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- BIOQUÍMICA del

ESMALTE -

AMELOGÉNESIS

Citación 15- Año 2011

¿QUE ES EL ESMALTE DENTARIO?

ESMALTEtejido que recubre la dentina en su porción coronaria a manera de casquete

Es el tejido más altamente

mineralizado

¿CUÁL ES SU

FUNCIÓN?

Proveer superficie dura apta para la masticación

transforma los alimentos en partículas pequeñas

facilitando el ataque enzimático

Alto contenido de HIDROXIAPATITA: Otorga una gran dureza

Debido a:

De gran elasticidadpara su dureza (no frágil)

Estructuras prismáticasFormas direcciones e

interrelaciones entre prismasDisposición de los cristales

dentro de los prismas

Alto contenido en HIDROXIAPATITA

(95%)

Prisma

Cristal

ESMALTE

DENTINA

Fuerzas ejercidas sobre el esmalte

Se trasmiten a la dentina subyacente

Más elástica y más blanda

Actúa como colchón para el esmalte

CARACTERÍSTICAS DISTINTIVAS DEL ESMALTE:1.Deriva del ectodermo y se

forma a partir del órgano del esmalte

2.Matriz orgánica = proteica pero no posee colágeno

3.Cristales densamente empaquetados, 1000 vecesmás grandes que los de otros tejidos y de lenta disolución

4.Carece de Sales Amorfas

5.Ameloblastos desaparecen durante la erupción dentaria

2

NO HAY CRECIMIENTO

NI NUEVA APOSICIÓN DE ESMALTE

DESPUÉS DE LA ERUPCIÓN DENTAL

completan la formación del esmalte

desaparecen durante la erupción dentaria

AMELOBLASTOS

ESMALTE PRISMÁTICO• constituye la > parte de este tejido dentario

• UNIDAD ESTRUCTURAL BÁSICA ES EL PRISMA

ESMALTE APRISMÁTICO• no configura prismas• Localización: periferia de la corona y en la

unión amelodentinaria• presente en dientes primarios y 70% de los

dientes permanentes (regiones cervicales y en fosas y fisuras)

• Disposición de cristales: perpendicular a la superficie externa

ESTRUCTURA ADAMANTINA

PRISMA:Unidad estructural básica del esmalte

desde la unión amelodentinaria hasta la

superficie del esmalte

Prisma o varilla: longitudinales,

cilíndricos, muy largos

cristales

Cortes longitudinales:bandas delgadas irregularmente paralelas

Cortes transversales:estructuras hexagonales, ovoides o en escamas de pescado

REGIÓN INTERPRISMÁTICA:

• área que rodea a cada prisma,

• cristales en diferentes direcciones respecto de los cristales de los prismas

VAINA: zona límite donde los cristales forman ángulos agudos; aloja la mayor parte de la sustancia orgánica

prisma

PRISMA:Disposición de los cristales

cristales

ejes mayores // al eje longitudinal

Inclinación lateral al aproximarse al límite prismá tico hasta ┴

COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL

ESMALTE MADURO

� MATERIA INORGÁNICA ………… 95.0%

� MATERIA ORGÁNICA …………… 0.6%

� AGUA …………………………… 4.0%

LA COMPOSICIÓN DEL ESMALTE VARÍA SEGÚN SU ETAPA DE DESARROLLO

3

MATERIA ORGÁNICA

� FRACCIÓN PROTEICA ……… 0.06-0,35%

� RESTO:

- bajas cantidades de monosacáridos

(Galactosa, Glucosa, Manosa)

- ácidos grasos

(ácidos palmítico, esteárico, oleico)

- otros componentes

(lactato y citrato)

� AMELOGENINAS

� ENAMELINAS

� TUFTELINAS

� AMELOBLASTINAS

4 clases distintas de

PROTEÍNAS

Otras proteínas aisladas:• serina-proteasas, metalo-proteasas, fosfatasas • sialofosfoproteina de la dentina• albúmina• α2 glicoproteina• Ig

Por técnicas de clonación ESMALTE EN DESARROLLO

1) AMELOGENINAS ……………….. 90%(grupo heterogéneo de proteínas)

2) ENAMELINA

3) AMELOBLASTINA …..……….. 10%4) TUFTELINA

1)FAMILIA DE LAS AMELOGENINAS:

90% en esmalte en desarrolo

Órgano del esmalte

los ameloblastos sintetizan el

grupo HETEROGÉNEO de las AMELOGENINAS

• Ricas en los AA:- Pro- His- Gln- Leu

• SOLUBILIDAD:- poco solubles a pH fisiólogico - se disuelven a pH <6.2 o >8- más solubles a baja T° pero- a 37 ° se agregan y precipitan

CARACTERÍSTICAS BIOQUÍMICAS

ES DECIR QUE SON POCOS SOLUBLES a pH y Tª FISIOLÓGICOS

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POR QUÉ DECIMOS QUE ES UN GRUPO HETEROGÉNEO:

a) En general se expresan por un solo gen del cromosoma X pero hay especies que también están codificadas en el cromosoma Y

Dimorfismo sexual de significación desconocida

b) El trascripto 1ario sufre procesos de splicing alternativos

c) La proteína + abundante secretada por el gen del cromosoma X sufre la acción de enzimas proteolíticas dando proteínas de < pM

PROCESAMIENTO EXTRACELULAR DE LAS AMELOGENINAS

Capa externa del esmalte

Se acumula en la matriz (hidrofóbica)

TELOPEPTIDOhidrofílico

AMELOGENINA NACIENTE

VÍA PRINCIPAL VÍA MENOR

13 kDa 11 kDa

Fragmentosoluble en el

fluido del esmalte

Fragmento soluble en el

fluido del esmalte

Rico en Tyr

Muy insoluble

TRAP

TRAP

LTRAP: Función desconocida

25 kDa

23 kDa

20 kDa

PERMANENCIA DE LAS AMELOGENINAS EN EL ESMALTE

AMELOGENINA NACIENTE

� Estas amelogeninas permanecen:

- INSOLUBLES EN LA MATRIZ O

- UNIDAS A LA FASE MINERAL

hasta que se degradan a moléculas de menos de 20kDa

� Las degradaciones posteriores de esos fragmentos pr oducen péptidos pequeños y AA que se eliminan del tejido

FUNCIÓN

25 kDa

23 kDa

20 kDa

Secreción monómeros de amelogeninas

Se unen formando nanosferas

La distribución de las nanosferas forma una matriz alrededor de los cristales iniciales

Vesículas secretorias

Proceso de Tomes del ameloblasto Membrana plasamática

Adición progresiva de iones en los cristalitos

superficie de dentina mineralizada

Cristales iniciales del esmalte

2)ENAMELINA:

2% en esmalte en desarrolo

CARACTERÍSTICAS BIOQUÍMICAS

• Proteína más ácida que las amelogeninas

• Carácter hidrofílico

• Presenta sitios de fosforilación y glicosidación

• se sintetiza como enamelina naciente de 142 kDa y sufre clivajes extracelulares posteriores, igual que las amelogeninas

PROCESAMIENTO EXTRACELULAR DE LA ENAMELINA

Límite amelodentinario

PR

OF

UN

DID

A del T

EJID

O

32 kDa

• alta afinidad por HA• predomina en la profundidad del tejido

• posteriores clivajes péptidos +

• pequeños = vía de eliminación del tejido

55 kDa

25 kDa

80 kDa 34 kDa

142 kDa

ENAMELINA NACIENTE

5

� AMELOGENINAS

� ENAMELINAS

CONSTITUYENTES DEL ESMALTE EN DESARROLLO

SECRETADAS TEMPRANAMENTE COMP ORG + IMP EN ESMALTE

MADURO

CLASIFICACIÓN TRADICIONAL DE LAS PROTEÍNAS:

3)AMELOBLASTINA ó AMELINA:

5 – 10% en el esmalte en desarrollo

• Se sintetiza como proteína naciente de 62 kDa

• Sufre clivajes extracelulares posteriores dando agregados INSOLUBLES en las zonas más profundas del tejido

• Su presencia se retringe a la periferia de los prismas o vainas: “proteína de la vaina”

CARACTERÍSTICAS BIOQUÍMICAS

PROCESAMIENTO EXTRACELULAR DE LA AMELOBLASTINA

17 kDa

15 kDa

14 kDa

13 kDa

62 kDa

40 kDa

AMELOBLASTINA NACIENTE

PR

OF

UN

DID

A del T

EJID

O

Capa externa del esmalte

Agregados insolubles

Localización:

periferia de los prismas

“PROTEÍNA DE

LA VAINA”

4)TUFTELINA:

presente en el esmalte maduro

CARACTERÍSTICAS BIOQUÍMICAS

� Glicoproteína fosforilada de 55 kDa

� Rica en AA:- Glu- Asp- Cys

� De caráter hidrofílico

Unión amelodentinal

Secretada en el período

PRESECRETORal inicio de la amelogénesis

Capacidad de autoensamblarse en la matriz orgánica durante la

mineralización

NUCLEADOR

Formación de los primeros cristales

Permanece en el esmalte maduro

Localización en la unión amelodentinal

OTRAS PROTEÍNAS AISLADAS:

enzimas proteolíticas

Fase secretoria Fase madurativa

• libres en la matriz del esmalte en desarrollo

• FUNCIÓN: clivaje de proteínas nacientes

• muy activas en la fase final de la amelogénesis

• FUNCIÓN: remoción de proteínas remanentes ubicadas entre los cristales inhibiendo el cto

IN VITRO:

el crecimiento cristalino no ocurre si no se remueven las proteínas constituyentes del esmalte

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DISTRIBUCIÓN DE LAS PROTEASAS DURANTE LA AMELOGÉNESIS

esmalte maduroesmalte

joven

metaloproteasasserina proteasas

mineral

matriz proteica

secreción

transición

maduración

La cantidad de sustancia orgánica disminuye a medida que aumenta el contenido mineral

¿CÓMO SE REGULA LA ACTIVIDAD DE ESTAS ENZIMAS?

Secreción en forma inactiva y clivaje de algunos AA en un período determinado de

la amelogénesis

Remoción de moléculas

inhibidoras del sitio activo de

la enzima

Variaciones del pH del

medio

HIDROXIAPATITA BIOLÓGICA ó

NO ESTEQUIOMÉTRICA

95% de la estructura adamantina

• TAMAÑO: son los cristales más grandes (comparados con los de los demás tejidos mineralizados)

• SUSTITUCIÓN: composición variable a lo largo de su espesor por presencia de contaminantes y sustituciones

• DENSIDAD: la densidad disminuye hacia el límite amelodentinal (3.01 a 2.89 g/cc)

TAMAÑOCRISTALES MÁS GRANDES

Respecto de los otros tejidos duros

• Volumen 1000 veces mayor• longitud: 100-1000 nm• ancho: 30-70nm•Espesor: 10-40 nm

SUSTITUCIÓN

difunde desde la matriz dentinaria hacia fluido del

esmalte en formación

CO3-2 F-

AUM

ENTO

3-4% del peso (reemplaza 85-90% iones PO4

3- y 10-15% OH-)

Límite

amelodentinario

Límite

amelodentinario

DISM

INUC

IÓN

Disminuye bruscamente hacia la unión

amelodentinaria

200-300 a 20-50ppm (gran diferencia).

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DENSIDAD

-

VARIACIÓN DE LA DENSIDAD A TRAVÉS DEL ESPESOR DEL ESMALTE (3.01 a 2.89 g/cc)

DISM

INUCI

ÓN

Varía en forma directamente proporcional al contenido inorgánico e inversamente proporcional al contenido orgánico

• células secretoras: ameloblastos

• cristales de HA (Ca ++; PO4-3)

• proteínas:

- amelogeninas

- enamelina

- ameloblastina

- tuftelina

• enzimas proteolíticas:

- metaloendoproteasas

- serina proteasas

Ameloblastos polarizados

una vez completa la formación del esmalte

desaparecen durante la erupción dentaria

AMELOBLASTOS

células secretoras de la matriz orgánica

NO HAY CRECIMIENTO NI NUEVA APOSICIÓN DE ESMALTE DESPUÉS DE LA ERUPCIÓN DENTARIA

Es ACELULAREs el más altamente

mineralizado

Presenta los cristales más grandes y

orientados en forma muy regular

AMELOGÉNESIS

PROCESO ALTAMENTE CONTROLADO

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AMELOBLASTO

Células secretoras con actividad de FA que

secreten matriz orgánica

CON CAPACIDAD DE REMOCIÓN DE LA MATRIZ ORGÁNICA para permitir el crecimiento del cristal

OTRAS DIFERENCIAS:• no hay vesículas matriciales al inicio de la mineralización• deposición de cristales inmediata a la secreción de mat. org. • no existe el equivalente a la predentina

FORMACIÓN DEL ESMALTE

1. PRODUCCIÓN DE TEJIDO PARCIALMENTE MINERALIZADO (30%)

largos cristales en forma de cintas

crecimiento en longitud

2. MADURACIÓN DEL ESMALTE

Incorporación del resto del mineral y remoción de agua y matriz orgánica

crecimiento en ancho y espesor

FORMACIÓN DE DENTINA

provoca cambios en el órgano dental y la diferenciación de los ameloblastos

• Inicialmente forma una línea continua que separa células preodontoblásticas y preameloblásticas

• Cuando se produce la secreción de predentina, la línea se hace discontinua y desaparece.

• Los ameloblastos secretan materia orgánica, generando nueva lámina basal entre ellos y la capa de esmalte.

DEPOSICIÓN de los 1ºS CRISTALES de HA

es DESORDENADA

FORMA EL PRIMER ESMALTE EN CONTACTO

CON LOS CRISTALES DE DENTINA

POSIBLES NUCLEADORES DEL ESMALTE

CRISTALES de HAde la dentina

TUFTELINAsecretada x ameloblastos

NUCLEACIÓN HETEROGÉNEAesmalte

MO

VIM

IEN

TO

del

AM

ELO

BLA

ST

O

Secreción escalonada de mat. orgánica

Deposición de cristales de HA

Vesículas de secreción

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contenido

densidad del esmalte

Fase inorgánica

aguaFase orgánica

MADURACIÓN DEL ESMALTE

Variación del contenido en % de peso:• Orgánico: disminuye de 19% a 1,8%• Mineral: aumenta desde 37% a 95%• Agua: disminuye desde 44% a 4,3%

DEPOSICIÓN DE FASE MINERAL durante la maduración del esmalte

INICIO DE LA MADURACIÓN

FINAL DE LA MADURACIÓN

~14%

1/2

~65% ~30%

Etapa de MADURACIÓNremoción de

matriz orgánica

• CRISTALES de HA

• TUFTELINA

DEPOSICIÓN del

1º CRISTAL

APOSICIÓN de

nuevos CRISTALES3. CRECIMIENTO en espesor: a) etapa de pptación de FOC b) etapa de hidrólisis

2. CRECIMIENTO en long y ancho .Espesor UR

Ca8H2(PO4)6 . 5H2O

1.INICIACIÓN:

1º cristal a novo

Ca8H2(PO4)6. 5H2O + 2 Ca+2 → Ca10(PO4)6(OH)2 + 4 H+ + 3 H2O

F-

Rol del FOSFATO OCTOCÁLCICO:Presenta superficies cristalinas similares a la HA

Ca10(PO4)6(OH)2

Ca8H2(PO4)6

• Cristales hexagonales

• Más estables

• Menos susceptible a los Inh.

• Formación a mayor velocidad

• Láminas aplanadas (primeros estadios de la amelogénesis)

Cristales nucleados

por dentina o tuftelina

Ca10 (PO4)6 (OH)210 Ca2+ + 6 PO43- + 2 OH -

10 Ca2+ + 6 HPO42- + 2 H2O Ca10 (PO4)6 (OH)2 + 8H+

ORIGEN DE LAS ESPECIES IÓNICAS

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MECANISMOS DE ELIMINACIÓN DE H+

Unión a His de las amelogeninas

(en los estadios iniciales)

Fluyen hacia la circulación por las

uniones intercelulares

Son neutralizados por CO3H- liberados por ameloblastos y transportados por

carriers esp.

TRANSPORTE DE CALCIO

FASE SECRETORIA:intercelular

FASE de MADURACIÓN:intracelular

circulación general

sitio de la amelogénesis

Ca+2

Ca+2

∆c

Ca-ATPasa

matriz esmalte

Muchas Gracias…