background image

qwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqw
ertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwert
yuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyui
opasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopa
sdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdf
ghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghj
klzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklz
xcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcv
bnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbn
mqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmq
wertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwe
rtyuiopasdfghjklzxcvbnmqwerty
uiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuio
pasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopas
dfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfg
hjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjk
lzxcvbnmrtyuiopasdfghjklzxcvbn

 

 

 

Chemical Composition of Teeth

 

 

DENTAL CHEMISTRY 

2012 

 

Prof.Dr. Amer Taqa 

 

 


background image

 

Chemical Composition of Teeth 

 

Sample preparation 

 

Mechanical  methods 

A  diamond  saw  or  cutting  disc  is  usually  used  to  obtain  layers  of  enamel  or  dentine  or  thin 
sections    of  longitudinal  or  horizontal  planes  for  use  as  slides  in  light  microscopy  or  electron 
probe analysis. 

Large  amounts  of  dentine  or  enamel  material  are  usually  prepared  by  using  a  diamond  griding 
wheel with great care to avoid contaminating thr desired material. 

Flotation technique of Manly and Hodge 

Once the tooth has been pulverized , the more dense enamel particles can be separated from the 
dentine by using a flotation or centerfuge-flotation technique.  The particles are interoduced into 
a solution of acetone –bromo – from having a  specific gravity of 2.70.  enamel having a density 
of 2.92±0.1 settles during centrifugation or flotation, while the lighter dentine with a density of 
about 2.40  

floats  on  the  surface  permitting  either  fraction  to  be  readily  collected(see  figure).  A  single 
separation gives enamel and dentine of 99% purity as determined by a refractive index method.  
Cementum, density 2/03, can also be separated by this technique. 


background image

 

 

Chemical methods 

 

Acids  have  been  used  to  etch  away  successive  layers  of  enamel  and  dentine  to  give  either 
solutions  of the desired soluble material  or pure  residues of wanted material.   By adjusting the 
strength  of  the  acid  and  the  etching  time,  any  thickness  from  as  low  as  10  microns  may  be 
achieved. 

 

Chemical composition 

 

A  tooth  unlike  a  shaker  full  of  recrystalized  salts,  has  no  single,  constant,  chemical 
stoichiometry.  It has been constituted and shaped by unique genetic and biochemical individual 
and therefore can be varied as nature will permit. 

One reporting  the  composition  of a tooth one must  constantly keep in  mind  the effects  of diet, 
position in the mouth , geographical locality, age, condition of the tooth and medical history of 


background image

 

the contributing individual.  In the instances where  these facts and their effects are known, they 
will be noted. 

 

Inorganic  constituents 

Tooth analysis 

 

In 1973 Lefever and Hodge reported the values intable for the chemical analysis of teeth. Their 
data permitted  the following conclusions: 

 

 

 

 

 


background image

 

1-  Deciduous  teeth  have  more  moister,  less  inorganic    residue  ,  Ca  and  P,  and  about  the 

same carbonate content as permanent. 

2-  There is little differences, except in moister  content, between sound and carious teeth. 
3-  Age causes no change in the chemical constitution of teeth. 
4-  There is little chemical difference between teeth from male and female patients 
5-  Increasing severity of pyorrhea may cause a decrease in the carbonate content of teeth. 
6-  The composition of teeth substance is remarkably constant. 

 

Calcium and phosphorus 

Ca/P  retio  are  slightly  lower  in  carious  than  in  sound  enamel(table).  Sound  enamel  from  age 
groups beyond 30  years  has  a lower Ca/P  ratio(1.97) than sound  enamel  from  the  younger  age 
group(2.07). 

 As  can  be  ssen  from  the  table  thr  Ca/P  ratio  of  enamel  and  dentines  lies  between  that  of 
octacalcium  phosphate  ,  Ca

8

H

2

(PO

4

)+5H

2

O,  1.72  and  hydroxyapatite,  Ca

10

(PO

4

)

6

(OH)

2

,2.15. 

possible intermidate compounds include hydrated tricalcium phosphate .  two theories have been 
formulated to explain the continuous series of apatitic calcium phosphate. 

1-  The  absorption  theory,  in  which  acid    phosphate  groups  absorb  to  microcrystalline 

hydroxyapatite. 

2-  The defect theory, which proposes that hydrogen ions in hydroxapatite are substituted for 

Ca ions. 

 

 

Water: 

Enamel humidified to 100% relative humidity loses 1.7% and 2.1% by weigh of water at 61 and 
100C, respectively. The use of nuclear magnetic resonance (NMR) revealed that heating to 200C 
was insufficient to dehydrate dental enamel. 

Carbohydrate 

Carbon dioxide (carbonate), unlike zinc, lead or fluoride , has a reverse distribution pattern. An 
ealier study gave the content of the outer enamel surface to be about 1.5% by weight increasing 
in smooth (concave) curve to about 2.9% by weight that the dentino-enamel junction (DEJ). 

 

Magnesium 


background image

 

 

Brudevold and his co-workers showed that that the surface enamel  has a lower Mg content  than 
the body on intact enamel , 30-60 versus 60-74mM per gm.  

  Fluoride 

Most investigators agree that the caries –inhibiting effect of fluoride is due to its relatively high 
concentration in the surface layer of the enamel . 

The continuous  drinking  of  water containing 0.1-0.5 ppm  of fluoride by person under 20  years  
of age caused the level  of surface enamel  fluoride to rise from 419 to 3,370ppm.  A degree of 
caries  protections  occurs  when  one  hydroxyl  group  of  hydroxyapatite  ions  is  replaced  by  a 
fluoride per surface unit cell. 

The inhibition of caries found in fluoride areas is due to the presence of fluoride alone and not to 
change in other enamel components. 

Fluoride  concentration  in  deciduous  teeth  follows  a  pattern  similar  to  that  in  permanent  teeth, 
although the level in the enamel surface to approximately 30 microns in depth are lower than in 
the permanent teeth. 

Chloride 

Chloride is capable of exchanging with the hydroxyl group of hydroxyapatite but is not fixed in 
calcified tissues. 

Strontium 

The uptake of strontium occurs prior to eruption , probably during tooth formation , since their is 
no change in concentration with age.  The level  of  strontium concentration is about constant in 
the surface and subsurface enamel. 

Vanadium 

Vanadium  was  not  considered  as  one  of  the  essential  trace  elements  but,  after  showing  that  is 
necessary for the growing rat. In 1972 it was added to the list of elements essential for life. 

Lead 

Deciduous  teeth  have  been  found  to  give  an  excellent  indication  of  the  lead  accumulation  in 
individual children. 

Studies on whole teeth indicate that 


background image

 

1.  The amount of lead increase at a fairly uniform rate through age 50(11 to27ppm), when a 

rapid increase occurs that levels off (50-55ppm) until age 79. 

2.  There is little different in assimilation by males and females. 
3.  Urban residents had lower levels than those of sub-urban or rural residents. 
4.  Ancient teeth (A.D. 200-600) had low metal level and no age correlation (5.3 to 2.9ppm). 
5.  Cadmium (3.1 to 5.8 ppm0 and zinc (1.6 to 3.6 ppm) levels showed no correlation with 

age. 

Trace elements 

 

Trace elements can be divided into three categories: 


background image

 

 

 

 

 

 

1.  Those  which  apper  to  have  no  biological  role  and  which  are  present  in  tissue  only  as 

adventitious contamination from the environment. 


background image

 

2.  Those elements which appear to be essential to the enzymatic processes of living cell( eg. 

Fe,Zn,Cu,I,Mo,I,Co,Mn,Se). 

3.  Elements which are probably essential nutrients but whose metabolic action in not clear 

(e,g. F,Br,Ba,Sr). 

Trace  elements  may  assist  in  reducing  caries  by  altering  tooth  solubility  ,  by  changing  tooth 
morphology , or by altering the size and or shape  of the  crystallites and ultimately, the enamel 
structure. 

 

 

Organic constituents 

 

Citrate 

Citrate occurs in greater concentration in the surface and junction enamel than in the body of the 
enamel    going  from  value  3.5mM/gm  to  1.1  and  back  to  about  4.4mM/gm.  Whether  the 
distribution varies with age has not yet been determined. 

Citrate , which has been found in all mineralized tissues, may be 

1-  An accidental co precipitation component of calcium phosphates. 
2-  In a citrate- containing arginine-rich peptide . 
3-  In the form of phosphate or pyrophosphoric-citrate. 

Lactate 

Lactate follows almost the same distribution and content as citrate and it is possible that both are 
located primarily in the water in the enamel since a comparison shows similar curves. 


background image

 

 

Nitrogen 

 

The  amount  of  nitrogen  can  be  used  as  a  measure  of  the  concentration  of  organic  material  in 
areas  of  the  tooth.  The  scientists  found  that  there    is    no    change  with  the  age  in  the  N 
concentration  in  enamel  except  that  occurring  in  the  last  decade  of  life  when  measured  on  a 
weight basies.  There is no theoretical basis  to except that the organic material in a tooth should 
change with age.  Possible alter ations may occur from external  source through cracks and voids 
which would  be  more numerous in the order tooth due to wear and tear. Teeth over 50 years old 
differ from younger teeth by having: 

1-  Greater N concentration in the surface enamel , 0.15% versus 0.1%. 
2-  Greater N concentration at the dentino enamel junction 0.2% versus ca. 0.12% 
3-  Lower  N  concentration  in  the  body  of  the  enamel  for  a  greater  depth,  ca.0.04%versus 

ca.0.07%N.   


background image

 

 

 

Protein in teeth 

 

In  discussing  the  enamel  proteins,  attention  must  ber  given  to  the  age  of  the  tooth  because  of 
major  differences  observed  between  the  developing  (immature)  and  the  mature  tooth.    These 
differences include  

1-total protein content. 

2-solubility 

3-aminiacid composition 

The  total  protein  content  of  human  enamel  diminishes  from  approximately  15  to  20%  in  the 
developing  tooth  to  about  0.05  to  0.2%  at  maturity.    A  similar  large  decrease  in  the  enamel 
protein content of the maturing bovine tooth has been observed.  An absolute loss of 90% in the 
weight of enamel protein during maturation has been demonstrated.  The process responsible for 
the loss is unknown. 


background image

 

 

 

COLLAGEN 

 

Collogen is the major protein of the extracellular connective tissues and functions as a structural 
protein serving principally as the prime mechanical support of tissues.  The amount of collagen 
varies from one species to another and from  tissue to tissue within the same species.  Collagen 
content of normal human dentine has been estimated to be 18% by dry weight. 


background image

 

 

Physicochemical properties 

From the standpoint of protein structure, collagen is an unique molecules.   

Structure 

In the native state, most collagen is insoluble.  However , native soluble collagen can be obtained 
in vitro under certain conditions. 

A collogen monomer consists  of three polypeptide chains,  each chain  being twisted into a left-
handed helix. The three helices in turn from a right-hunderd helix. The three helixes in turn from 
a right –handed super or major helix. 

 

 

Biosynthesis of collagen 

 

Collagen is formed by several steps: 

Hydroxylation of proline and lysine 

Helix formation 

Glycosylation 

Transport and secretion 

’procollagen-collagen conversion 

Fiber formation 

cross-linking 


background image

 

 

 

CARBIHYDRATE OF TEETH 

Various  attempts  have  been  made  to  extract  and  characterize  the  carbohydrate-  containing 
components of teeth. 

It  was  found  that  the  dentine-cementum  and  enamel  fractions  of  human  teeth  contain 
respectively  0.08  and  0.03%  total  aminosugar.    Of  these  amounts  glucose  amine  represents  42 
and  47%  of  the  total,  respectively  in  dentine  –cementum  also  contained  a  third  compound 
(accounting for 15% of total hexamine). 

In some tissues, the synthesis of glycosamine requires not glutamine but ammonia, as indicated 
by fallowing reaction; 

 

NH

3

 +fructose-6- phosphate ↔  glycosamine-6- phosphate +H

2


background image

 

The glycoamineglycons are high molecular weight hetropolysaccaride they may be conveniently 
represented by a ; (repeating unit) which is repeating many times to produce chains of different 
length  eight  different  GAG(  (glycosaminoglycans)  have  been  isolated  and  characterized  on  the 
basis of 

1-  The structure of repeating unit. 
2-  Optical rotation 
3-  Solubility in alcoholic solutions 
4-  Enzymatic degradation 

The  acidic  character  of  these  compounds  is  due  to  the  presence  of  three  different  functional 
group  

Carboxylin (-COOH) 

Ester sulfhate(-O-SO

4

H) 

Sulfonamide(-N-SO

3

H) 

 

 

 

LIPIDS IN TEETH AND MEMBERANCE 


background image

 

 

The  presence  of  phosphatidyl  serine  was  confirmed  in  carious  dentin.  Since  this  lipid  was  not 
wextracted  from  non  carious  material,  a  possible  binding  of  inorganic  salt  by  lipid  was 
suggested,  which  prompted  lipid  analysis  of  deter  mineralized  dentin  matrix.  Lipid  extracts  of 
sound and EDTA- dermineralized dentin were separated and quantitated, the results of which are 
shown in table: 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

 

Fat soluble vitamins 

 

Vitamins A,D,E, and K are found associated with the lipid fraction of foods and their absorption 
into the body depend upon the presence of bile for emulsification. The structure of the fat soluble 
vitamins are shown in figure. 

 

 

 

 

Lipids in membranes 

Structure 

Basically  the  phospholipids  are  the  molecules  that  define  membrane  structure.    These 
compounds  are  amphipathic  in  nature,  which  means  that  they  contain  both  polar  and  polar 
regions.  


background image

 

 

 

 

 

       




رفعت المحاضرة من قبل: Mohammed AGHA
المشاهدات: لقد قام 9 أعضاء و 895 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل