Все секреты медицины

В настоящее время методом двухмерного электрофореза в смешанной слюне обнаружено около 1009 протеинов, из них 306 идентифицировано.

Большинство белков слюны является гликопротеинами, в которых количество углеводов достигает 4-40%. Секреты различных слюнных желез содержат гликопротеины в различных пропорциях, что и определяет разницу в их вязкости. Так, наиболее вязкая слюна – секрет подъязычной железы (коэффициент вязкости 13,4), затем подчелюстной (3,4) и паротидной (1,5). В условиях стимуляции могут синтезироваться неполноценные гликопротеины и слюна становиться менее вязкой.

Слюнные гликопротеины и слюна неоднородны и различаются по молекулярной массе, подвижности в изоэлектрическом поле и содержанию фосфата. Олигосахаридные цепи в слюнных белках связываются с гидроксильной группой серина и треонина О-гликозидной связью или присоединяется к остатку аспарагин через N-гликозидную связь.

Источниками белков в смешанной слюне являются:

· Секреты больших и малых слюнных желез;

· Клетки-микроорганизмы, лейкоциты, слущенный эпителий;

· Плазма крови.

Белки слюны выполняют множество функций. При этом один и тот же белок может участвовать в нескольких процессах, что позволяет говорить о полифункциональности слюнных белков.

Секреторные белки. Ряд белков слюны синтезируются слюнными железами и прдеставлены муцином (две изоформы М-1, М-2), белками, богатимы пролином, иммуноглобулинами (IgA, IgG, IgM), калликреином, паротином; ферментами – α-амилазой, лизоцимом, гистатинами, цистатинами, статзерином, карбоангидразой, пероксидазой, лактоферином, протеиназами, липазой, фосфатазами и др. Они имеют разную молекулярную массу; наибольшей обладают муцины и секреторный иммуноглобулин А. Эти белки слюны на слизистой оболочке полости рта формируют пелликулу, которая обеспечивает смазку, защищает слизистую от воздействия факторов внешней среды и протеолитических ферментов, выделяемых бактериями и разрушенными полиморфоядерными лейкоцитыми, а также предотвращает ее высушивание.

Муцины – высокомолекулярные белки, обладающие множеством функций. Обнаружены две изоформы этого белка, которые различаются по молекулярной массе: муцин-1 – 250кДа, муцин-2 – 1000кДа. Муцин синтезируется в поднижнечелюстных, подъязычных и малых слюнных железах. В полипептидной цепи муцина содержится большое количество серина и треонина, а всего их насчитывается около 200 на одну полипептидную цепь. Третьей, наиболее часто встречающейся аминокислотой в муцине, является пролин. К остаткам серина и треонина через О-гликозидную связь присоединены остатки N-ацетилгалактозамина, фруктозы и галактозы.

Благодаря способности связывать большое количество воды муцины придают слюне вязкость, защищают поверхность от бактериального загрязнения и растворения фосфата кальция. Бактериальная защита обеспечивается совместно с иммоноглобулинами и некоторыми другими булками, присоединенными к муцину. Муцины присутствуют не только в слюне, но также в секретах бронхов и кишечника, семенной жидкости и выделениях из шейки матки, где играю роль смазки и защищают подлежащие ткани от химических и механических повреждений.

Олигосахариды, связанные с муцинами, обладают антигенной специфичностью, что соответствует группоспецифическим антигенам, которые присутствуют также в виде сфинголипидов и гликопротеинов на поверхности эритроцитов в виде олигосахаридов в молоке и моче. Способность синтезировать группоспецифические вещества в составе слюны передается по наследству.

Концентрация группоспецифических веществ в слюне равна 10-130мг/л. Они в основном поступают с секретом малых слюнных желез и точно соответствуют группе крови. Исследование группоспецифических веществ в слюне используется в судебной медицине для установления группы крови в тех случаях, когда это невозможно сделать иначе.

Белки, богатые пролином (ББП). Они были открыты в слюне околоушных желез и составляют до 70% от общего количества всех белков в этом секрете. Молекулярная масса ББП колеблется от 6 до 12кДа. Исследование аминокислотного состава выявило, что 75% от общего числа аминокислот приходится на пролин, глицин, глутаминовую и аспарагиновую кислоты. Это семейство объединяет несколько белков, которые по свойствам делят на 3 группы: кислые ББП; основные ББП; гликолизированные ББП.

ББП выполняют в полости рта несколько функций. В первую очередь, они легко адсорбируются на поверхности эмали и являются компонентами приобретенной пелликулы зуба. Кислые ББП, входящие в состав пелликулы зуба, связываются с белком статерином и препятствуют его взаимодействию с гидроксиаппатитом при кислых значениях pH. Таким образом, кислые ББП задерживают деминерализацию эмали зуба и ингибируют излишнее осаждение минералов, т.е. поддерживают постоянство количества кальция и фосфора в эмали зуба. Кислые и гликозилированные ББП также способны связывать определенные микроорганизмы и таким образом участвуют в образовании микробных колоний в зубном налете. Гликозилированные ББП участвуют в смачивании пищевого комка. Предполагают, что основные ББП играют определенную роль в связывании танинов пищи и тем самым защищают слизистую оболочку полости рта от их повреждающего действия, а также придают вязко-эластические свойства слюне.

Антимикробные пептиды в смешанную слюну попадают с секретом слюнных желез из лейкоцитов и эпителия слизистой оболочки. Они представлены кателидинами; α- и β-дефензинами; кальпротектином; пептидами с высокой пропорцией специфических аминокислот (гистатины).

Гистатины (белки, богатые гистидином) . Из секретов околоушных и подчелюстных слюнных желез человека выделено семейство основных олиго- и полипептидов, отличающихся большим содержанием гистидина. Исследование первичной структуры гистатинов показало, что они состоят из 7-38 аминокислотных остатков и имеют большую степень сходства между собой. Семейство гистатинов представлено 12 пептидами разной молекулярной массой. Считают, что отдельные пептиды, этого семейства образуются в реакциях ограниченного протеолиза, либо в секреторных везикулах, либо при прохождении белков через железистые протоки.

Хотя биологические финкции гистатинов окончательно не выяснены, уже установлено, что гистатин-1 участвует в образовании приобретенной пелликулы зуба и является мощным ингибитором роста кристаллов гидроксиаппатитов в слюне. Смесь очищенных гистатинов подавляет рост некоторых видов стрептококков.

В антимикробной защите также участвует белок кальпротектин – пептид, обладающий мощным противомикробным действием и попадающий в слюну из эпителиоцитов и нейтрофильных гранулоцитов.

Статерины (белки, богатые тирозином). Из секрета околоушных слюнных желез выделены фосфопротеины, содержащие до 15% пролина и 25% кислых аминокислот, молекулярная масса которого равна 5,38кДа. Они вместе с другими секреторными белками ингибируют спонтанную преципитацию фосфорнокальциевых солей на поверхности зуба, в ротовой полости и в слюнных железах. Статерины связывают ионы кальция, ингибируя его осаждение и образование гидроксиаппатитов в слюне. Также эти белки обладают способностью не только тормозить рост кристаллов, но и фазу нуклеации (образование затравки будущего кристалла). Статерины совместно с гистатинами ингибируют рост аэробных и анаэробных бактерий.

Лактоферин – гликопротеин, содержащийся во многих секретах. Особенно его много в молозиве и слюне. Он связывает ионы железа бактерий и нарушает окислительно-восстановительные процессы в бактериальных клетках, оказывая тем самым бактериостатическое действие.

Пищеварение начинается в ротовой полости, где про­исходит механическая и химическая обработка пищи. Меха­ническая обработка заключается в измельчении пищи, сма­чивании ее слюной и формировании пищевого комка. Химическая обработка происходит за счет ферментов, содержа­щихся в слюне.

В полость рта впадают протоки трех пар Крупных слюнных желез: околоушных, подчелюстных, подъязычных и множества мелких желез, находящихся на поверхности языка и в слизистой оболочке нёба и щек. Околоушные железы и железы, расположенные на боковых поверхностях языка, - серозные (белковые). Их секрет содер­жит много воды, белка и солей. Железы, расположенные на корне языка, твердом и мягком нёбе, относятся к слизистым слюнным железам, секрет которых содержит много муцина. Подчелюстные и подъязычные железы являются смешан­ными.

Состав и свойства слюны

У взрослого человека за сутки образуется 0,5-2 л слюны. Ее рН равна 6,8-7,4. Слюна состоит из 99% воды и 1% сухого остатка. Сухой остаток представлен неорганическими и органическими веществами. Среди неорганических ве­ществ - анионы хлоридов, бикарбонатов, сульфатов, фосфа­тов; катионы натрия, калия, кальция, магния, а также микроэлементы: железо, медь, никель и др. Органические вещества слюны представлены в основном белками. Белковое слизи­стое вещество муцин склеивает отдельные частицы пищи и формирует пищевой комок. Основными ферментами слюны являются альфа-амилаза (расщепляет крахмал, гликоген и другие полисахариды до дисахарида мальтозы) и мальтаза (действует на мальтозу и расщепляет ее до глюкозы).

В слюне в небольших количествах обнаружены также и другие ферменты (гидролазы, оксиредуктазы, трансферазы, протеазы, пептидазы, кислая и щелочная фосфатазы). Также содержится белковое вещество лизоцим (мурамидаза), обла­дающее бактерицидным действием.

Функции слюны

Слюна выполняет следующие функции.

Пищеварительная функция - о ней сказано выше.

Экскреторная функция. В составе слюны могут выде­ляться некоторые продукты обмена, такие как мочевина, мо­чевая кислота, лекарственные вещества (хинин, стрихнин), а также вещества, поступившие в организм (соли ртути, свин­ца, алкоголь).

Защитная функция. Слюна обладает бактерицидным действием благодаря содержанию лизоцима. Муцин спосо­бен нейтрализовать кислоты и щелочи. В слюне находится большое количество иммуноглобулинов (IgA), что защищает организм от патогенной микрофлоры. В слюне обнаружены вещества, относящиеся к системе свертывания крови: факто­ры свертывания крови, обеспечивающие местный гемостаз; вещества, препятствующие свертыванию крови и обладаю­щие фибринолитической активностью, а также вещество, стабилизирующее фибрин. Слюна защищает слизистую обо­лочку полости рта от пересыхания.

Трофическая функция. Слюна является источником кальция, фосфора, цинка для формирования эмали зубов.

Регуляция слюноотделения

При поступлении пищи в ротовую полость происходит раздражение механо-, термо- и хеморецепторов слизистой оболочки. Возбуждение от этих рецепторов по­ступает в центр слюноотделения в продолговатом мозге. Эфферентный путь представлен парасимпатическими и симпатическими волокнами. Ацетилхолин, выделяющийся при раз­дражении парасимпатических волокон, иннервирующих слюнные железы, приводит к отделению большого количества жидкой слюны, которая содержит много солей и мало органических веществ. Норадреналин, выделяющийся при раз­дражении симпатических волокон, вызывает отделение не­большого количества густой, вязкой слюны, которая содер­жит мало солей и много органических веществ. Такое же действие оказывает адреналин. Т.о. болевые раздражения, отрицательные эмоции, умственное напряже­ние тормозят секрецию слюны. Субстанция Р, напротив, стимулирует секрецию слюны.

Слюноотделение осуществляется не только с помощью безусловных, но и условных рефлексов. Вид и запах пищи, звуки, связанные с приготовлением пищи, а также другие раздражители, если они раньше совпадали с приемом пищи, разговор и воспоминание о пище вызывают условно-рефлекторное слюноотделение.

Качество и количество отделяемой слюны зависят от особенностей пищевого рациона. Например, при приеме во­ды слюна почти не отделяется. В слюне, выделяющейся на пищевые вещества, содержится значительное количество ферментов, она богата муцином. При попадании в ротовую полость несъедобных, отвергаемых веществ выделяется слюна жидкая и обильная, бедная органическими соедине­ниями.

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)

Пищеварение начинается уже в ротовой полости в виде механической обработки пищи и смачивание ее слюной. Слюна является важным компонентом, подготавливающим пищевой комок к дальнейшему перевариванию. Она способна не только увлажнить пищу, но еще и обеззаразить. Также в состав слюны входит множество ферментов, начинающих расщеплять простые компоненты еще до обработки еды желудочным соком.

• Вода. Составляет более 98,5% всего секрета. В ней растворены все действующие вещества: ферменты, соли и другое. Основная функция – увлажнить пищу и растворить вещества, находящиеся в ней для облегчения дальнейшего продвижения пищевого комка по ЖКТ и переваривания.
• Соли различных кислот (микроэлементы, катионы щелочных металлов). Являются буферной системой, которая способна сохранить необходимую кислотность пищевого комка перед попаданием его в среду желудка. Соли способны повысить кислотность пищи при ее недостаточности или ощелочить – при излишне высокой кислотности. При патологии и увеличении содержания солей они могут откладываться в виде камней с формированием гингивита.
• Муцин. Вещество, обладающее склеивающими свойствами, что позволяет собрать пищу в единый комок, который одним конгломератом затем будет двигаться сквозь весь желудочно-кишечный тракт.
• Лизоцим. Естественный протектор, обладающий бактерицидными свойствами. Способен обеззараживать пищу, обеспечивает защиту ротовой полости от болезнетворных микроорганизмов. При недостаточности компонента могут развиться такие патологии как кариес, кандидоз.
• Опиорфин. Анестетическое вещество, способное обезболить излишне чувствительную слизистую полости рта, богатую на нервные окончания, от механического раздражения твердой пищей.
• Ферменты. Ферментативная система способна начать переваривание пищи и подготовить к дальнейшей обработке в желудке и кишечнике. Расщепление пищи начинается с углеводных компонентов, так как дальнейшая обработка может потребовать энергетических затрат, которые и обеспечивают сахара.

В таблице представлено содержание каждого компонента слюны

Ферменты слюны

Амилаза

Фермент, способный расщеплять сложные углеводные соединения, превращая их в олигосахариды, а затем и в сахар. Основное соединение, на которое воздействует фермент, – крахмал. Именно благодаря действию этого фермента мы может почувствовать сладкий вкус продукта в процессе его механической обработки. Дальнейшее расщепление крахмала продолжается уже под действием панкреатической амилазы в двенадцатиперстной кишке.

Лизоцим

Основной бактерицидный компонент, который, в сущности, выполняет свои свойства благодаря перевариванию оболочек клеток бактерий. По сути, фермент также способен расщеплять полисахаридные цепи, расположенные в оболочке бактериальной клетки, благодаря чему в ней появляется отверстие, через которое быстро затекает жидкости и микроорганизм лопается как воздушный шарик.

Мальтаза

Фермент, способный расщеплять мальтозу – сложное углеводное соединение. При этом получается две молекулы глюкозы. Действует в сочетании с амилазой вплоть до тонкого кишечника, где в двенадцатиперстной замещается кишечной мальтазой.

Липаза

В слюне содержится лингвальная липаза, которая первая начинает обработку сложных жирных соединений. Вещество на которое она воздействует – триглицерид, после обработки ферментом он расщепляется на глицерол и жирные кислоты. Ее действие заканчивается в желудке, где на смену приходит желудочная липаза. Для детей именно лингвальная липаза имеет большее значение, так как первая начинает переваривание молочных жиров грудного молока.

Протеазы

Необходимые для адекватного переваривания белков условия, в слюне отсутствуют. Они способны расщепить только уже денатурированные белковые компоненты на более простые. Основной процесс переваривания белков начинается после денатурации цепей белка под действием соляной кислоты в кишечнике. Однако, протеазы, содержащиеся в слюне, также очень важны для нормального переваривания пищи.

Другие элементы

К другим элементам относят не менее важные соединения, обеспечивающие правильное формирование пищевого комка. Этот процесс важен как начало адекватного и полноценного пищеварения.

Муцин

Клейкое вещество, которое способно собирать воедино пищевой комок. Его действие продолжается вплоть до выхода переработанной пищи из кишечного тракта. Способствует равномерному перевариванию химуса, а благодаря слизеобразной консистенции значительно облегчает и смягчает его продвижение по тракту. Вещество также выполняет и защитную функцию за счет обволакивания десен, зубов, слизистой, что значительно снижает травматическое воздействие твердой необработанной пищи на нежные структуры. К тому же липкая консистенция способствует прилипанию болезнетворных агентов, которые впоследствии разрушает лизоцим.

Опиорфин

Естественный антидепрессант, нейрогенный медиатор, способный воздействовать на нервные болевые окончания, блокируя передачу болевого импульса. Это позволяет сделать процесс жевания безболезненным, хотя твердые частички зачастую травмируют слизистую, десны, поверхность языка. Естественно, в слюне выделяются микродозы. Существует теория, что патогенетическим механизмом является увеличение выделения опиата, из-за зависимости, которая формируется у человека, возрастает потребность в раздражении полости рта, увеличении выделения слюны – следовательно, и опиорфина.

Буферные системы

Различные соли, которые обеспечивают необходимую кислотность для нормального функционирования ферментной системы. Они также создают необходимый заряд на поверхности химуса, что способствует стимуляции перистальтических волн, ослизнению внутренней слизистой оболочки, выстилающей ЖКТ. Также эти системы способствуют минерализации зубной эмали и ее укреплению.

Эпидермальный фактор роста

Белковое гормональное соединение, способствующее запуску регенераторных процессов. Деление клеток слизистой полости рта происходит молниеносно. Это и понятно, так как они повреждаются намного чаще, чем любые другие, в результате механического воздействия и бактериальных атак.

• Защитная. Заключается в обеззараживании пищи и защите слизистой полости рта и зубной эмали от механического повреждения.
• Пищеварительная. Ферменты, содержащиеся в слюне, начинают переваривание уже на этапе измельчения пищи.
• Минерализующая. Позволяет укреплять зубную эмали, за счет растворов солей, содержащихся в слюне.
• Очищающая. Обильно выделение слюны способствует самоочищению ротовой полости, за счет ее омывания.
• Антибактериальная. Компоненты слюны обладают бактерицидным свойством, благодаря чему многие болезнетворные микроорганизмы не проникают дальше ротовой полости.
• Выделительная. В слюне содержатся продукты метаболизма (такие как аммиак, различные токсины, в том числе и лекарственные), при сплевывании которых организм избавляется от шлаков.
• Анестетическая. Благодаря содержанию опиорфина, слюна способна кратковременно обезболить мелкие порезы, также обеспечивает безболезненную обработку пищи.
• Речевая. Благодаря водному компоненту обеспечивает увлажнение ротовой полости, что помогает членораздельной речи.
• Заживляющая. Благодаря содержанию эпидермального фактора роста, способствует быстрейшему заживлению всех раневых поверхностей, поэтому рефлекторно при любом порезе мы стараемся облизать рану.

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.