Зубная эмаль и хлорофилл: роль микроэлемента в поддержании здоровья

Микроэлемент, входящий в состав зубной эмали и хлорофилла — фтор. Он играет ключевую роль в укреплении зубов и предотвращении кариеса, а также в процессе фотосинтеза растений.

Далее в статье мы рассмотрим, как фтор влияет на зубы и почему его важно получать как извне, так и через продукты питания. Также мы узнаем, какие продукты богаты хлорофиллом, и как его потребление может положительно сказаться на здоровье человека.

Готовы узнать больше о важных микроэлементах для нашего здоровья? Продолжайте чтение, чтобы раскрыть все секреты фтора и хлорофилла и узнать, как они влияют на наше благополучие!

Строение клетки: химический аспект

Сходство в составе и структуре клеток говорит о том, что они имеют общее происхождение. В зависимости от содержания элементов, клеточные компоненты можно разделить на 3 группы:

1. Белки, нуклеиновые кислоты, углеводы и липиды, образующие 60-80% массы клетки.
2. Вода, обладающая уникальными свойствами полярности, связывающими молекулы друг с другом.
3. Элементы в микроколичествах, такие как ионы металлов и витамины.

Вода является важнейшим компонентом клетки, входящим во многие биологические процессы. Молекула воды состоит из атомов водорода и кислорода, и обладает дипольным характером, который обусловлен разницей в электроотрицательности атомов.

Между молекулами воды возникают слабые водородные связи, которые появляются между отрицательно заряженным кислородом одной молекулы и положительно заряженным водородом другой молекулы. Под действием этих связей водная среда обладает свойствами, необходимыми для жизнедеятельности клетки.

Вещества могут быть разделены на две группы в зависимости от их взаимодействия с водой: гидрофильные вещества, которые растворяются в воде, и гидрофобные вещества, которые не растворяются в воде.

Важные функции воды:

• Вода — универсальный растворитель

Большинство реакций, протекающих в клетке, происходят в растворе (водной среде). Полярность молекулы воды делает ее отличным растворителем для других гидрофильных (полярных) веществ.

Вода является уникальным веществом, которое способно поглощать избыток тепла при минимальном изменении температуры. Это позволяет ей защищать клетки организма от перегревания и охлаждать их поверхность при испарении с потом на коже.

Кроме того, вода играет важную роль в химических реакциях, происходящих в клетках. Например, расщепление питательных веществ в клетке происходит благодаря реакции гидролиза, где вода является одним из важных компонентов.

Вода является необходимым компонентом крови, составляя до 92% ее плазмы. Благодаря ей питательные вещества и газы могут свободно перемещаться по организму с током крови, а также происходит удаление побочных продуктов обмена веществ из организма.

Наполнение живых клеток внутренним осмотическим давлением, создающим напряжение оболочек клеток, обеспечивается водой. Она составляет около 60-95% цитоплазмы и придает форму клеткам. Изменение тургора клеток растений приводит к перемещению их частей, раскрытию устьиц и цветков.

Современные исследования минерального состава, структуры и свойств твёрдых зубных тканей

Влияние фторированно-йодированной соли на минеральный состав временных зубов, формирующихся при дефиците фторидов и йодидов в биогеохимическом цикле, было рассмотрено в рамках научной работы в области клинической медицины.

Химический состав и структура интактной эмали и дентина зубов у населения Республики Саха (Якутия) также были изучены в научной статье.

Оказание стоматологической помощи детям с персистирующей инфекцией и роль макро- и микроэлементов в развитии зубов, а также способы коррекции их баланса — это особенности, которые тоже были рассмотрены в исследовании.

Хотите найти нужную информацию, но не знаете, где искать? Воспользуйтесь услугой подбора литературы! Если баннеры раздражают — вы всегда можете отключить рекламу. В статье рассматриваются современные данные о минеральном составе, структуре и свойствах твёрдых зубных тканей.

Описывается состав и структура эмали и дентина постоянных и молочных зубов, изменение этих параметров в связи с профилактикой кариеса, а также свойства твёрдых зубных тканей, включая микротвердость. Статья подготовлена Кафедрой терапевтической стоматологии Азербайджанского Медицинского Университета.

Современные технологии и методы (включая рентгеноструктурный анализ, трансмиссионную и сканирующую микроскопию, нейтронную активацию, атомную абсорбцию, радиоизотопный метод и инфракрасную спектроскопию) позволили в значительной мере изучить состав, структуру и свойства эмали и дентина зубов, а также ротовой жидкости, которая играет важную роль в их стойкости [1,2].

Согласно исследованию авторов, эмаль интактных зубов содержит примерно 1% влаги и 99% сухих остатков, состоящих из 93% неорганического субстрата и 6% органических веществ. В то же время, молочная эмаль состоит примерно из 87% минеральных веществ, 2% органических веществ и 11% воды [3,4].

Основными кристаллами, которые составляют минеральную основу эмали, являются апатиты. В процентном отношении, гидроксиапатит занимает 75%, карбонатапатит — 19%, хлорапатит — 4,4%, а фторапатит только 0,66%. В зрелой эмали, всего около 2% массы могут составлять минералы, не относящиеся к апатитной форме, такие как фосфорнокислый кальций, дикальциферат и ортокальцифосфат.

Идеальное соотношение Са/Р-1,67 соответствует текущему соотношению. Однако ионы Са могут заменяться элементами близкими по свойствам, такими как Mg или Ba, что снижает соотношение Са к Р до 1,33. Это приводит к уменьшению резистентности эмали и изменению свойств апатита. В природе встречаются гидроксиапатиты с различными соотношениями Са/Р, начиная с 1,33 и достигающими 2,0. Замещение гидроксильных групп гидроксиапатита Са(РО)(ОН) на фтор, приводит к образованию фторапатита Са(РО^, который обладает прочностью и кислотоустойчивостью, превосходящей гидроксиапатит [5].

Компоненты эмали и дентина включают в себя разнообразные макро- и микроэлементы, такие как кальций, фосфор, фтор, йод, медь, магний, стронций, железо, калий, натрий, марганец, алюминий, серебро, селен, олово и хром [6, 7]. Такие микроэлементы могут являться частью протеинов или кристаллов апатита зубной ткани.

В первом случае, они выполняют роль активных центров ферментов, регулирующих синтез белков и процессы обмена в ткани. А во втором, включаясь в кристаллическую решетку апатита, они изменяют физико-химическое состояние этого вещества, что может повлиять на его растворимость. Микроэлементы также играют важную роль в процессах минерализации и деминерализации зубной ткани как в норме, так и в случае некоторых заболеваний [8]. Результаты исследования E.Lakomaa и его коллег [28] показали, что в эмали и дентине содержится большое количество различных элементов в том числе 12.

Содержание основных элементов, кальция и фосфора, влияет на степень минерализации эмали. Стандартный фторапатит кальция содержит 39,7%, а фосфора – 18,4%. В эмали непрорезавшегося зуба содержание кальция составляет 37,5%, а фосфора – 18,5%. У кариесре-зистентного зуба существует определенный показатель, кальций присутствует в концентрации 38,0%, а фосфор – 19,6%. В свою очередь, у кариес-восприимчивого зуба количество кальция и фосфора равняется соответственно 37,3 и 18,7% [11].

Путем использования нейтронно-активационного анализа и атомно-абсорбционной спектрофотометрии численно установлено, что в эмали содержится кальция на уровне 37,1%, а фосфора — 18,1%. Кроме того, концентрация магния, натрия, хлора и калия соответственно составляет 0,39%, 0,72%, 0,28% и 0,03%. Количество кальция и фосфора снижается от поверхностного слоя эмали к эмалево-дентинной границе [12].

На различных поверхностях эмали наибольшее количество основных компонентов — кальция и фосфора — накапливается неравномерно. На гладких поверхностях этот процесс происходит с наибольшей интенсивностью в течение первого года после прорезывания, а в области фиссур — через 1-3 года после этого события [13].

Минерализация постоянных зубов происходит в большей степени, чем временных. Однако, как в случае с временными, так и с постоянными зубами существует градиент минерализации от внутреннего к наружным слоям [14].

При изучении содержания микроэлементов в эмали зубов выявлено, что в эмали постоянных зубов содержится незначительно больше молибдена, лития, бария, хрома, алюминия и фтора, чем в эмали временных зубов. С другой стороны, медь, ванадий и кадмий кумулируются именно в эмали временных зубов, а не в постоянных. Количество этих элементов в твердых тканях зуба зависит от факторов, таких как вода и пища, а также от процесса формирования эмали и кумуляции на ее поверхности [17].

Одним из наиболее изучаемых микроэлементов является фтор. Содержание фтора в эмали и дентине зубов значительно различается и может быть противоречивым. Например, уровень фтора в эмали составляет 104,6 ррm, а в дентине – 175,6 ррт, что делает содержание в дентине более высоким почти на половину [18].

Применение фторида способствует адсорбции ионов кальция и фосфора на поверхности зубной эмали. Полученные результаты исследований показали, что зубные пасты, содержащие фторид, обладают более выраженной минерализующей активностью по сравнению с пастами без этого компонента [1]. Данный вывод основан на работах, изучавших влияние фторидов на эффективность минерализации [15].

В проницаемости эмали огромную роль играют ее микропространства, заполненные водой. Разные вещества проникают по ним в зависимости от радиуса ионов и их способности связываться с компонентами зубной ткани и встраиваться в кристаллическую решетку. Ионы фтора могут по таким пространствам проходить, но быстро связываются с компонентами эмали и не доходят до ее глубоких слоев. С другой стороны, ионы йода, наоборот, быстро проникают на всю глубину эмали, дентина и даже из пульпы попадают в кровь [21].

На поверхности зуба концентрируются катионы и анионы, которые через эмалевую жидкость проникают в эмаль под действием осмотического давления, обеспечивая высокую концентрацию этих ионов в ней [2].

Важно знать, насколько растворима эмаль во время жизни человека. Для измерения этого показателя используется кислотный раствор, который разъедает часть эмали, превращая ее в деминерализующий раствор. Изучение уровня растворимости эмали по кальцию и фосфору позволяет оценить ее способность к реминерализации и деминерализации. Этот показатель также полезен при изучении воздействия различных факторов окружающей среды на эмаль [13].

Множество факторов оказывает влияние на скорость растворения зубной эмали: формы и свойств зубов, их химического состава и структуры, а также уровня минерализации [6]. Более того, скорость растворения может значительно изменяться в зависимости от типа используемого деминерализующего агента, а также его рН, температуры и концентрации солей. Добавление в жидкость солей кальция и фосфора, как правило, приводит к замедлению процесса растворения зубной эмали, в то время как наличие натрия и магния оказывает незначительное влияние на скорость. Наличие карбоната может способствовать ускорению процесса. Следует также учитывать, что пониженный уровень рН окружающей среды может увеличивать растворимость минеральных солей зубной эмали, что в свою очередь может приводить к ее деминерализации и повышению риска возникновения кариеса [14].

Интересным объектом изучения является воздействие фтора на процесс растворения эмали. Фтор встраивается в кристаллическую решетку, способствует образованию гидроксифтопапатита — соединения с более высокой кислотоустойчивостью и меньшей растворимостью [7]. При флюорозе у пациентов отмечается снижение содержания кальция, несмотря на нормальный уровень фосфора [4].

Микротвердость является одним из главных показателей стойкости эмали. Ранее проведены исследования, которые показали уровень микротвердости твердых тканей зубов животных и людей в нормальных условиях и при различных патологических процессах [17,18], в патологии щитовидной железы [22,23] и под воздействием различных биогеохимических факторов [16,22], а также профилактических средств на уровень микротвердости [21].

Микротвердость эмали и дентина составляет соответственно от 288,0 до 250,2 кг/мм2 и от 64,9 до 52,5 кг/мм2. Применение фтористого лака с ремодентом в составе 3% приводит к повышению уровня микротвердости твердых тканей зубов, а именно: эмали — до 293,8-254,8 кг/мм2 и дентина — до 65,5-52,7 кг/мм2 [24].

Большое количество литературы сегодня посвящено составу и свойствам твердых тканей зубов.

Однако, публикации, посвященные составу и свойствам твердых тканей зубов у школьников, живущих в Азербайджанской Республике в условиях дефицита фторида и йода, пока отсутствуют.

Проблема актуальна в связи с планированием кариеспрофилактических мероприятий в общественных местах. Список ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Кандидат медицинских наук Аширов К.А. исследовал динамику функциональных и клинических свойств эмали зубов у детей при использовании зубной пасты с фтором. Его автореферат диссертации был написан в Москве в 1995 году и содержал 23 страницы.

2. Л.А. Хоменко, специалист в области терапевтической стоматологии детей, написал книгу с тем же названием, которая была издана в Киеве в 2007 году и содержала 813 страниц.

3. М. Волгин, Х. Майер-Люкель и А. Кальбасса рассматривали этиологию, патогенез и методы лечения клиновидных дефектов в статье, опубликованной в журнале Дент Арт в 2006 году под номером 3 на страницах 59-63.

4. А.А. Чиркин и Е.О. Данченко написали учебное руководство по биохимии, которое было издано Медицинской литературой в Москве в 2010 году и содержало 593-603 страницы.

5. S.V. Dorozhkin описывал кальций-ортофосфаты в своей статье, опубликованной в журнале J. Mater. Sci. в 2007 году, том 42, на страницах 1061-1095.

6. Доктор медицинских наук Т.Н. Терехова исследовала профилактику кариеса у детей дошкольного возраста с помощью фторированной соли. Ее автореферат диссертации был написан в Минске в 1999 году и содержал 38 страниц.

Изучение состояния биоэлементного статуса населения Беларуси было проведено в работе под редакцией Н.А.Греса и А.В.Скального. В ней были рассмотрены экологические, физиологические и патологические аспекты, включая анализ содержания кальция и фосфора в твердых тканях временных зубов, проведенный Бураком Ж.М., Тереховой Т.Н. и Марковой Л.В. в журнале "Современная стоматология" 2005 года. Анализ химических основ деминерализации и реминерализации эмали зубов представлен в работе Бутвиловского А.В., Барковского Е.В. и Кар-мальковой И.С. в "Вестнике ВГМУ" 2001 года. Результаты количественного рентгеноспектрального анализа пришеечной области зубов описаны Заболотной И.И. в "Медицинском журнале" 2013 года. Терехова Т.Н. и Горбачева К.А. провели исследование послоевого распределения минеральных компонентов в твердых тканях временных зубов, которое опубликовано в журнале "Здравоохранение" в 1997 году.

В статье Ахмедбейли Р.М. была проведена оценка эффективности потребления фторидированной йодированной соли школьниками на микротвердость эмали и дентина молочных зубов при биогеохимическом дефиците фторида и йода. Исследование опубликовано в журнале «Геральд Азербайджанской Инженерной Академии» в 2011 году, том 3, № 4, с. 110-118.

Также Ахмедбейли Р.М. провела исследование микротвердости эмали и дентина молочных зубов школьников, проживающих в эндемичных условиях для зоба. Статья опубликована в журнале «Журнал сети стоматологических факультетов ВСЦ», т. 4, № 5, 2003 г., с. 29-31.

Статья Яковлевой В.Я. «Сравнительная оценка клинической эффективности (ближайший и отдаленный период) различных методов лечения гиперестезии при эрозиях и клиновидных дефектах твердых тканей зуба» была опубликована в журнале «Новое в стоматологии» в 2003 году, № 4, с. 62-64.

В журнале "Стоматолог" за 2002 год была опубликована статья Ивановой Г.Г, Леонтьева В.К. и Питаевой А.Н. о новых способах прогнозирования и повышения резистентности эмали зубов к кариесу. В другой публикации, опубликованной в "Вюнике стоматологи", Матвшчук О.Я. обсуждает окклюзионные расстройства и их роль в развитии некариозных поражений. Авторы Цимбалистов А.В., Войтяцкой И.В., Пихура О.Л. и др. в своей статье в "Клинической стоматологии" (2005 г.) говорят о повышенной стираемости твердых тканей зубов и ее клинических проявлениях. В статье Nour El-din A.K., Miller B.H., Griggs A. в "Qiuntess Int." из 2004 года речь идет о смолистх связывающих материалах для реставрации не кариозных пришийковых поражений зубов. Наконец, Круглик О.А. в своей статье в "Белорусском медицинском журнале" (2008 г.) обсуждает влияние морфологических особенностей зубов с повышенным стиранием на формирование гибридного слоя.

В одной из статей журнала "Медичш перспективи" за 2006 год (Т. 11, №1, с. 99-102) был проведен анализ твердых тканей зуба при различных степенях стирания — физиологическом, затриманому и патолопчному. Автор статьи — Фастовець О.О. — описал результаты исследования и выявил особенности повреждений этих тканей.

В другом исследовании, проведенном Крихели Н.И. в Москве в 2008 году (205 с.), были рассмотрены современные методы отбеливания зубов и микроабразии эмали в эстетической стоматологии. Автор дал оценку эффективности и безопасности этих методов и представил рекомендации по их применению.

Третья статья, опубликованная в журнале "Клин. Стоматология" в 2008 году (№3 (47)), была написана Федоровым Ю.А., Дрожжиной В.А., Матело С.К. и Тумановой С.А. Они исследовали клинические возможности применения современных реминерализующих составов у взрослых и описали результаты их исследования.

В последней статье, опубликованной в журнале "Dental Forum" в 2005 году (№3 (16), с.37-42), исследовали методы объективной оценки минеральной зрелости эмали и эффективности влияния препарата «Кальций — Д3 Никомед» на темпы созревания твердых тканей постоянных зубов у подростков. Исследование проводила Кобиясова И.В., и ее результаты могут быть полезны для стоматологов, которые занимаются лечением подростков.

В статье Р.М. Ахмедбейли из Азербайджанского медицинского университета, кафедры консервативной стоматологии, отражены данные о минеральном составе и структуре эмали и дентина постоянных и молочных зубов. Также рассмотрены изменения этих параметров при выполнении профилактических мероприятий против кариеса и свойства твердых тканей зубов, включая микротвердость.

Химический состав эмали также был изучен в работе М.А. де Менезеш Оливейра, К.П. Торреса, Дж.М. Комес-Сильвы и др. Анализируя микроструктуру и минеральный состав эмали постоянных и молочных зубов, авторы смогли выявить различия между ними. Результаты работы с указанием источника приведены ниже.

Микротвердость твердых тканей зубов

Состав неорганических веществ в зрелой эмали составляет примерно 94-95%, тогда как в незрелой формирующейся эмали этот показатель значительно меньше и составляет всего 5%. В свою очередь, эмаль молочных зубов содержит около 80% неорганических веществ (рис. 5).

После удаления минеральных компонентов эмали остается лишь тонкая сеть органической матрицы.

Кроме солей фосфата кальция, в составе эмали обнаружены более 30 элементов. Например, в значительном количестве присутствуют ионы Mg2+ и Na+, а также Cl-, K-, Zn2+ и Fe2+. Минеральный состав эмали может варьироваться в зависимости от типа пищи, однако соотношение кальция, фосфора и карбоната довольно стабильно. Количество Sr2+, Pb2+ и прочих микроэлементов в эмали ощутимо колеблется и зависит от их наличия в почве в данном регионе.

Эмаль зубов содержит минеральные вещества, которые распределены в ней неравномерно. Например, верхние плотные слои, которые находятся ближе к поверхности, содержат меньше воды и карбонатов, но больше фтора. По мере приближения к зоне перехода в дентин, количество неорганических компонентов уменьшается, образуя таким образом отличительную особенность с точки зрения состава эмали.

Рисунок 5. Химический состав зубной эмали

Сохранение баланса кальция и фосфора на поверхности зубной эмали — вот главная задача для ее укрепления. Для достижения этой цели необходимо проводить регулярную профессиональную гигиену, которая позволит избавиться от нежелательного налета и предотвратить развитие кариеса. После очищения поверхности зубов следует применять фторсодержащие лекарственные средства, которые помогут провести реминерализацию.

Микроэлементы в составе зубной эмали и хлорофилла

Зубная эмаль состоит из органических, неорганических веществ и воды. Неорганические вещества составляют 96% эмали, органические — 1%, а вода — 3%. Основным элементом, который образует минеральную базу зубной эмали, являются кристаллы апатита. Кроме гидроксиапатита (75%), которого является основным, эмаль содержит карбонатапатит (19%), хлорапатит (4,4%), фторапатит (0,66%). Кроме того, менее 2% массы зрелой эмали составляют неапатитные формы.

Существенное значение в практике имеет реакция замещения ионами фтора, в процессе которой возникает гидроксифторапатит, обладающий более высокой стойкостью к разрушению. Именно благодаря этой специфичной особенности гидроксиапатита можно говорить о профилактическом воздействии фтора.

Компоненты эмали — белки, липиды и углеводы — являются органическими веществами. Вода заполняет пустоты в кристаллической структуре или находится между кристаллами.

Главными компонентами дентина являются неорганические апатиты (70%) и органические вещества, такие как коллаген, мукополисахариды и жиры (30%).

Цемент состоит на 66% из неорганических веществ, главным образом солей фосфата и карбоната кальция. Органические вещества в цементе представлены преимущественно коллагеном. По жесткости цемент уступает эмали и дентину.

Общее описание периодонта

Периодонт — это общее название для нескольких тканей, которые окружают и поддерживают зубы. Они тесно связаны между собой и выполняют определенные функции. Например, периодонт включает в себя десну, цемент, периодентальную связку и альвеолярную кость. Можно выделить две основные группы периодонта: аппарат прикрепления и десну.

— Вернуться к содержанию раздела "Стоматология".

Лекция 4. Клеточный химизм. Вода и соли

Цитология является наукой, которая изучает клетки — наименьшие элементарные единицы живых организмов. Цитология включает анализ строения клеток, их функций, элементов органоидов и жизнедеятельности, происходящих внутри клетки. Как элементарная единица строения, каждая клетка проявляет характерные свойства живых существ, такие как обмен веществ, раздражимость, развитие и размножение. Изучение химического состава клетки является ключевым в понимании ее функций и свойств.

Химический состав клетки включает воду и различные минеральные соли.

Химический состав всех клеток, вне зависимости от их уровня организации, идентичен. В периодической системе Д.И. Менделеева обнаружено 86 химических элементов, которые присутствуют в живых организмах. Среди них 25 элементов выполняют определенные функции в клетке, их называют биогенными.

Элементы в живых организмах могут быть разделены на три категории в зависимости от количественного содержания: макроэлементы, микроэлементы и следовые элементы. Макроэлементы являются основной массой живого вещества, и их концентрация превышает 0,001%. Элементы первой группы включают С, N, H, и O, которые составляют 98% от общего количества элементов, а элементы второй группы — K, Na, Ca, Mg, S, P, Cl, и Fe — остальную часть (1,9%). Микроэлементы, такие как Zn, Mn, Cu, Co, Mo и другие, входят в состав биологически активных веществ, таких как ферменты, витамины и гормоны.Доля микроэлементов варьируется от 0,001% до 0,000001%.

Различные химические соединения содержат макро- и микроэлементы, включая ультрамикроэлементы (например, Hg, Au, U, Ra) с концентрацией не более 0,000001%. Впрочем, роль большинства элементов из этой группы до сих пор неизвестна.

В живых организмах присутствуют неорганические и органические вещества, которые представляют собой разнообразные химические соединения. К неорганическим веществам относятся, в частности, вода и минеральные вещества. К органическим веществам относятся белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты, АТФ и другие низкомолекулярные органические соединения. Процентное содержание каждого из этих компонентов изображено в таблице 1.

В клетках содержатся как органические, так и неорганические вещества, причем к неорганическим веществам можно отнести воду.

Вода необходима для жизни, так как она является компонентом живых клеток и средой обитания для организмов. Биологическое значение воды обусловлено ее уникальными химическими и физическими свойствами. Одним из объяснений таких свойств являются малые размеры молекул воды, их полярность и возможность образования водородных связей.

Молекулы воды состоят из одного атома кислорода и двух атомов водорода, связанных ковалентной связью. Молекула воды является полярной: кислородный атом имеет отрицательный заряд, а водородные атомы — частично положительный. Это приводит к образованию диполя, благодаря которому молекулы воды могут взаимодействовать друг с другом через водородные связи.

Ковалентные связи воды не так прочны, как другие виды связей, однако каждая молекула воды способна формировать до 4 водородных связей, благодаря чему воду окружают значительные физические свойства. Большая часть тепла, поглощаемого водой, расходуется на разрыв водородных связей между молекулами, что объясняет ее высокую теплоемкость, теплоту плавления и теплоту парообразования. Вода имеет высокую теплопроводность, что обеспечивает одинаковую температуру в различных участках клетки. В свою очередь, вода почти не сжимается, прозрачна в видимом участке спектра и единственное вещество, плотность которого в жидком состоянии превышает плотность в твердом состоянии.

Рис. . Значение воды в жизнедеятельности.

В молекуле воды присутствуют полярные группы, благодаря чему она может растворять ионные и некоторые не ионные соединения. Если между молекулами воды и вещества существует большая энергия притяжения, то вещество растворяется. Некоторые вещества хорошо растворимы в воде (гидрофильные), а некоторые наоборот – практически нерастворимы (гидрофобные). Амфипатические молекулы имеют как гидрофильные, так и гидрофобные участки. Они играют важную роль в биологических мембранах и представлены, например, фосфолипидами.

Вода также является активным участником многих химических реакций, в том числе гиролитического расщепления белков, углеводов и жиров. Она необходима как метаболит для фотосинтеза.

Большинство процессов, происходящих в организме, требуют наличия воды, поскольку многие вещества, необходимые для существования клетки, могут передвигаться только в растворе воды. Кроме того, водные растворы используются для вывода вредных веществ из организма.

Водный состав жизненно важен и для поддержания температуры тела. Именно благодаря свойству воды иметь высокую теплоту испарения, наш организм может отводить избыток тепла и тем самым охлаждаться.

Водный состав демонстрирует свойства, которые важны для жизни на Земле, например, максимальная плотность достигается при температуре +4°C. Понижение температуры воды приводит к ее подъему, а лед образуется на поверхности, поскольку плотность льда меньше плотности воды. Уровень льда на поверхности воды создает естественное пространство для жизни под ними водных организмов.

Капиллярные силы, связанные с когезией и адгезией воды, играют важную роль в движении веществ внутри клеток и тканей растений, обеспечивая укрепление тканей и их выносливость в неблагоприятных условиях.

Несжимаемость воды имеет важное значение для организма, поскольку она обеспечивает напряженное состояние клеточных стенок, известное как тургор, и выполняет функцию гидростатического скелета у некоторых животных, например, у круглых червей.

Таким образом, вода выполняет несколько важных функций для организма:

1. Является средой обитания для многих организмов.
2. Является основой для внутренней и внутриклеточной среды.
3. Обеспечивает транспорт веществ.
4. Сохраняет пространственную структуру растворенных молекул гидратацией полярных молекул и окружением неполярных молекул для улучшения их сцепления.
5. Действует как растворитель и среда для диффузии.
6. Участвует в процессах фотосинтеза и гидролиза.
7. Испаряясь, регулирует температуру организма.
8. Обеспечивает равномерное распределение тепла в организме.
9. Лед появляется на поверхности воды благодаря ее максимальной плотности при температуре +4°С.

Минеральные вещества.

Минеральные вещества в клетке главным образом состоят из солей, которые распадаются на катионы и анионы, а некоторые используются в непогашенной форме (Fe, Mg, Cu, Co, Ni и т.д.).

Для процессов жизнедеятельности клетки наиболее важны катионы Na+, Ca2+, Mg2+, а также анионы HPO42-, Cl-, HCO3-. Концентрация ионов в клетке и ее окружении обычно различна. В клетках нервной и мышечной ткани концентрация K+ внутри клетки на 30-40 раз выше, чем за ее пределами; концентрация Na+ вне клетки в 10-12 раз выше, чем внутри нее. Концентрация ионов Сl- в окружающей среде превышает их количество внутри клетки на 30-50 раз. Существует несколько механизмов, которые помогают клетке поддерживать установленное соотношение ионов в ее цитоплазме и окружающей среде.

Таблица 1. Основные химические элементы

Химический элемент

Содержание химического элемента в веществах

Процессы, в которых участвует химический элемент

Углерод, водород, кислород и азот

Белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты и другие органические вещества

Участие в синтезе органических веществ, а В выполнении ряда функций, связанных с этими веществами

Регулирование электрического потенциала клеточной мембраны, работа Na + /Ka + -насоса, проведение нервных импульсов, анионный, катионный и осмотический балансы

Фосфат кальция, карбонат кальция

Участие в процессах свертывания крови, сокращении мышц, образование костной ткани, зубной эмали, раковин моллюсков

Создание центральной пластины и клеточной стенки у растений

Процесс формирования пространственной структуры белка может осуществляться за счет создания дисульфидных мостиков

Кроме того, важными компонентами клеток являются нуклеиновые кислоты и АТФ

Нуклеиновые кислоты, как и белки, могут быть синтезированы в клетке, а также происходит фосфорилирование белков, что приводит к их активации

Кроме обычных функций поддерживающих клеточные процессы, клеточные мембраны, насосы и балансы, АТФ способствует активации пищеварительных ферментов желудочного сока

Электронный транспорт при фотосинтезе и дыхании, а также окисление жирных кислот и участие в процессах дыхания и фотосинтеза – это тоже важные функции клеточных компонентов

Некоторые беспозвоночные животные используют некоторые компоненты клетки для транспортировки кислорода, а в составе более 100 ферментов входят такие компоненты, как Алькогольдегидрогеназа и карбоангидраза

Анаэробное дыхание растений и транспорт СО2 у позвоночных животных также опосредованы многими клеточными компонентами

Наконец, настоящие составляющие клеточных компонентов могут Входить в костную ткань и зубную эмаль, а также играть важную роль в регуляции обмена веществ на клеточном уровне

В процессах жизнедеятельности клетки задействованы различные ионы. Катионы К+, Na+, Ca2+ обеспечивают раздражимость живых организмов, а катионы Mg2+, Mn2+, Zn2+, Ca2+ и другие необходимы для нормального функционирования многих ферментов. Без Mg2+ (который является составной частью хлорофилла) невозможно образование углеводов в процессе фотосинтеза.

Концентрация солей внутри клетки влияет на ее буферные свойства. Буферность — это способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию своего содержимого на постоянном уровне (рН около 7,4). Анионы H2PO4- и НРО4 2- играют главную роль в буферности внутри клетки, а во внеклеточной жидкости и крови роль буфера играют Н2СО3 и НСО3-.

У клетки есть две буферные системы: фосфатная и бикарбонатная. Фосфатная буферная система включает в себя гидрофосфат-ион и дигидрофосфат-ион. При низком pH дигидрофосфат-ион действует как кислота, а гидрофосфат-ион как основание. При высоком pH изменяется роль ионов — дигидрофосфат-ион становится основанием, а гидрофосфат-ион — кислотой. Бикарбонатная буферная система представлена бикарбонат-ионом и карбонат-ионом.

Различаются низкий и высокий уровни pH.

Водородный карбонат является ионом угольной кислоты.

Некоторые неорганические вещества могут находиться в твердом состоянии внутри клетки. К примеру, кальций и фосфор хранятся в виде двойных углекислых и фосфорнокислых солей в костной ткани и раковинах моллюсков.

Ключевые концепции:

1. Основы биологии.
2. Рефлексы, таксисы, тропизмы.
3. Биогенные элементы.
4. Макроэлементы.
5. Элементы группы 1 и 2.
6. Микроэлементы и ультрамикроэлементы.
7. Гидрофильные и гидрофобные соединения.
8. Амфифатические соединения.
9. Процесс гидролиза.
10. Гидратация.
11. Буферность.

Вопросы для повторения:

1. Структура молекулы воды и ее свойства.
2. Важность воды.
3. Процентное соотношение органических соединений в клетке.
4. Основные катионы в клетке и их концентрация в нервных и мышечных клетках.
5. Понижение рН вызывает реакцию фосфатной буферной системы.
6. При повышении рН происходит реакция карбонатной буферной системы.

Библиотека научных электронных изданий

Эмаль является самым крепким материалом в организме и содержит наибольшее количество минералов [64]. Она состоит из эмалевых призм и межпризменного вещества, а также покрыта кутикулой [47, 63]. Эмалевые призмы являются основными структурными элементами эмали и проходят через всю ее толщу радиально, имея изогнутую форму, напоминающую букву S. На сечении призмы выглядят преимущественно арочными и имеют диаметр от 3 до 5 мкм.

Несколько исследований посвящены химическому составу и кристаллическим свойствам полностью сформировавшейся эмали у человека [68, 69].

В работах [68, 70-73] были получены увлекательные результаты, доказывающие, что химический состав зубной эмали не остается статичным со временем. В работе [74] было исследовано влияние различных биоминералов на соотношение Ca/P в их кристаллической структуре, что показало, что значительное отклонение находится на фундаментальном уровне. Эти факты подтверждают уникальность зубов каждого человека, даже если их морфологические характеристики схожи.

В ходе эксперимента, где были использованы пробы двадцати зубов, было доказано, что параметры кристаллической решетки апатитов в эмали зубов имеют широкий диапазон изменений в зависимости от конкретного зуба. Длина оси а варьируется от 9,441 до 9,469 Å, а длина оси с – от 6,874 до 6,901 Å [75]. Размер элементарной ячейки апатита напрямую связан с его химическим составом, поэтому любые изменения в длинах указанных осей могут свидетельствовать об изменениях в компонентах эмали, в том числе, и о частых замещениях.

Согласно данным исследованиям, в зубной эмали демонстрируются пространственные изменения в химическом составе [76], в плотности [77], в карбонатной составляющей [78] и степени кристалличности [79] каждого зуба. Некоторые исследования также описывают различные химические и физические особенности, которые зависят от типа зубов [80].

В эмали зубов таблицы органических соединений доминируют белки, такие как амелогенин, энамелин и амелобластин [81]. Несмотря на то, что их массовая доля составляет приблизительно 1% [82], их основная функция заключается в тонком связывании наноразмерных кристаллов гидроксилапатита кальция, образующих иерархическую структуру эмали, включая призмы и их оболочки. Именно благодаря этому свойству эмаль зуба способна транспортировать минералы в основную массу эмали и регулировать поверхностные заряды кристаллов, делая их проницаемыми для ионов.

Амелогенин играет ключевую роль в начальной стадии формирования зубной эмали, стимулируя упорядоченное формирование наноразмерных кристаллов гидроксилапатита кальция, в отличие от хаотического скопления при отсутствии амелогенина [83].

Эмаль содержит незначительное количество липидов и углеводов, а также около 3% воды [47]. Вода находится в свободном пространстве между кристаллами и органической основой.

Восстановление эмали

Процесс восстановления структуры эмали возможен с помощью различных методов, одним из которых является реминерализация. Для этого необходимо применять специальные продукты, содержащие минералы, такие как карбонат кальция, фосфаты и фториды. Они восполняют минеральный состав эмали и укрепляют ее структуру, обеспечивая планомерное восстановление.

Для реставрации зубов используют разные методы. Один из них — это эмаль-композитная реставрация, при которой используются специальные светоотверждаемые материалы. Фотополимеры или филлеры заполняют мелкие трещины и сколы, а затем специалист формирует и закрепляет композит на поверхности зуба, восстанавливая его функциональность и внешний вид.

Если повреждения зуба более серьезные, то могут понадобиться коронки или виниры. Коронки — это искусственный кап, который может покрыть зуб или заменить его полностью. Виниры же являются тонкими керамическими насадками, которые клеятся на переднюю поверхность зуба. Оба эти метода позволяют исправить форму и функцию зуба.

Один из методов восстановления зуба — пломбирование. Пломба заполняет кариозную полость или дефект, возникший при травме, и восстанавливает жевательную функцию зуба, предотвращая его дальнейшую деградацию.

Но стоит помнить, что любые манипуляции должны проводиться только профессионалами. Квалифицированный стоматолог после диагностики определит необходимые процедуры, учитывая особенности пациента.

Общий вывод

Мы изучили состав и важность эмали зубов. Повреждения эмали нужно незамедлительно лечить у стоматолога, чтобы остановить дальнейшее разрушение. Каждый случай требует индивидуального подхода к восстановлению зубов.