I ricercatori esplorano la proteina del riccio di mare per capire l'auto-installazione delle strutture scheletriche

Il carbonato di calcio, o il CaCO3, comprende più di 4% della crosta terrestre. I sui moduli naturali più comuni sono gesso, calcare e marmo, prodotto dalla sedimentazione degli shell di piccoli lumache, crostacei e corallo fossilizzati sopra milioni di anni.

L'istituto universitario di New York University dei ricercatori dell'odontoiatria (odontoiatria di NYU) sta studiando come la natura crea materiali basati inorganici/organici tridimensionali del CaCO3 per formare le conchiglie, esoscheletri invertebrati ed osso, dentina e smalto vertebrati.

John Evans, DMD, PhD, un professore nell'instituto dell'odontoiatria di NYU di scienza di base e di biologia Craniofacial, sorveglia una messa a fuoco del gruppo di ricerca sullo studio delle proteine che modulano la formazione di biominerals, che a loro volta creano i nuovi materiali compositi con i beni unici, quali le resistenze aumentate di foratura e di frattura.

In un documento recentemente pubblicato in biochimica, Gaurav Jain, il PhD, un postdoc nel laboratorio del Dott. Evans ed il co-author “di una proteina di modello della matrice dello spicule del riccio di mare, rSpSM50, è un hydrogelator che modifica ed organizza il trattamento di mineralizzazione,„ esaminato come la matrice del CaCO3 è organizzata dentro uno spicule del riccio di mare (si veda figura 1). Inizialmente, questi spicules sono nient'altro che gesso, ma una volta combinati con le proteine del riccio di mare, formano le pile minuscole “di mattoni,„ creando una struttura che fornisce alcuna della difesa più dura contro i predatori e gli stati duri dell'oceano.

“Le celle primarie di mesenchyme (PMCs) dentro un embrione del riccio di mare deposita il CaCO3 amorfo all'interno della matrice delle proteine dello spicule in cui questi mattoni sono a forma di nei livelli di cristalli del carbonato di calcio,„ il Dott. Jain delle note. “Tuttavia, le capacità dell'installazione e funzionali di diverse proteine della matrice dello spicule non sono chiare. Corrente stiamo studiando una tale proteina trovata dentro gli spicules di un embrione del riccio di mare per capire che cosa rende a queste proteine tali “organizzatori efficienti del mattone. “„

I ricercatori hanno esaminato SM50, una delle proteine più abbondanti e più ben esaminate trovate dentro questi spicules. Hanno trovato che una versione recombinante SM50 della proteina, rSpSM50, è una proteina altamente aggregazione-incline che le strutture del tipo di gelatina minuscole dei moduli hanno chiamato idrogel in soluzione. Queste “gelatine„ catturano le nanoparticelle minerali minuscole e le organizzano “nei mattoni cristallini.„ Inoltre, la strutturazione di cause rSpSM50 ed i moduli di superficie hanno collegato a caso i canali porosi all'interno di questi cristalli.

“Che cosa è unico circa rSpSM50 è che promuove la formazione e l'organizzazione di due moduli differenti del carbonato di calcio -- la calcite e il vaterite all'interno del “si gelatinizza„ stesse, inducendo resistenza di frattura alla struttura globale,„ ha detto il Dott. Jain.

I ricercatori hanno usato un tipo specifico di metodo della titolazione che ha rivelato i dettagli circa gli eventi molto iniziali nella formazione dello spicule.

“rSpSM50 risulta essere un pezzo realmente importante del puzzle, mentre rallenta la cinetica di formazione ma nè stabilizza nè destabilizza le particelle minerali estremamente minuscole che infine formano questi mattoni,„ dice il co-author Martin Pendola, PhD.

Il CaCO3 è stato sempre materiale da costruzione preferito di un uomo per fare gli strumenti, gli strumenti musicali e il craftware primitivi dall'inizio della civilizzazione. Nei tempi moderni, il CaCO3 è il minerale più ampiamente usato nel documento, nella plastica, nelle vernici e nelle industrie entrambe delle mani come riporto -- e dovuto il suo colore bianco speciale -- come pigmento della mano.

“La nostra ricerca corrente, costituita un fondo per dal Dipartimento per l'energia di Stati Uniti, permetterà agli scienziati di capire meglio la mineralizzazione e processo di montaggio determinante per formazione dello spicule in riccio di mare,„ ha detto il Dott. Evans. “Il nostro scopo finale è di determinare i beni molecolari di queste proteine che permettono che le matrici montino, mineralizzino e partecipino alla formazione strutture scheletriche organiche/inorganiche naturali. La speranza è che la comprensione completa delle proteine dello spicule permetterà allo sviluppo dei materiali resistenti di frattura musicale che l'un giorno troverà il suo uso nello sviluppare “l'armatura„ leggera ed i compositi dentari “più solidi„.„