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1、牙菌斑的生物化学牙菌斑的生物化学The chemistry of plaque 菌斑的形成过程菌斑的形成过程 牙菌斑的化学组成牙菌斑的化学组成The chemical composition of dental plaque 牙菌斑内的主要物质代谢牙菌斑内的主要物质代谢The metabolism of dental plaque 牙菌斑内的矿物质转换牙菌斑内的矿物质转换The transformation of mineral component in dental plaque 牙菌斑的化学组成牙菌斑的化学组成有机成分有机成分:蛋白质 4050(干重)碳水化合物碳水化合物 13-18% (
2、干重)脂质10-14% (干重)无机成分：无机成分： Ca P K Na 少量 F Mg 水：水： 7080（w/w)牙菌斑的主要物质代谢牙菌斑的主要物质代谢碳水化合物代谢碳水化合物代谢(carbohydrate metabolism)(糖代谢糖代谢)分解代谢分解代谢合成代谢合成代谢氮原化合物代谢糖分解代谢途径糖分解代谢途径 糖酵解途径，糖酵解途径，Embden-Meyerhof pathway , EMP 磷酸戊糖途径，磷酸戊糖途径，Hexose- Monophosphate pathway , HMP ED途径途径 PK途径途径丙酮酸丙酮酸2OH4OOHOHHOCH2OH1356葡萄糖葡萄
3、糖glucoseEmbden-Meyerhof pathway , EMP 糖酵解途径糖酵解途径 glycolysis pathwayOOHOHHOOHCH2OH123456OOHOHHOOHH2C O P葡萄糖激酶葡萄糖激酶ATPADPCH2OH C=O CHOH CHOH CHOH CH2O- -P葡萄糖葡萄糖G-6-PF-6-PCH2O-P C=O CHOH CHOH CHOH CH2O- -P磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶ATPADP1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖果糖二磷酸醛缩酶果糖二磷酸醛缩酶CH2O-PC=OCH2OHCH2OHCHOHCH2O-P磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛磷酸
4、甘油醛磷酸葡萄磷酸葡萄糖异构酶糖异构酶CH2OHCHOHCH2O-P3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶NADNADHHCOOCHOHCH2O-PP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸ADPATP3-磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶COOCHOHCH2O-P3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸甘油磷酸甘油酸变位酶酸变位酶 COOCHO-PCH2OH2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸烯醇酶烯醇酶Mg2+COOCOPCH2磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸PEP丙酮酸激酶丙酮酸激酶COOCOCH2OH丙酮酸丙酮酸ADPATPOOHOHHOOHCH2OH123456OOHOHHOOHH2C O P葡萄糖
5、激酶葡萄糖激酶ATPADPCH2OH C=O CHOH CHOH CHOH CH2O- -P葡萄糖葡萄糖G-6-PF-6-PCH2O-P C=O CHOH CHOH CHOH CH2O- -P磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶ATPADP1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖果糖二磷酸醛缩酶果糖二磷酸醛缩酶CH2O-PC=OCH2OHCH2OHCHOHCH2O-P磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸葡萄磷酸葡萄糖异构酶糖异构酶CH2OHCHOHCH2O-P3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶NADNADHHCOOCHOHCH2O-PP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸ADPA
6、TP3-磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶COOCHOHCH2O-P3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸COOCHO-PCH2OH2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸烯醇酶烯醇酶Mg2+COOCOPCH2磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸PEP丙酮酸激酶丙酮酸激酶COOCOCH2OH丙酮酸丙酮酸ADPATP磷酸甘油磷酸甘油酸变位酶酸变位酶 葡萄糖转变为丙酮酸四条途径的区别葡萄糖转变为丙酮酸四条途径的区别各种细菌的糖代谢途径各种细菌的糖代谢途径 兼性厌氧菌，如链球菌兼性厌氧菌，如链球菌EMP为主，辅以为主，辅以HMP途径途径 同同(纯纯)发酵乳杆菌，如嗜酸乳杆菌、唾液乳杆菌发酵乳杆菌，如嗜酸乳杆菌、唾液乳杆菌EMP为主为主 异
7、异(杂杂)发酵乳杆菌，如发酵乳杆菌发酵乳杆菌，如发酵乳杆菌PK为主为主 兼性异兼性异(杂杂)发酵乳杆菌，如干酪乳杆菌、胚芽乳杆发酵乳杆菌，如干酪乳杆菌、胚芽乳杆菌兼有菌兼有EMP和和PK途径途径 双歧杆菌没有完全的双歧杆菌没有完全的EMP途径，主要靠途径，主要靠PK途径途径 少数革兰氏阴性菌只通过少数革兰氏阴性菌只通过ED途径降解葡萄糖。途径降解葡萄糖。其它糖的代谢其它糖的代谢蔗糖蔗糖葡萄糖葡萄糖 果糖果糖蔗糖酶蔗糖酶果糖、乳糖、半乳糖果糖、乳糖、半乳糖诱导酶诱导酶磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶EMP淀粉淀粉糊精糊精唾液淀粉酶唾液淀粉酶麦芽糖麦芽糖葡萄糖葡萄糖糖发酵终末产物的特点糖发酵终末产物的特点
8、1.在菌斑表层，有氧存在，主要为有氧分解在菌斑表层，有氧存在，主要为有氧分解，丙酮酸进入三羧酸循环生成，丙酮酸进入三羧酸循环生成CO2和水，产和水，产能。在能。在菌斑深层，缺氧，无氧发酵。菌斑深层，缺氧，无氧发酵。2.细菌种类不同，终末产物也不同。在链球细菌种类不同，终末产物也不同。在链球菌、乳杆菌和双歧杆菌，丙酮酸可降解成乳菌、乳杆菌和双歧杆菌，丙酮酸可降解成乳酸、乙酸、乙醇和甲酸。放线菌可将丙酮酸酸、乙酸、乙醇和甲酸。放线菌可将丙酮酸降解为琥珀酸、乳酸、甲酸、乙酸、乙醇和降解为琥珀酸、乳酸、甲酸、乙酸、乙醇和二氧化碳。韦荣菌可使丙酮酸形成琥珀酸、二氧化碳。韦荣菌可使丙酮酸形成琥珀酸、乙酸、
9、丙酸。梭杆菌、梭状芽胞杆菌和优杆乙酸、丙酸。梭杆菌、梭状芽胞杆菌和优杆菌可产生丁酸。菌可产生丁酸。糖发酵终末产物的特点糖发酵终末产物的特点3. 同一种细菌在不同环境中，其代谢产物不同同一种细菌在不同环境中，其代谢产物不同 如链球菌，在外源性糖丰富时，可经乳酸脱氢如链球菌，在外源性糖丰富时，可经乳酸脱氢酶作用生成大量乳酸。在外源性糖不足时，细酶作用生成大量乳酸。在外源性糖不足时，细菌可通过丙酮酸甲酸裂解酶通路获取能量。放菌可通过丙酮酸甲酸裂解酶通路获取能量。放线菌在线菌在CO2缺乏时，可形成乳酸，但在有缺乏时，可形成乳酸，但在有CO2时，可形成琥珀酸、甲酸、乙酸。时，可形成琥珀酸、甲酸、乙酸。4
10、代谢的终末产物可被一些细菌进一步降解代谢的终末产物可被一些细菌进一步降解，使环境的酸度发生改变。例如，韦荣菌能利，使环境的酸度发生改变。例如，韦荣菌能利用乳酸生成乙酸和丙酸，丙酸和乙酸，使用乳酸生成乙酸和丙酸，丙酸和乙酸，使pH升高。升高。糖的合成代谢糖的合成代谢Carbohydrate anabolism of dental plaque 1.糖合成代谢的途径糖合成代谢的途径 该途径在细胞内进行，外源性糖丰富时，该途径在细胞内进行，外源性糖丰富时，将环境中的糖转化为胞内多糖将环境中的糖转化为胞内多糖(细胞内多糖细胞内多糖(intracellular polysaccharide, ICP，主
11、要是糖主要是糖原原)贮存在于细胞内。贮存在于细胞内。2.细胞外途径：细胞外途径： 在细胞外，通过糖基转移酶在细胞外，通过糖基转移酶(即胞外多糖合即胞外多糖合成酶成酶)的作用把一个糖分子从糖苷转移到另一个的作用把一个糖分子从糖苷转移到另一个糖苷上，合成细胞外多聚糖糖苷上，合成细胞外多聚糖(extracellular polysaccharide, ECP) 。变链菌致病因子变链菌致病因子 致病物质致病物质 作用作用1)菌体表面物质菌体表面物质 脂磷壁酸脂磷壁酸(LTA)，蛋白质，多糖蛋白质，多糖 粘附粘附2)与致病有关的酶与致病有关的酶 i)葡萄糖基转移酶葡萄糖基转移酶(GTF)蔗糖蔗糖非水溶性
12、葡聚糖非水溶性葡聚糖 粘附粘附 ii)蔗糖蔗糖水溶性葡聚糖产酸的基质水溶性葡聚糖产酸的基质(2)果糖基转移酶果糖基转移酶(FTF) 蔗糖蔗糖果聚糖果聚糖 产酸的基质产酸的基质(3)葡聚糖酶葡聚糖酶 葡聚糖葡聚糖低聚糊精糖低聚糊精糖 产酸的基质产酸的基质(4)果聚糖酶果聚糖酶 果聚糖果聚糖低聚果糖低聚果糖 产酸的基质产酸的基质(5)蔗糖酶蔗糖酶 蔗糖蔗糖葡萄糖十果糖葡萄糖十果糖 产酸的基质产酸的基质3)酸的产生酸的产生 糖酵解产乳酸糖酵解产乳酸 脱矿脱矿4)细胞内多糖形成细胞内多糖形成 支链淀粉支链淀粉 产酸的基质产酸的基质5)耐酸性耐酸性 细菌在酸性环境内生存、增殖细菌在酸性环境内生存、增殖G
13、TF与与FTF的特性：的特性：1. 对蔗糖的高度特异性对蔗糖的高度特异性2. 广泛的广泛的pH适应度适应度3. 为细菌固有酶为细菌固有酶葡糖基转移酶葡糖基转移酶(glucosyltransferase, GTF)果糖基转移酶果糖基转移酶(fructosyltransferase, FTF)C12H22O11 (C6H10O5)n+ C6H12O6 GTF蔗糖蔗糖 葡聚糖葡聚糖 果糖果糖 C12H22O11 (C6H10O5)n+ C6H12O6 FTF蔗蔗糖糖 果果聚聚糖糖 葡葡萄萄糖糖 2OH4OOHHOCH2OH13524OOOHHOCH2OH135O2OH4OOHHOCH2OH13524
14、OOOHHOCH2OH135O24OOOHHOCH2135葡葡聚聚糖糖结结构构 细胞内外多糖在龋病细胞内外多糖在龋病发病中的作用：发病中的作用：参与并加速菌斑的形成参与并加速菌斑的形成生物屏障作用生物屏障作用能量储存形式能量储存形式氮源化合物的代谢作用氮源化合物的代谢作用为细菌生长提供必需的氨基酸为细菌生长提供必需的氨基酸提供能量提供能量（氨基酸的产量大于其需要量时）（氨基酸的产量大于其需要量时）产生的碱性产物对牙菌斑的产生的碱性产物对牙菌斑的pH有重要有重要的调节作用的调节作用牙菌斑内矿物质转换The transformation of mineral component in dental
15、 plaque 菌斑内矿物质浓度高于唾液的原因：菌斑内矿物质浓度高于唾液的原因：菌斑为一离子屏障，可阻挡牙面菌斑为一离子屏障，可阻挡牙面离子向外扩散离子向外扩散菌斑基质中的蛋白可与钙、磷、菌斑基质中的蛋白可与钙、磷、氟等无机离子结合氟等无机离子结合菌斑中的细菌亦有结合某些离子菌斑中的细菌亦有结合某些离子的能力的能力菌斑菌斑pH与龋病与龋病pH and caries 菌斑中各种磷酸盐的存在形式菌斑中各种磷酸盐的存在形式羟磷灰石羟磷灰石 Ca10(PO4)6OH2磷酸氢钙磷酸氢钙 CaHPO4磷酸八钙磷酸八钙 Ca8(HPO4)2(PO4)45H2O磷酸三钙磷酸三钙 Ca3(PO4)2二水磷酸氢钙二水磷酸氢钙 CaHPO42H2O氟磷灰石氟磷灰石 Ca10(PO4)6F2牙结石的成分牙结石的成分 羟磷灰石羟磷灰石 58% Ca10(PO4)6OH2白钙磷石白钙磷石 21%磷酸八钙磷酸八钙 21% Ca8(HPO4)2(PO4)45H2O二水磷酸氢钙二水磷酸氢钙 9% CaHPO42H2O菌斑内磷灰石的溶解性菌斑内磷灰石的溶解性与菌斑与菌斑pH的关系的关系1. pH与唾液pH相似磷酸钙 饱和且稳定2. pH降低磷酸钙溶解3. pH升高磷酸钙沉积
