). Расстояние образец-пленка – 70 мм (Для увеличения картинки щелкните на ней мышкой)

В полость рта открываются выводные протоки трёх пар больших слюнных желез: околоушных, подчелюстных и подъязычных. Кроме них в слизистой оболочке рта имеются многочисленные мелкие железы, которые по месту размещения называются: губными, щёчными, нёбными и языковыми. B области языка расположены: передняя слюнная железа на нижней поверхности кончика языка, на корне языка — железы, протоки которых впадают в промежутки между листообразными и жолобовиднымы сосочками. Выводные протоки губных, щечных желез открываются в преддверие рта, а подчелюстных, подъязычных, небных и языковых — в собственно ротовую полость. По характеру секрета железы делятся на белковые, слизистые и смешанные.

Слюна — это смесь секретов трех больших и множества малых слюнных желез. К секрету, выделяемому в ротовой полости, примешиваются эпителиальные клетки, частицы пищи, слюнные тельца (нейтрофильные лейкоциты, лимфоциты), слизь, микроорганизмы.

Состав и свойства слюны.

В состав секрета слюнных желез входит 98-99 % воды, а все остальное — твердый остаток, в который входят минеральные анионы хлоридов, фосфатов, бикарбонатов, йодидов, бромидов, фторидов, сульфатов. В слюне есть катионы натрия, калия, кальция, магния и микроэлементы — железо, медь, никель, литий и другие. Концентрация таких веществ, как йод, калий, стронций намного больше, чем в крови. Органические вещества представлены главным образом белками (альбумины, глобулины, ферменты), но кроме них в слюне ещё есть азотсодержащие компоненты (мочевина, аммиак, креатинин, свободные аминокислоты, гамма — аминоглютаминат, таурин, фосфоэтаноламин, оксипролин, витамины). Часть этих веществ переходит в слюну из плазмы крови без изменений, а часть (амилаза, гликопротеины) синтезируется в слюнных железах.

Большие и малые слюнные железы выделяют в норме разный по составу и количеству секрет. Околоушные железы секретируют жидкую слюну с содержанием большого количества хлоридов калия и натрия, ферменты — каталазу (осуществляет гидролиз перекиси водорода до воды и кислорода) и амилазу. Последняя в своем составе имеет кальций, без которого она не действует. Для выполнения своих функций амилазе необходимы ионы хлора. Щелочной фосфатазы в этом секрете нет, но активность кислой фосфатазы очень высока.

Подчелюстные железы секретируют продукт, который содержит большое количество органических веществ (муцин, амилаза) и небольшое количество роданистого калия. Из минеральных веществ преобладают соли хлориды натрия, хлориды кальция, фосфат кальция, фосфат магния. Амилазы значительно меньше, чем в секрете околоушной железы.

Подъязычные железы выделяют слюну, богатую муцином и имеют сильную щелочную реакцию. Активность щелочной и кислой фосфотаз в этой слюне очень высока. Консистенция слюны вязкая и клейкая.

В полости рта слюна выполняет пищеварительную функцию, а кроме того защитную и трофическую функции для эмали зуба. Пищеварительная функция заключается в подготовке порции пищи к глотанию и пищеварению. Пережёванная пища смешивается со слюной, которая составляет 10-12 % от ее количества. Муцин способствует формированию пищевого комочка и глотанию, это важнейший органический компонент слюны.

В полости рта слюна выполняет функцию пищеварительного сока. В ее состав входит около 50 ферментов, которые относятся к классам гидролаз, оксиредуктаз, трансфераз.

Защитная функция слюны заключается в том, что она защищает слизистую оболочку и зубы от высыхания, физических и химических повреждений пищей, выравнивает температуру пищи, связывает как амфотерный буфер кислоты и отмывает налет с зубов, способствует самоочищению полости рта и зубов; наличие лизоцима — ферментоподобного белка, который имеет бактерицидные свойства, придаёт ей возможность принимать участие в защитных реакциях организма и в процессах регенерации эпителия при повреждениях слизистой оболочки рта.

  • Вода (около 99 % общего состава слюны). Обеспечивает смачивание и растворение компонентов пищи для появления чувства вкуса и первичных пищеварительных реакций. Увлажняет ротовую полость. Способствует речи.
  • Бикарбонаты. Поддерживают слабощелочную реакцию слюны (рН: 5,25-8,0).
  • Хлориды. Активируют слюнную амилазу — фермент, расщепляющий крахмал.
  • Иммуноглобулин А (IgA) Составная часть слюнной антибактериальной системы.
  • Лизоцим. Бактерицидный фермент, предотвращает кариес, принимает участие в процессах регенерации эпителия слизистой оболочки рта
  • Муцин. Гликопротеид, который способствует образованию слизи и формированию пищевого комочка.
  • Слизь. Участвует в образовании пищевого комочка. Способствует глотанию. Обеспечивает буферные свойства слюны.
  • Фосфаты. Поддерживают pH слюны.
  • Слюнная альфа — амилаза (птиалин). Катализирует расщепление полисахаридов до дисахаридов
  • Мочевина, мочевая кислота. He выполняют пищеварительной функции; являются продуктами экскреции.
  • Мальтаза (глюкозидаза). Расщепляет мальтозу и сахарозу до моносахаров.