牙菌斑的生物化学(1)
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EMP为主 • 异(杂)发酵乳杆菌，如发酵乳杆菌PK为主 • 兼性异(杂)发酵乳杆菌，如干酪乳杆菌、胚芽乳杆
菌兼有EMP和PK途径 • 双歧杆菌没有完全的EMP途径，主要靠PK途径 • 少数革兰氏阴性菌只通过ED途径降解葡萄糖。
牙菌斑的生物化学(1)
其它糖的代谢
蔗糖
蔗糖酶葡萄糖 ＋ 果糖 Nhomakorabea果糖、乳糖、半乳糖 诱导酶 磷酸果糖激酶 EMP
FTF
牙菌斑的生物化学(1)
CH2 OH
5
…… 4 OH
HO 3
CH2 OH
5
…… 4 OH
HO 3
CH2
O
OH
5
1 2 OH
4 O
HO 3
CH2
O
OH
5
1 2 OH
4 O
HO 3
O
1 O
2 OH
O
1 O
2 OH
CH2 5
4 HO
3
O
1 ……
O 2 OH
牙菌斑的生物化学(1)
细胞内外多糖在龋病 发病中的作用：
淀粉 唾液淀粉酶 糊精
麦芽糖 葡萄糖
牙菌斑的生物化学(1)
牙菌斑的生物化学(1)
糖发酵终末产物的特点
1.在菌斑表层，有氧存在，主要为有氧分解 ，丙酮酸进入三羧酸循环生成CO2和水，产 能。在菌斑深层，缺氧，无氧发酵。
2.细菌种类不同，终末产物也不同。在链球 菌、乳杆菌和双歧杆菌，丙酮酸可降解成乳 酸、乙酸、乙醇和甲酸。放线菌可将丙酮酸 降解为琥珀酸、乳酸、甲酸、乙酸、乙醇和 二氧化碳。韦荣菌可使丙酮酸形成琥珀酸、 乙酸、丙酸。梭杆菌、梭状芽胞杆菌和优杆 菌可产生丁酸。
ATP
COO－
磷酸甘油 酸变位酶
COO－
烯醇酶
CHOH
CHO-P
COO－丙酮酸激酶 CO~P
COO－ C＝O
CH2O-P
CH2OH
Mg2+
CH2
ADP
ATP
CH2OH
3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸
丙酮酸
PEP
牙菌斑的生物化学(1)
葡萄糖
6
G-6-P
F-6-P
CH2OH
H2C O P 磷酸葡萄 CH2OH
葡萄糖
6
G-6-P
F-6-P
CH2OH
H2C O P 磷酸葡萄 CH2OH
5O
葡萄糖激酶
O 糖异构酶
4 OH
HO 3
1 2 OH ATP
OH
OH ADP HO
OH
OH
C=O CHOH CHOH CHOH
CH2O-P
磷酸果糖激酶
ATP ADP
CH2O-P
C=O CHOH 果糖二磷酸醛缩酶
CHOH
CHOH
糖酵解产乳酸 脱矿
4)细胞内多糖形成
支链淀粉
产酸的基质
5)耐酸性
细菌在酸性环境内生存、增殖
牙菌斑的生物化学(1)
GTF与FTF的特性：
1. 对蔗糖的高度特异性 2. 广泛的pH适应度 3. 为细菌固有酶
牙菌斑的生物化学(1)
葡糖基转移酶(glucosyltransferase, GTF)
GTF
果糖基转移酶(fructosyltransferase, FTF)
磷酸氢钙
CaHPO4
磷酸八钙 Ca8(HPO4)2(PO4)4˙5H2O
磷酸三钙
Ca3(PO4)2
二水磷酸氢钙 CaHPO4˙2H2O
氟磷灰石
Ca10(PO4)6F2
牙菌斑的生物化学(1)
牙结石的成分
羟磷灰石 58% Ca10(PO4)6OH2 白钙磷石 21% 磷酸八钙 21% Ca8(HPO4)2(PO4)4˙5H2O 二水磷酸氢钙 9% CaHPO4˙2H2O
5O
葡萄糖激酶
O 糖异构酶
4 OH
HO 3
1 2 OH ATP
OH
OH ADP HO
OH
OH
C=O CHOH CHOH CHOH
CH2O-P
磷酸果糖激酶
ATP ADP
CH2O-P
C=O CHOH 果糖二磷酸醛缩酶
CHOH
CHOH
CH2O-P
1,6-二磷酸果糖
CH2O-P C=O 磷酸二羟丙酮 CH2OH
Monophosphate pathway , HMP
丙酮酸
• ED途径
• PK途径
牙菌斑的生物化学(1)
Embden-Meyerhof pathway , EMP 糖酵解途径 glycolysis pathway
6 CH2OH
5
O
4
HO OH
3
1
OH
2
OH
葡萄糖 glucose
牙菌斑的生物化学(1)
无机成分： Ca P K Na 少量 F Mg
牙菌斑的生物化学(1)
牙菌斑的主要物质代谢
碳水化合物代谢
(carbohydrate metabolism) (糖代谢)
分解代谢 合成代谢
牙菌斑的生物化学(1)
糖分解代谢途径
• 糖酵解途径，Embden-Meyerhof
pathway , EMP
• 磷酸戊糖途径，Hexose-
CH2OH CHOH 3-磷酸甘油醛
CH2O-P
牙菌斑的生物化学(1)
CH2OH 3-磷酸甘油醛脱氢酶 COO~P 3-磷酸甘油酸激酶
CHOH
CHOH
CH2O-P NAD＋ 3-磷酸甘油醛
NADH＋H＋1,3C-二H2磷O酸-P甘油A酸DP
ATP
COO－
磷酸甘油 酸变位酶
COO－
烯醇酶 COO－丙酮酸激酶 COO－
•参与并加速菌斑的形成 •生物屏障作用 •能量储存形式
牙菌斑的生物化学(1)
氮源化合物的代谢作用
•为细菌生长提供必需的氨基酸 •提供能量（氨基酸的产量大于其需要量时） •产生的碱性产物对牙菌斑的pH有重要 的调节作用
牙菌斑的生物化学(1)
牙菌斑内矿物质转换
The transformation of mineral component in dental plaque
牙菌斑的生物化学(1)
菌斑内矿物质浓度高于唾液的原因：
菌斑为一离子屏障，可阻挡牙面 离子向外扩散 菌斑基质中的蛋白可与钙、磷、 氟等无机离子结合 菌斑中的细菌亦有结合某些离子 的能力
牙菌斑的生物化学(1)
菌斑pH与龋病 pH and caries
菌斑中各种磷酸盐的存在形式
羟磷灰石
Ca10(PO4)6OH2
CHOH
CHO-P
CO~P
C＝O
CH2O-P
CH2OH
Mg2+
CH2
ADP
ATP
CH2OH
3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸
PEP
牙菌斑的生物化学(1)
葡萄糖转变为丙酮酸四条途径的区别
牙菌斑的生物化学(1)
各种细菌的糖代谢途径
• 兼性厌氧菌，如链球菌EMP为主，辅以HMP途径 • 同(纯)发酵乳杆菌，如嗜酸乳杆菌、唾液乳杆菌
牙菌斑的生物化学(1)
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/21
牙菌斑的生物化学(1)
2)与致病有关的酶
i)葡萄糖基转移酶(GTF)蔗糖—非水溶性葡聚糖 粘附
ii)蔗糖—水溶性葡聚糖产酸的基质
(2)果糖基转移酶(FTF) 蔗糖—果聚糖 产酸的基质
(3)葡聚糖酶
葡聚糖—低聚糊精糖 产酸的基质
(4)果聚糖酶
果聚糖—低聚果糖 产酸的基质
(5)蔗糖酶
蔗糖—葡萄糖十果糖 产酸的基质
3)酸的产生
牙菌斑的生物化学(1)
2020/11/21
牙菌斑的生物化学(1)
菌 斑 的 形 成 过 程
牙菌斑的生物化学(1)
• 牙菌斑的化学组成
The chemical composition of dental plaque
• 牙菌斑内的主要物质代谢
The metabolism of dental plaque
牙菌斑的生物化学(1)
糖发酵终末产物的特点
3. 同一种细菌在不同环境中，其代谢产物不同 如链球菌，在外源性糖丰富时，可经乳酸脱氢 酶作用生成大量乳酸。在外源性糖不足时，细 菌可通过丙酮酸甲酸裂解酶通路获取能量。放 线菌在CO2缺乏时，可形成乳酸，但在有CO2 时，可形成琥珀酸、甲酸、乙酸。
4．代谢的终末产物可被一些细菌进一步降解 ，使环境的酸度发生改变。例如，韦荣菌能利 用乳酸生成乙酸和丙酸，丙酸和乙酸，使pH 升高。
牙菌斑的生物化学(1)
糖的合成代谢
Carbohydrate anabolism of dental plaque
1.糖合成代谢的途径 该途径在细胞内进行，外源性糖丰富时，
将环境中的糖转化为胞内多糖(细胞内多糖 (intracellular polysaccharide, ICP，主要是糖 原)贮存在于细胞内。 2.细胞外途径：
在细胞外，通过糖基转移酶(即胞外多糖合 成酶)的作用把一个糖分子从糖苷转移到另一个 糖 苷 上 ， 合 成 细 胞 外 多 聚 糖 (extracellular polysaccharide, ECP) 。
牙菌斑的生物化学(1)
变链菌致病因子
致病物质
作用
1)菌体表面物质 脂磷壁酸(LTA)，蛋白质，多糖 粘附
CH2O-P
1,6-二磷酸果糖
CH2O-P C=O 磷酸二羟丙酮 CH2OH
CH2OH CHOH 3-磷酸甘油醛
CH2O-P
牙菌斑的生物化学(1)
CH2OH 3-磷酸甘油醛脱氢酶 COO~P 3-磷酸甘油酸激酶
CHOH
CHOH
CH2O-P NAD＋ 3-磷酸甘油醛
NADH＋H＋1,3C-二H2磷O酸-P甘油A酸DP
• 牙菌斑内的矿物质转换
The transformation of mineral component in dental plaque
牙菌斑的生物化学(1)
牙菌斑的化学组成
水： 有机成分:
70－80％（w/w)
蛋白质 40－50％(干重) 碳水化合物 13-18% (干重) 脂质10-14% (干重)
菌兼有EMP和PK途径 • 双歧杆菌没有完全的EMP途径，主要靠PK途径 • 少数革兰氏阴性菌只通过ED途径降解葡萄糖。
牙菌斑的生物化学(1)
其它糖的代谢
蔗糖
蔗糖酶葡萄糖 ＋ 果糖 Nhomakorabea果糖、乳糖、半乳糖 诱导酶 磷酸果糖激酶 EMP
FTF
牙菌斑的生物化学(1)
CH2 OH
5
…… 4 OH
HO 3
CH2 OH
5
…… 4 OH
HO 3
CH2
O
OH
5
1 2 OH
4 O
HO 3
CH2
O
OH
5
1 2 OH
4 O
HO 3
O
1 O
2 OH
O
1 O
2 OH
CH2 5
4 HO
3
O
1 ……
O 2 OH
牙菌斑的生物化学(1)
细胞内外多糖在龋病 发病中的作用：
淀粉 唾液淀粉酶 糊精
麦芽糖 葡萄糖
牙菌斑的生物化学(1)
牙菌斑的生物化学(1)
糖发酵终末产物的特点
1.在菌斑表层，有氧存在，主要为有氧分解 ，丙酮酸进入三羧酸循环生成CO2和水，产 能。在菌斑深层，缺氧，无氧发酵。
2.细菌种类不同，终末产物也不同。在链球 菌、乳杆菌和双歧杆菌，丙酮酸可降解成乳 酸、乙酸、乙醇和甲酸。放线菌可将丙酮酸 降解为琥珀酸、乳酸、甲酸、乙酸、乙醇和 二氧化碳。韦荣菌可使丙酮酸形成琥珀酸、 乙酸、丙酸。梭杆菌、梭状芽胞杆菌和优杆 菌可产生丁酸。
ATP
COO－
磷酸甘油 酸变位酶
COO－
烯醇酶
CHOH
CHO-P
COO－丙酮酸激酶 CO~P
COO－ C＝O
CH2O-P
CH2OH
Mg2+
CH2
ADP
ATP
CH2OH
3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸
丙酮酸
PEP
牙菌斑的生物化学(1)
葡萄糖
6
G-6-P
F-6-P
CH2OH
H2C O P 磷酸葡萄 CH2OH
葡萄糖
6
G-6-P
F-6-P
CH2OH
H2C O P 磷酸葡萄 CH2OH
5O
葡萄糖激酶
O 糖异构酶
4 OH
HO 3
1 2 OH ATP
OH
OH ADP HO
OH
OH
C=O CHOH CHOH CHOH
CH2O-P
磷酸果糖激酶
ATP ADP
CH2O-P
C=O CHOH 果糖二磷酸醛缩酶
CHOH
CHOH
糖酵解产乳酸 脱矿
4)细胞内多糖形成
支链淀粉
产酸的基质
5)耐酸性
细菌在酸性环境内生存、增殖
牙菌斑的生物化学(1)
GTF与FTF的特性：
1. 对蔗糖的高度特异性 2. 广泛的pH适应度 3. 为细菌固有酶
牙菌斑的生物化学(1)
葡糖基转移酶(glucosyltransferase, GTF)
GTF
果糖基转移酶(fructosyltransferase, FTF)
磷酸氢钙
CaHPO4
磷酸八钙 Ca8(HPO4)2(PO4)4˙5H2O
磷酸三钙
Ca3(PO4)2
二水磷酸氢钙 CaHPO4˙2H2O
氟磷灰石
Ca10(PO4)6F2
牙菌斑的生物化学(1)
牙结石的成分
羟磷灰石 58% Ca10(PO4)6OH2 白钙磷石 21% 磷酸八钙 21% Ca8(HPO4)2(PO4)4˙5H2O 二水磷酸氢钙 9% CaHPO4˙2H2O
5O
葡萄糖激酶
O 糖异构酶
4 OH
HO 3
1 2 OH ATP
OH
OH ADP HO
OH
OH
C=O CHOH CHOH CHOH
CH2O-P
磷酸果糖激酶
ATP ADP
CH2O-P
C=O CHOH 果糖二磷酸醛缩酶
CHOH
CHOH
CH2O-P
1,6-二磷酸果糖
CH2O-P C=O 磷酸二羟丙酮 CH2OH
Monophosphate pathway , HMP
丙酮酸
• ED途径
• PK途径
牙菌斑的生物化学(1)
Embden-Meyerhof pathway , EMP 糖酵解途径 glycolysis pathway
6 CH2OH
5
O
4
HO OH
3
1
OH
2
OH
葡萄糖 glucose
牙菌斑的生物化学(1)
无机成分： Ca P K Na 少量 F Mg
牙菌斑的生物化学(1)
牙菌斑的主要物质代谢
碳水化合物代谢
(carbohydrate metabolism) (糖代谢)
分解代谢 合成代谢
牙菌斑的生物化学(1)
糖分解代谢途径
• 糖酵解途径，Embden-Meyerhof
pathway , EMP
• 磷酸戊糖途径，Hexose-
CH2OH CHOH 3-磷酸甘油醛
CH2O-P
牙菌斑的生物化学(1)
CH2OH 3-磷酸甘油醛脱氢酶 COO~P 3-磷酸甘油酸激酶
CHOH
CHOH
CH2O-P NAD＋ 3-磷酸甘油醛
NADH＋H＋1,3C-二H2磷O酸-P甘油A酸DP
ATP
COO－
磷酸甘油 酸变位酶
COO－
烯醇酶 COO－丙酮酸激酶 COO－
•参与并加速菌斑的形成 •生物屏障作用 •能量储存形式
牙菌斑的生物化学(1)
氮源化合物的代谢作用
•为细菌生长提供必需的氨基酸 •提供能量（氨基酸的产量大于其需要量时） •产生的碱性产物对牙菌斑的pH有重要 的调节作用
牙菌斑的生物化学(1)
牙菌斑内矿物质转换
The transformation of mineral component in dental plaque
牙菌斑的生物化学(1)
菌斑内矿物质浓度高于唾液的原因：
菌斑为一离子屏障，可阻挡牙面 离子向外扩散 菌斑基质中的蛋白可与钙、磷、 氟等无机离子结合 菌斑中的细菌亦有结合某些离子 的能力
牙菌斑的生物化学(1)
菌斑pH与龋病 pH and caries
菌斑中各种磷酸盐的存在形式
羟磷灰石
Ca10(PO4)6OH2
CHOH
CHO-P
CO~P
C＝O
CH2O-P
CH2OH
Mg2+
CH2
ADP
ATP
CH2OH
3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸
PEP
牙菌斑的生物化学(1)
葡萄糖转变为丙酮酸四条途径的区别
牙菌斑的生物化学(1)
各种细菌的糖代谢途径
• 兼性厌氧菌，如链球菌EMP为主，辅以HMP途径 • 同(纯)发酵乳杆菌，如嗜酸乳杆菌、唾液乳杆菌
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牙菌斑的生物化学(1)
2)与致病有关的酶
i)葡萄糖基转移酶(GTF)蔗糖—非水溶性葡聚糖 粘附
ii)蔗糖—水溶性葡聚糖产酸的基质
(2)果糖基转移酶(FTF) 蔗糖—果聚糖 产酸的基质
(3)葡聚糖酶
葡聚糖—低聚糊精糖 产酸的基质
(4)果聚糖酶
果聚糖—低聚果糖 产酸的基质
(5)蔗糖酶
蔗糖—葡萄糖十果糖 产酸的基质
3)酸的产生
牙菌斑的生物化学(1)
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牙菌斑的生物化学(1)
菌 斑 的 形 成 过 程
牙菌斑的生物化学(1)
• 牙菌斑的化学组成
The chemical composition of dental plaque
• 牙菌斑内的主要物质代谢
The metabolism of dental plaque
牙菌斑的生物化学(1)
糖发酵终末产物的特点
3. 同一种细菌在不同环境中，其代谢产物不同 如链球菌，在外源性糖丰富时，可经乳酸脱氢 酶作用生成大量乳酸。在外源性糖不足时，细 菌可通过丙酮酸甲酸裂解酶通路获取能量。放 线菌在CO2缺乏时，可形成乳酸，但在有CO2 时，可形成琥珀酸、甲酸、乙酸。
4．代谢的终末产物可被一些细菌进一步降解 ，使环境的酸度发生改变。例如，韦荣菌能利 用乳酸生成乙酸和丙酸，丙酸和乙酸，使pH 升高。
牙菌斑的生物化学(1)
糖的合成代谢
Carbohydrate anabolism of dental plaque
1.糖合成代谢的途径 该途径在细胞内进行，外源性糖丰富时，
将环境中的糖转化为胞内多糖(细胞内多糖 (intracellular polysaccharide, ICP，主要是糖 原)贮存在于细胞内。 2.细胞外途径：
在细胞外，通过糖基转移酶(即胞外多糖合 成酶)的作用把一个糖分子从糖苷转移到另一个 糖 苷 上 ， 合 成 细 胞 外 多 聚 糖 (extracellular polysaccharide, ECP) 。
牙菌斑的生物化学(1)
变链菌致病因子
致病物质
作用
1)菌体表面物质 脂磷壁酸(LTA)，蛋白质，多糖 粘附
CH2O-P
1,6-二磷酸果糖
CH2O-P C=O 磷酸二羟丙酮 CH2OH
CH2OH CHOH 3-磷酸甘油醛
CH2O-P
牙菌斑的生物化学(1)
CH2OH 3-磷酸甘油醛脱氢酶 COO~P 3-磷酸甘油酸激酶
CHOH
CHOH
CH2O-P NAD＋ 3-磷酸甘油醛
NADH＋H＋1,3C-二H2磷O酸-P甘油A酸DP
• 牙菌斑内的矿物质转换
The transformation of mineral component in dental plaque
牙菌斑的生物化学(1)
牙菌斑的化学组成
水： 有机成分:
70－80％（w/w)
蛋白质 40－50％(干重) 碳水化合物 13-18% (干重) 脂质10-14% (干重)