Estructura química de los tejidos mineralizados

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Tejidos Mineralizados
Dentina
Esmalte
Estructura química de los tejidos
mineralizados
Hueso
Cemento
Cátedra de Bioquímica General y
Bucal, Facultad de Odontología de
la Universidad de Buenos Aires
Citación 16- Año 2011
Tejidos mineralizados
Tejidos mineralizados
depósito
Matriz orgánica
depósito
Fase inorgánica mineral
Invertebrados
Plantas
vertebrados
Matriz orgánica
Mineralización
Fase inorgánica mineral
=
Calcificación
Fosfato de Calcio
Sílice
Sulfato de Estroncio
Carbonato de Calcio
Etc.
Estructura química de los
tejidos mineralizados
Estructura química de los
tejidos mineralizados
Estructura del cristal
Estructura del cristal
Reactividad de la hidroxiapatita
Reactividad de la hidroxiapatita
Proteínas de tejidos calcificados
Proteínas de tejidos calcificados
Composición química
Composición química
1
Estructura del cristal
Estructura del cristal
Estructura reticular
Sustancia
amorfa
Partículas carecen de
estructuras definidas
Ejemplo: vidrio
Cristal
Partículas
constituyentes
ocupan nudos en la
red
Partículas se ordenan
según formas
geométricas definidas
Se rompe según los
planos de clivaje
Ejemplo: sal de mesa (ClNa),
HA
Estructura del cristal
Estructura del cristal de hidroxiapatita
Definimos
Unidad repetitiva
Ca 10 (PO4)6 (OH)2
La porción del cristal que posee el
mínimo número de iones necesario para
establecer todas las relaciones iónicas
presentes en el cristal
Hidroxiapatita
No existe en forma separada
Forma paralelepípeda
Se repite en los 3 ejes de espacio
Estructura del cristal
Estructura del cristal
Base superior
Aristas
Pla
n
de o sa
sim gita
etr l
ía
Cara lateral
Ángulos
β = 120°
α = 60°
Base inferior
Ca 10 (PO4)6 (OH)2
2
Estructura del cristal
Estructura de cristal
-
OH
Ca 10 (PO4)6 (OH)2
3/4
2 OH-
1/4
TOTAL: 8
Estructura del cristal
Estructura del cristal
OH-
Ca 10 (PO4)6 (OH)2
6 PO43Ca 10 (PO4)6 (OH)2
TOTAL: 8
8/4 =
2
Estructura del cristal
PO43-
3/4
Total: 10
1/4
8/2 = 4
2=
Total: 10
Ca 10 (PO4)6 (OH)2
6 PO43-
2
Ca 10 (PO4)6 (OH)2
3
Estructura del cristal
Estructura del cristal
Ca2+
Ca 10 (PO4)6 (OH)2
3/4
10 Ca2+
1/4
Estructura del cristal
Estructura del cristal
Ca2+
Ca2+
3/4
1/4
Estructura del cristal
Estructura del cristal
• Serie de cilindros de base hexagonal
• Semejanza con el panal de abejas
EJE C
Altura aprox. ¼ y ¾
2= 2
8/2= 4
4/2= 2
10
Son los OH-
Ca2+
Ca2+
Altura 1 y ½, 4/4
2= 2
Ca 10 (PO4)6 (OH)2
4
Estructura del cristal
Estructura del cristal
Estructura reticular
Partículas
constituyentes
ocupan nudos en la
red
Se rompe según los
planos de clivaje
Estructura química de los
tejidos mineralizados
Estructura del cristal
Estructura del cristal
Reactividad de la hidroxiapatita
Superficie
del cristal
con carga
neta
positiva
Proteínas de tejidos calcificados
Composición química
Reactividad de la hidroxiapatita
Capa de Solvatación
Reactividad de la hidroxiapatita
Capa de Solvatación
Capa de agua firmemente unida a la superficie de cristal
agua
Ca2+
Superficie grande de
mosaico q (+)
iones
Neutralización
PO4
3-
Gradual dilución de la q(+)
Superficie q (+)
5
Estructura del cristal
Reactividad de la hidroxiapatita
Capa de Solvatación
Apatita estequiométrica
Capa de solvatación
Ca 10 (PO4)6 (OH)2
medio
[Fosfato
marcado]
Apatita biológica
III
Interior de
cristal
II
I (min)
“Hidroxiapatita sustituida”
II (hs)
Otros iones
III (días)
I
tiempo
Superficie de cristal
APATITA BIOLOGICA
Ca10-x Nax (PO4)6-y(CO3)y(OH)2-uFu
Reactividad de la hidroxiapatita
Apatita Estequiométrica
Apatita biológica
Valor teórico
Ca2+ : PO43-
Ca2+ : PO43-
5:3
5:3
1,66…
Reactividad de la hidroxiapatita
Reactividad de la hidroxiapatita
Intercambio Iónico
Modificación del valor teórico 1,66…
Cristales
de HA
+++
pequeños
Superficie grande de
mosaico de q(-) y q(+)
↑Iones en superficie
Intercambio iónico
Superficie de
cristal
Apatita biológica
1. Presencia de otros compuestos cristalinos
2. Adsorción de exceso de Ca++ y PO43Medio
3. Sustitución de iones
6
Reactividad de la hidroxiapatita
Modificación del valor teórico 1,66…
Apatita biológica
1. Presencia de otros compuestos cristalinos
Ca8H2(PO4)6.5H2O
Esmalte
Dentina
apatita
Cemento
Reactividad de la hidroxiapatita
Apatita biológica
Cl-
Modificación del valor teórico 1,66…
Apatita biológica
Ca2+
Zn
Fe++
Citrato
Mg++
Condicionante
Cu
Apatita biológica0
CO32-
Reactividad de la hidroxiapatita
3. Sustitución de iones
3. Sustitución de iones
Mn++
Apatita biológica
Como complejos sobre la superficie del cristal
Ca2+ : PO43- = 1,33..
Modificación del valor teórico 1,66…
Modificación del valor teórico 1,66…
2. Adsorción de exceso de Ca++ y PO43-
Fosfato Octocálcico
Hueso
Reactividad de la hidroxiapatita
-
F
•Tamaño relativo de los sustituyentes
PO43-
OH-
Mg2+
CO3H -
Cl -
Na+
CO3 2-
F-
Sr2+
PO4H2-
CO3 2-
K+
compensa
•Carga iónica
Reactividad de la hidroxiapatita
F-
Balance iónico
= configuración
estructural
Reactividad de la hidroxiapatita
CO32↓cristalinidad de apatita
↓tamaño cristalino
Más soluble en ácidos
F-
↑ cristalinidad de apatita
↑ tamaño cristalino
Menos soluble en ácidos
CO32Susceptibilidad a caries
Hace al diente más resistente a la caries
7
Reactividad de la hidroxiapatita
Composición de suero
Reactividad de la hidroxiapatita
Disposición de iones en el esmalte
Composición de Esmalte
Composición del LEC
Durante la
mineralización
FZn
Pb
HCO3Mg ++
Saliva sobresaturada
Esmalte Maduro
PO43-
Se restringe
movimiento de
iones
Ca2+
=
Superficie
del cristal
↓Agua
↓ Espacio intercristalino
F-
HCO3Mg ++
iones
Interior del
cristal
Zn
Pb
Cambios post
eruptivos
++Mineralizado
Reactividad de la Hidroxiapatita
Proceso de desmineralización del esmalte
Contribución al equilibrio ácido-base y electrolítico
Superficie del esqueleto mineral
Ca10(PO4)6(OH)2 + 8 H+
Cambios en cc de
iones y pH en el
suero y LEC
Reservorio de iones
6 CaHPO4 + 2 H2O + 4 Ca2+
(Fosfato monoácido)
Brushita
(Hidroxiapatita)
CaHPO4 + H+
lento
Ca2+ + H2PO4-
PTH
Normalizador de pH
Ca++ PO43-
Si pH
disolución
Calcitonina
Hueso alveolar
2 PO4
3-
+
3
H+
10CaHPO4 + 8OHHPO4
2-
+ H2PO4
-
Estructura química de los
tejidos mineralizados
Estructura del cristal
Reactividad de la hidroxiapatita
Proteínas de tejidos calcificados
Ca10(PO4)6(OH)2 + 4HPO42- + 6H2O
Proceso de remineralización del esmalte
Proteínas de los tejidos calcificados
Colágeno
90% del total proteico
El esmalte no posee colágeno
Composición química
8
Estructura química de los
tejidos mineralizados
Proteínas no colagenosas
hueso:
Sialoproteína
osteonectina
muy
ramificada,
osteocalcina,
dentina:
Glicoproteínas poco acídicas, fosfoproteínas o
fosfoforinas,
glicoproteínas
aniónicas
y
proteoglicanos de bajo peso molecular
Estructura del cristal
Reactividad de la hidroxiapatita
Proteínas de tejidos calcificados
esmalte
Amelogeninas (que se eliminan durante la
mineralización) y enamelinas o esmaltelinas (que
persisten en el esmalte maduro).
Composición química de los
tejidos mineralizados
Composición química
Composición Química de los
Tejidos Mineralizados
Dentina
Esmalte
Dentina
Esmalte
Mayor volumen
Tejido + duro
70%- 75% apatita
y fosfato de calcio amorfo
20% colágeno
Tejido +++ duro
Traslúcido
95% apatita
1% enamelinas
Recibe las fuerzas
de masticación
Soporte
Resistencia
Resistencia
Elasticidad
Soporte
Resistencia
Resistencia
Elasticidad
Hueso
Cemento
Tejido duro
50% de apatita y
fosfato de calcio
amorfo
30% colágeno
•Anclaje junto a
fibras periodontales
Composición Química de los
Tejidos Mineralizados
Tejido
Comp.
Inorgánica
Comp.
Orgánica
Agua
Esmalte
95% HA
1% enamelinas
4%
Dentina
70-75% HA y
Fosfato de
Calcio amorfo
20% colágeno
5-10%
Cemento
Hueso
40-50% HA y
Fosfato de
Calcio amorfo
30% colágeno
8-30%
Cartílago
HA y Fosfato de
Calcio amorfo
Colágeno,
condroitín
sulfato
Cálculos
renales
Sales de calcio
glicoproteínas
Tejido duro
40% apatita y fosfato
de calcio amorfo
30% colágeno
Continuo
remodelamiento
•Disipa fuerzas
masticatorias
•Da soporte al diente
Tejidos dentarios mineralizados
Esmalte > Dentina > Cemento
9
Implicancias clínicas
Ca10-x Nax (PO4)6-y(CO3)y(OH)2-uFu
1)
ESMALTE
(Ca)4.56(Mg)0.03(Na)0.11(HPO4)0.10(CO3)0.23(PO4)2.66(OH,F)0.65
PI= 8.5 (±0.9) x 10-49
Vencida la capa
superficial de
esmalte
DENTINA (cristales más pequeños que esmalte, 5% CO32-)
(Ca)4.22(Mg)0.14(Na)0.12(HPO4)0.13(CO3)0.36(PO4)2.49(OH,F)0.39
2)
Avance de caries más
rápido que en esmalte
pH crítico para la desmineralización: esmalte < cemento
PI= 4.1 (±1.3) x 10-45
Bibliografía
Muchas Gracias…
• Bioquímica bucal. Cátedra de Bioquímica
Gral. y Bucal. 2000.
• Bioquímica Dental básica y Aplicada. Elliot
Williams JC. y col. Ed. El Manual
Moderno. 1990.
• Biochemistry and Oral Biology. Cole AS y
Eastoe J. Ed Wright. 1988.
10
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