Химический состав костной ткани

Биохимия костной ткани

Костная ткань – особый вид соединительной ткани. Клеточными элементами костной ткани являются остеобласты, остеоциты, остеокласты.

Остеобласты- достаточно большое количество гликогена, глюкозы. Синтез АТФ на 60% связан с реакциями гликолиза. В клетках протекают реакции ЦТК, и наибольшей активностью обладает цитратсинтаза. Синтезируемый цитрат используется в дальнейшем для связывания Са²⁺, необходимого в процессах минерализации. Поскольку функцией остеобластов является создание органического межклеточного матрикса, эти клетки содержат большое количество РНК, необходимой для синтеза белков. В остеобластах синтезируются и выделяются во внеклеточное пространство глицерофосфолипиды, которые связывают кальций и участвуют в процессах минерализации. Остеобласты синтезируют и выделяют в межклеточное вещество фибриллы коллагена, протеогликаны и гликозаминогликаны и обеспечивают непрерывный рост кристаллов гидроксиапатитов. По мере старения остеобласты превращаются в остеоциты.

Остеоциты- зрелая отросчатая клетка костной ткани, вырабатывающая компоненты межклеточного вещества. Остеоциты контактируют друг с другом через отростки.

Остеокласты – образуются из макрофагов, содержат много лизосом и митохондрий. Они осуществляют непрерывный управляемый процесс реконструкции и обновления костной ткани.

Химический состав костной ткани

Межклеточный органический матрикс компактной кости составляет около 20%, неорганические вещества 70%, вода 10%.

Межклеточное вещество состоит из основного вещества (состоящего из внеклеточной жидкости, гликопротеинов, протеогликанов), коллагеновых волокон (90-95%), минеральных веществ, представленных кристаллами, преимущественно гидроксиапатитом Са₁₀(РО₄)₆(ОН)₂. Кроме того, в кости обнаружены ионы Mg²⁺, Na⁺,K⁺, SO₄^2-,НСО^3-, гидроксильные и другие.

Основными белками межклеточного матрикса являются коллагеновые белки I типа, которые составляют около 90% органического матрикса кости. Коллаген I типа содержит 33% глицина, 21% пролина и гидроксипролина, 1% гидроксилизина и малое количество углеводов. Находится в составе костей, дентина, пульпы зуба, цемента, периодонтальных волокон. Этот тип коллагеновых волокон участвует в процессах минерализации. Первичная структура коллагена представлена α-цепями, состоящими из 1000 аминокислотных остатков. Три альфа-цепи скручиваются между собой и образуют тропоколлаген. Формируя фибриллы, молекулы тропоколлагена располагаются ступенчато, смещаясь относительно друг друга на одну четверть длины, что придает фибриллам характерную исчерченность.(Рис. 1)

Рис. 1. Структуры коллагена.

Между альфа-цепями тропоколлагена возникают водородные связи, в образовании которых участвуют гидроксипролин, гидроксилизин и гликозилированный гидроксилизин. В реакциях гидроксилирования пролина и лизина участвует аскорбиновая кислота. В дальнейшем с помощью лизилоксидазы, фермента содержащего Сu²⁺, образуются альдегидные производные лизина и 5-гидроксилизина, которые способствуют образованию межмолекулярных ковалентных связей между фибриллами коллагена. Образование межмолекулярных связей влияет на прочность коллагеновых фибрилл.

Поэтому недостаток в организме аскорбиновой кислоты(цинга), ионов Сu²⁺, генетические дефекты, аутоиммунные состояния приводят к нарушению синтеза коллагена. Клинические проявления будут в виде изменений со стороны зубочелюстной системы: кровоточивость десен, подвижность и выпадение зубов, множественный кариес.

В костной ткани содержится около 10% неколлагеновых белков. Они представлены:10% протеогликанов, 15% костный сиалопротеин, 15% остеонектин, 10% α₂HSгликопротеин, 3% альбумин сыворотки, 15% остеокальцин, 32% другие белки. Эти белки синтезируются остеобластами и способны связывать фосфаты или кальций.