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1、牙菌斑的生物化学The chemistry of plaque,菌斑的形成过程,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The metabolism of dental plaque 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,有机成分:,蛋白质 4050(干重),碳水化合物 13-18%(干重),脂质10-14%(干重),无机成分：Ca P K Na 少量 F Mg,水：7080（w/w),牙菌斑的主要物
2、质代谢,碳水化合物代谢(carbohydrate metabolism)(糖代谢),分解代谢,合成代谢,糖分解代谢途径,糖酵解途径，Embden-Meyerhof pathway,EMP 磷酸戊糖途径，Hexose-Monophosphate pathway,HMP ED途径 PK途径,丙酮酸,葡萄糖glucose,Embden-Meyerhof pathway,EMP 糖酵解途径 glycolysis pathway,O,OH,OH,HO,OH,CH2OH,1,2,3,4,5,6,O,OH,OH,HO,OH,H2C O,P,葡萄糖激酶,ATP,ADP,CH2OH C=O CHOH CHOH
3、CHOH CH2O-P,葡萄糖,G-6-P,F-6-P,CH2O-P C=O CHOH CHOH CHOH CH2O-P,磷酸果糖激酶,ATP,ADP,1,6-二磷酸果糖,果糖二磷酸醛缩酶,CH2O-PC=OCH2OH,CH2OHCHOHCH2O-P,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,磷酸葡萄糖异构酶,CH2OHCHOHCH2O-P,3-磷酸甘油醛,3-磷酸甘油醛脱氢酶,NAD,NADHH,COOCHOHCH2O-P,P,1,3-二磷酸甘油酸,ADP,ATP,3-磷酸甘油酸激酶,COOCHOHCH2O-P,3-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸变位酶,COOCHO-PCH2OH,2-磷酸甘油酸,烯醇酶,Mg2
4、+,COOCOPCH2,磷酸烯醇式丙酮酸PEP,丙酮酸激酶,COOCOCH2OH,丙酮酸,ADP,ATP,O,OH,OH,HO,OH,CH2OH,1,2,3,4,5,6,O,OH,OH,HO,OH,H2C O,P,葡萄糖激酶,ATP,ADP,CH2OH C=O CHOH CHOH CHOH CH2O-P,葡萄糖,G-6-P,F-6-P,CH2O-P C=O CHOH CHOH CHOH CH2O-P,磷酸果糖激酶,ATP,ADP,1,6-二磷酸果糖,果糖二磷酸醛缩酶,CH2O-PC=OCH2OH,CH2OHCHOHCH2O-P,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,磷酸葡萄糖异构酶,CH2OHCHOH
5、CH2O-P,3-磷酸甘油醛,3-磷酸甘油醛脱氢酶,NAD,NADHH,COOCHOHCH2O-P,P,1,3-二磷酸甘油酸,ADP,ATP,3-磷酸甘油酸激酶,COOCHOHCH2O-P,3-磷酸甘油酸,COOCHO-PCH2OH,2-磷酸甘油酸,烯醇酶,Mg2+,COOCOPCH2,磷酸烯醇式丙酮酸PEP,丙酮酸激酶,COOCOCH2OH,丙酮酸,ADP,ATP,磷酸甘油酸变位酶,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,兼性厌氧菌，如链球菌EMP为主，辅以HMP途径同(纯)发酵乳杆菌，如嗜酸乳杆菌、唾液乳杆菌EMP为主异(杂)发酵乳杆菌，如发酵乳杆菌PK为主兼性异(杂)发酵
6、乳杆菌，如干酪乳杆菌、胚芽乳杆菌兼有EMP和PK途径双歧杆菌没有完全的EMP途径，主要靠PK途径少数革兰氏阴性菌只通过ED途径降解葡萄糖。,其它糖的代谢,蔗糖,葡萄糖 果糖,蔗糖酶,果糖、乳糖、半乳糖,诱导酶,磷酸果糖激酶,EMP,淀粉,糊精,唾液淀粉酶,麦芽糖,葡萄糖,糖发酵终末产物的特点,1.在菌斑表层，有氧存在，主要为有氧分解，丙酮酸进入三羧酸循环生成CO2和水，产能。在菌斑深层，缺氧，无氧发酵。2.细菌种类不同，终末产物也不同。在链球菌、乳杆菌和双歧杆菌，丙酮酸可降解成乳酸、乙酸、乙醇和甲酸。放线菌可将丙酮酸降解为琥珀酸、乳酸、甲酸、乙酸、乙醇和二氧化碳。韦荣菌可使丙酮酸形成琥珀酸、乙
7、酸、丙酸。梭杆菌、梭状芽胞杆菌和优杆菌可产生丁酸。,糖发酵终末产物的特点,3.同一种细菌在不同环境中，其代谢产物不同 如链球菌，在外源性糖丰富时，可经乳酸脱氢酶作用生成大量乳酸。在外源性糖不足时，细菌可通过丙酮酸甲酸裂解酶通路获取能量。放线菌在CO2缺乏时，可形成乳酸，但在有CO2时，可形成琥珀酸、甲酸、乙酸。4代谢的终末产物可被一些细菌进一步降解，使环境的酸度发生改变。例如，韦荣菌能利用乳酸生成乙酸和丙酸，丙酸和乙酸，使pH升高。,糖的合成代谢Carbohydrate anabolism of dental plaque,1.糖合成代谢的途径 该途径在细胞内进行，外源性糖丰富时，将环境中的糖
8、转化为胞内多糖(细胞内多糖(intracellular polysaccharide,ICP，主要是糖原)贮存在于细胞内。2.细胞外途径：在细胞外，通过糖基转移酶(即胞外多糖合成酶)的作用把一个糖分子从糖苷转移到另一个糖苷上，合成细胞外多聚糖(extracellular polysaccharide,ECP)。,变链菌致病因子 致病物质 作用1)菌体表面物质 脂磷壁酸(LTA)，蛋白质，多糖 粘附2)与致病有关的酶 i)葡萄糖基转移酶(GTF)蔗糖非水溶性葡聚糖 粘附 ii)蔗糖水溶性葡聚糖产酸的基质(2)果糖基转移酶(FTF)蔗糖果聚糖 产酸的基质(3)葡聚糖酶 葡聚糖低聚糊精糖 产酸的基质
9、(4)果聚糖酶 果聚糖低聚果糖 产酸的基质(5)蔗糖酶 蔗糖葡萄糖十果糖 产酸的基质3)酸的产生 糖酵解产乳酸 脱矿4)细胞内多糖形成 支链淀粉 产酸的基质5)耐酸性 细菌在酸性环境内生存、增殖,GTF与FTF的特性：,1.对蔗糖的高度特异性2.广泛的pH适应度3.为细菌固有酶,葡糖基转移酶(glucosyltransferase,GTF),果糖基转移酶(fructosyltransferase,FTF),GTF,FTF,2,OH,4,O,OH,HO,CH2OH,1,3,5,O,2,4,O,O,OH,HO,CH2,1,3,5,细胞内外多糖在龋病发病中的作用：,参与并加速菌斑的形成生物屏障作用能
10、量储存形式,氮源化合物的代谢作用,为细菌生长提供必需的氨基酸提供能量（氨基酸的产量大于其需要量时）产生的碱性产物对牙菌斑的pH有重要的调节作用,牙菌斑内矿物质转换The transformation of mineral component in dental plaque,菌斑内矿物质浓度高于唾液的原因：,菌斑为一离子屏障，可阻挡牙面离子向外扩散菌斑基质中的蛋白可与钙、磷、氟等无机离子结合菌斑中的细菌亦有结合某些离子的能力,菌斑pH与龋病pH and caries,菌斑中各种磷酸盐的存在形式羟磷灰石 Ca10(PO4)6OH2磷酸氢钙 CaHPO4磷酸八钙 Ca8(HPO4)2(PO4)45H2O磷酸三钙 Ca3(PO4)2二水磷酸氢钙 CaHPO42H2O氟磷灰石 Ca10(PO4)6F2,牙结石的成分,羟磷灰石 58%Ca10(PO4)6OH2白钙磷石 21%磷酸八钙 21%Ca8(HPO4)2(PO4)45H2O二水磷酸氢钙 9%CaHPO42H2O,菌斑内磷灰石的溶解性与菌斑pH的关系,1.pH与唾液pH相似磷酸钙 饱和且稳定2.pH降低磷酸钙溶解3.pH升高磷酸钙沉积,
