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Estructura química de los tejidos mineralizados

Cátedra de Bioquímica General y Bucal, Facultad de Odontología de

la Universidad de Buenos Aires

Citación 16- Año 2011

Tejidos Mineralizados

Esmalte Dentina

Cemento

Hueso

Tejidos mineralizados

Matriz orgánica Fase inorgánica mineral

depósito

vertebrados

�Fosfato de Calcio

InvertebradosPlantas

�Sílice�Sulfato de Estroncio�Carbonato de Calcio�Etc.

Tejidos mineralizados

Matriz orgánica Fase inorgánica mineral

depósito

Mineralización Calcificación=


�Estructura del cristal

�Reactividad de la hidroxiapatita

�Proteínas de tejidos calcificados

�Composición química






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Sustancia amorfa

Cristal

Partículas se ordenan según formas

geométricas definidas

Ejemplo: sal de mesa (ClNa),HA

Partículas carecen de estructuras definidas

Ejemplo: vidrio

Estructura del cristal Estructura del cristal

Estructura reticular

Partículas constituyentes

ocupan nudos en la red

Se rompe según los planos de clivaje

Estructura del cristal de hidroxiapatita

Ca 10 (PO4)6 (OH)2

Hidroxiapatita

Estructura del cristal

Unidad repetitiva

�No existe en forma separada�Forma paralelepípeda�Se repite en los 3 ejes de espacio

Definimos

La porción del cristal que posee el mínimo número de iones necesario para establecer todas las relaciones iónicas

presentes en el cristal


α = 60°

β = 120°

Ca 10 (PO4)6 (OH)2

Plano sagital

de simetríaÁngulos

Aristas

Cara lateral

Base superior

Base inferior


3

Ca 10 (PO4)6 (OH)2

2 OH-


OH-

TOTAL: 8

1/4

3/4

Estructura de cristal

OH-

TOTAL: 8 8/4 = 2

Ca 10 (PO4)6 (OH)2


Ca 10 (PO4)6 (OH)2

6 PO43-


Total: 10 Ca 10 (PO4)6 (OH)2

PO43-

1/4

3/4


Total: 108/2 = 4

2 = 26 PO4

3-

Ca 10 (PO4)6 (OH)2

4

Ca 10 (PO4)6 (OH)2

10 Ca2+


1/4

3/4

Ca2+


1/4

3/4


Ca2+


Ca2+

Ca 10 (PO4)6 (OH)2

8/2= 2=

2=

4/2=4 2

2

210 Ca2+

Estructura del cristal Estructura del cristal

• Serie de cilindros de base hexagonal

• Semejanza con el panal de abejas

EJE C Son los OH- Altura aprox. ¼ y ¾

Ca2+ Altura 1 y ½, 4/4

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Estructura reticular

Partículas constituyentes

ocupan nudos en la red

Se rompe según los planos de clivaje








Superficie del cristal con carga

neta positiva

Reactividad de la hidroxiapatita

Capa de Solvatación

Superficie q (+)

Ca2+

PO43-

Capa de agua firmemente unida a la superficie de cr istal



Superficie grande de mosaico

agua

ionesq (+)

Neutralización

Gradual dilución de la q(+)

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Interior de cristal

Capa de solvatación

Superficie de cristal

I (min)

II (hs)III (días)I

II

III

[Fosfatomarcado]

medio

tiempo


Ca 10 (PO4)6 (OH)2

Apatita biológica

“Hidroxiapatita sustituida” Otros iones

Apatita estequiométrica

APATITA BIOLOGICA

Ca10-x Nax (PO4)6-y(CO3)y(OH)2-uFu


Apatita Estequiométrica Apatita biológica

Ca2+ : PO43-

5 : 3

1,66…

Ca2+ : PO43-

5 : 3

Valor teórico


Intercambio Iónico

Cristales de HA

+++ pequeños

Superficie grande de mosaico de q(-) y q(+)

↑Iones en superficie

Intercambio iónico

Superficie de cristal

Medio


Modificación del valor teórico 1,66… Apatita biológica

1. Presencia de otros compuestos cristalinos

2. Adsorción de exceso de Ca ++ y PO43-

3. Sustitución de iones

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1. Presencia de otros compuestos cristalinos

Hueso

DentinaCemento

Esmalte

Fosfato Octocálcico

Ca8H2(PO4)6.5H2O

Ca2+ : PO43- = 1,33..

apatita



2. Adsorción de exceso de Ca ++ y PO43-

Como complejos sobre la superficie del cristal


Apatita biológica0

CO32- Mg++Citrato K+

Cl- F-

Mn++ Zn CuFe++






Condicionante

•Tamaño relativo de los sustituyentes

•Carga iónicacompensa

Balance iónico = configuración estructural

Sr2+ PO4H2- CO32-

Na+ CO32- F -

Mg2+ CO3H - Cl -

Ca2+ PO43- OH-

F-


CO32-


CO32- F-

Susceptibilidad a caries

Más soluble en ácidos

↓cristalinidad de apatita ↑ cristalinidad de apatita

↓tamaño cristalino ↑ tamaño cristalino

Menos soluble en ácidos

Hace al diente más resistente a la caries

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Composición de EsmalteComposición de suero

Composición del LECDurante la

mineralización

Esmalte MaduroSaliva sobresaturada

PO43- Ca2+ iones

Superficie del cristal

Interior del cristal=

Cambios post eruptivos++Mineralizado

�↓Agua�↓ Espacio intercristalino

Se restringe movimiento de

iones

F-

ZnPb

F-

Zn

Pb

HCO3-

Mg ++

HCO3-

Mg ++


Disposición de iones en el esmalte

Reactividad de la HidroxiapatitaContribución al equilibrio ácido-base y electrolíti co

Superficie del esqueleto mineral

Reservorio de ionesCambios en cc de iones y pH en el

suero y LEC

Normalizador de pH

2 PO43- + 3 H+ HPO4

2- + H2PO4-

disolución

PTH

Calcitonina

Ca++ PO43-

Hueso alveolar

Ca10(PO4)6(OH)2 + 8 H+ 6 CaHPO4 + 2 H2O + 4 Ca2+

Proceso de desmineralización del esmalte

CaHPO4 + H+ Ca2+ + H2PO4-

lento

(Hidroxiapatita) (Fosfato monoácido)Brushita

10CaHPO4 + 8OH-

Si pH

Ca10(PO4)6(OH)2 + 4HPO42- + 6H2O

Proceso de remineralización del esmalte






�Colágeno

�Proteínas de los tejidos calcificados

� 90% del total proteico� El esmalte no posee colágeno

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Amelogeninas (que se eliminan durante la mineralización) y enamelinas o esmaltelinas (que persisten en el esmalte maduro).

esmalte

Glicoproteínas poco acídicas, fosfoproteínas o fosfoforinas, glicoproteínas aniónicas y proteoglicanos de bajo peso molecular

dentina:

Sialoproteína muy ramificada, osteocalcina, osteonectina

hueso:

�Proteínas no colagenosas Estructura química de los tejidos mineralizados





Composición química de los tejidos mineralizados

Esmalte Dentina

�Tejido +++ duro�Traslúcido�95% apatita�1% enamelinas�Recibe las fuerzas de masticación

�Mayor volumen�Tejido + duro�70%- 75% apatitay fosfato de calcio amorfo�20% colágeno

SoporteResistencia

ResistenciaElasticidad

Composición Química de los Tejidos Mineralizados

Esmalte Dentina

CementoHueso

SoporteResistenciaResistencia

Elasticidad

•Disipa fuerzas masticatorias

•Da soporte al diente

�Tejido duro�40% apatita y fosfato de calcio amorfo�30% colágeno�Continuo remodelamiento

�Tejido duro�50% de apatita y fosfato de calcio amorfo�30% colágeno

•Anclaje junto a fibras periodontales

glicoproteínasSales de calcioCálculos renales

Colágeno, condroitín

sulfato

HA y Fosfato de Calcio amorfo

Cartílago

8-30%30% colágeno40-50% HA y Fosfato de

Calcio amorfo

CementoHueso

5-10%20% colágeno70-75% HA y Fosfato de

Calcio amorfo

Dentina

4%1% enamelinas95% HAEsmalte

AguaComp. Orgánica

Comp. Inorgánica

Tejido

Composición Química de los Tejidos Mineralizados

Tejidos dentarios mineralizados

Esmalte > Dentina > Cemento

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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

DENTINA (cristales más pequeños que esmalte, 5% CO 32-)

(Ca)4.22(Mg)0.14(Na)0.12(HPO4)0.13(CO3)0.36(PO4)2.49(OH,F)0.39

PI= 4.1 (±1.3) x 10 -45

Ca10-x Nax (PO4)6-y(CO3)y(OH)2-uFu

Implicancias clínicas

Vencida la capa superficial de

esmalte

Avance de caries más rápido que en esmalte

1)

2) pH crítico para la desmineralización: esmalte < ceme nto

Muchas Gracias…

Bibliografía

• 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.

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