- •К лекции: костная ткань
- •Биохимия костной ткани
- •Процессы образования и ремоделирования кости
- •Биохимические маркёры метаболизма костной ткани
- •Факторы, влияющие на метаболизм костей (витамины и гормоны)
- •Характерные нарушения костей
- •Химические компоненты костной ткани
- •Белки матрикса, специфичные для костной ткани
- •Моделирование и ремоделирование кости
- •Биохимические маркёры метаболизма костной ткани
- •Фосфаты кальция – основа минерального компонента межклеточного матрикса
- •2. Замещение фосфат-ионов (ро43–) на гидрофосфат-ионы (нро42–) или на карбонат- и гидрокарбонат-ионы (со32– и нсо3–).
- •3. Замещение гидроксила (он–) на фториды (f–), хлориды (Cl–) и другие ионы:
- •Этапы обмена элементов кристаллической решетки апатитов
- •Стадии минерализации костной ткани
- •Особенности механизмов минерализации в тканях
- •Факторы регуляции минерализации
- •Гликопротеины (и мукопротеины)
- •Семейство эластина
- •Структурно-Адгезивные неколлагеновые белки
- •Ферменты распада молекул межклеточного матрикса
2. Замещение фосфат-ионов (ро43–) на гидрофосфат-ионы (нро42–) или на карбонат- и гидрокарбонат-ионы (со32– и нсо3–).
Са10(РО4)6(ОН)2 + НРО42– → Са10(НРО4)(РО4)5(ОН)2 + РО43–
Заряд катионов кальция в этом случае компенсируется анионами не полностью (важнее ионный радиус, а не заряд заместителя). Двойная замена приводит к неустойчивости иона Са2+, он может покинуть кристалл:
Са10(РО4)6(ОН)2 + 2НРО42– → Са9(НРО4)2(РО4)4(ОН)2 + Са2+ + 2РО43–
Карбонатный апатит. Замещение на карбонат-ион повышает коэффициент Са/Р апатитов, однако кристаллы становятся более рыхлыми и хрупкими.
Са10(РО4)6(ОН)2 + СО32– → Са10(РО4)5(СО3)(ОН)2 + РО43–
Интенсивность формирования карбонатапатитов зависит от общего количества бикарбонатов в организме, пищевого рациона и стрессовых нагрузок.
Са10(РО4)6(ОН)2 + 3 НСО3– +3Н+ → Са10(РО4)4(СО3)3(ОН)2 + 2Н3РО4
Са10(РО4)6(ОН)2 + 3СО32– → Са10(РО4)4(СО3)3(ОН)2 + 2РО43–
В целом, если основная соль кальция фосфата осаждается при комнатной температуре или температуре тела в присутствии карбонат иона или гидрокарбонат иона, то образующийся апатит будет содержать в своём составе несколько процентов карбоната или гидрокарбоната. Карбонат уменьшает кристалличность апатита и делает его более аморфным. Такая структура напоминает структуру апатитов костей или эмали. С возрастом количество карбонатапатитов увеличивается.
Из углерод-содержащих минералов кроме карбонатного апатита в полости рта встречаются гидрокарбонат кальция Са(НСО3)2 и веделит СаС2О4 · Н2О в качестве минорного компонента зубного камня.
3. Замещение гидроксила (он–) на фториды (f–), хлориды (Cl–) и другие ионы:
В водной среде взаимодействие ионов F– с гидроксиапатитом зависит от концентрации фтора. Если содержание фтора сравнительно невысоко (до 500 мг/л), то происходят замены и образуются кристаллы гидроксифтор- или фторапатита:
Са10(РО4)6(ОН)2 + F– → Са10(РО4)6(ОН)F + ОН–
Са10(РО4)6(ОН)2 + 2F– → Са10(РО4)6F2 + 2ОН–
Гидроксифторапатит – Ca10(PO4)6(OH)F – промежуточный вариант между гидроксиапатитом и фторапатитом. Фторапатит – Ca10(PO4)6F2 – наиболее стабильный из всех апатитов, температура плавления 1680º С. Кристаллы фторапатита имеют гексагональную форму: ось a = 0,937 нм, ось c = 0,688 нм. Плотность кристаллов составляет 3,2 г/см3.
Обе реакции замещения в кристаллической решётке ионов ОН– на ионы F– резко повышают резистентность гидроксиапатитов к растворению в кислой среде. Это свойство гидроксифтор- и фторапатитов рассматривается как ведущий фактор в профилактическом действии фторидов в отношении кариеса. Таким же, но значительно меньшим эффектом обладают ионы цинка, олова. Наоборот, в присутствии ионов карбоната, цитрата растворимость кристаллов апатитов повышается:
Са10(РО4)6(ОН)2 + СО32– + 2Н+→ Са10(РО4)6 СО3 + 2Н2О
Вместе с тем, высокие концентрации ионов F– (более 2 г/л) разрушают кристаллы апатитов:
Ca10(PO4)6(OH)2 + 20 F– → 10 CaF2 +6 PO43– + 2 OH–.
Образующийся фторид кальция – СаF2 – нерастворимое соединение, может включаться в состав зубного налёта и зубного камня. Кроме того, в этих условиях ионы фтора будут связывать ионы кальция на поверхности зуба, препятствуя их проникновению в эмаль.
В составе зубного камня обнаруживается также восьмикальциевый фторапатит Са8(РО4)6F2, этот вид минерала формируется постепенно по мере старения камня.