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生物化学与分子生物学/钙、磷与骨的钙化及脱钙
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{{Hierarchy header}} 骨是一种特殊的[[结缔组织]],不仅做为人体的支架组织,而且是人体中钙、磷的最大储库。通过成骨与溶骨作用,不断与[[细胞]]外液进行钙磷交换、对维持血钙和血磷稳定有重要作用。 ===(一)骨的组成=== 骨由无机盐、又称[[骨盐]](bonysalts)、有机[[基质]]和[[骨细胞]]等组成。骨盐增加骨的硬度,基质决定骨的形状及韧性,骨细胞在[[代谢]]中起主导作用。 骨盐占骨干重的65~70%,其主要成分为[[磷酸钙]],占84%,其它还有CaCO3占10%,[[柠檬酸]]钙占2%,[[磷酸]]镁占1%,和[[Na]]2HPO4占2%等。骨盐约有60%以结晶的[[羟磷灰石]](hydroxyapatite)形式存在,其余40%为无定形的CaHPO4。据认为后者可以转变为前者。羟磷灰石[[[Ca]]10(PO4)6(OH)2]是微细的结晶,亦称骨晶(bone crystal)。每克骨盐含有约1016个结晶,总的表面积可达100平方米,体液中其他离子如Ca2+、[[Mg]]2+、Na+、Cl-、HCO3-、F-,柠檬酸根等可吸附在羟磷灰石的晶格之间。骨晶性质稳定,不易[[解离]],但在其表层进行离子交换的速度较快。 骨中镁离子占体内镁离子总量的50%,骨中钠离子也占体内钠离子总量的35%,而且大部分钠易于交换。所以[[骨骼]]不仅是身体的支持组织,也是贮存大量钙、磷、钠、镁的器官,在维持体液电解质浓度的稳定性上具有重要作用。此外,骨盐中的Ca2+还可与体液中的H+交换,当体液中[H+]增多([[酸中毒]])时,由于Ca2+H+交换,可致骨盐溶解。 [[骨基质]]包括[[胶原]]和非胶原[[化合物]]。胶原约占90%以上。非[[胶原蛋白]]中含量较多的是[[骨钙素]](osteocalcin)和[[骨连接]]素(osteonectin)。骨钙素为一种依赖[[维生素K]]的[[小分]]子[[酸性蛋白质]],[[分子量]]约6000,其[[谷氨酸]][[残基]]在γ位羧化为γ-[[羧基谷氨酸]],与羟磷灰石、Ca2+有很高亲和力、骨连接素是附着于胶原的一种[[糖蛋白]],易与羟磷石结合,可能作为骨盐沉积的核心。 ===(二)[[成骨作用]]与[[钙化]]=== 骨的生长、修复或重建过程,称为成骨作用(osteogenesis)。成骨过程中,[[成骨细胞]]先合成胶原和糖白[[多糖]]等细胞间质成分,形成所谓“骨样质”(osteoid),继后骨盐沉积于骨样质中,此过程称为钙化(calcification)。 关于钙化的机理,尚未完全阐明,研究表明下列变化可能参与和影响骨盐的沉积: (1)电镜下可见成骨细胞表面突起形成很多[[囊泡]]。囊泡膜富含类脂并具有很高的[[碱性磷酸酶]]活性,可水解基质中多种[[磷酸酯]],使无机磷浓度升高。囊泡中富含[[丝氨酸]]磷酯,能与Ca2+紧密结合,故能有效摄取周围基质中Ca2+。此外,成骨细胞具有钙泵作用,可从周围间隙中浓集钙。这些因素共同作用,使[[骨组织]]钙化局部Ca2+和HPO42-升高,使[Ca]×[P]积升高,利于钙盐的沉积。 (2)正常血中存在钙化抑制物,如[[焦磷酸]]盐(pyrophosphate),而成骨细胞囊泡中的[[磷酸酶]]可水解焦磷酸盐,一方面解除其抑制作用,另一方面提供了充分的[[无机磷]]作为骨盐沉着的原料。 {{图片|graajlba.jpg|}} (3)基质中的骨连接素可能提供羟磷灰石结晶形成的“[[晶核]]”,促使羟磷石结晶的形成。骨钙素则可直接结合羟磷灰石,避免羟磷灰石在局部堆积,使之有规律地沉积于胶原上。 (4)实验表明,[[胶原纤维]]的成熟和骨样组织的正常,是骨盐沉着的重要前提。 骨的生成和钙化是一个复杂的[[生物]]过程,受多种因素的影响和调节,此方面的研究正在深入进行,并取得了一些可喜的进展。如发现了多种与骨生成相关的[[蛋白]]及[[细胞因子]]等。 ===(三)溶骨作用与脱钙=== 骨在不断的新旧更替之中,原有旧骨的溶解和消失称为骨的吸收(bone resorption)或溶骨作用(osteolysis)。溶骨作用包括基质的水解和骨盐的溶解,后者又称为脱钙(decalcification)。溶骨作用同成骨作用一样,是通过骨组织细胞的代谢活动完成的。溶骨作用主要由[[破骨细胞]]引起,可分为细胞外相和细胞内相两相完成。 破骨作用起始于细胞外。破骨细胞通过接触骨面的刷状缘,[[溶酶体]]释放出多种[[水解酶]]类,如[[胶原酶]]可水解胶原纤维,[[糖苷酶]]水解氨基多糖。同时,破骨细胞通过糖元[[分解代谢]]产生大量[[乳酸]],[[丙酮]]酸等酸性物质扩散到溶骨区,使局部酸性增加,促使羟磷灰石从解聚的胶原中释出。破骨细胞产生柠檬酸能与Ca2+结合形成不解离的柠檬酸钙,降低局部Ca++的浓度,从而促进磷酸钙的溶解。继后,[[多肽]]、羟磷灰石等经[[胞饮作用]]进入破骨细胞,并与溶酶体溶合形成[[次级溶酶体]]。在此多肽水解为[[氨基酸]]、羟磷灰石转变为可溶性钙盐。最后,氨基酸、磷及Ca2+从破骨细胞释放入细胞外液,再入血,可参与血磷、血钙的组成。因骨的[[有机质]]主要为胶原,溶骨作用增强时,血及尿中[[羟脯氨酸]]增高。因此可将血及尿中羟脯氨酸的量作为溶骨程度的参考指标。 正常成人,成骨与溶骨作用维持[[动态平衡]],每年骨的更新率约1?%。骨骼发育生长时期,成骨作用大于溶骨作用。而老年人则骨的吸收明显大于骨的生成,[[骨质减少]]而易发生[[骨质疏松症]](osteoporosis)。骨盐在骨中沉积或释放,直接影响血钙、血磷水平,在平时骨中约有1%的骨盐与血中的钙经常进行交换维持平衡,因此血钙浓度与骨代谢密切相关。 {{Hierarchy footer}} {{生物化学与分子生物学图书专题}}
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