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Los investigadores exploran la proteína del erizo de mar para entender el uno mismo-montaje de estructuras esqueléticas

El carbonato de calcio, o el CaC03, comprende más el de 4% de la costra de tierra. Sus formas naturales mas comunes son tiza, piedra caliza, y mármol, producido por la sedimentación de las granadas de pequeños caracoles, crustáceos, y coral fosilizados sobre millones de años.

La Universidad de Nueva York de los investigadores de la odontología (odontología de NYU) está estudiando cómo la naturaleza crea las materias primas inorgánicas/orgánicas tridimensionales del CaC03 para formar conchas marinas, los exoesqueletos invertebrados, y hueso, esmalte dental, y esmalte vertebrados.

Juan Evans, DMD, doctorado, profesor en el departamento de la odontología de NYU de la ciencia básica y de la biología craneofacial, supervisa a un grupo de investigación que se centra en el estudio de las proteínas que modulan la formación de biominerals, que a su vez crean los nuevos materiales compuestos con las propiedades únicas, tales como resistencias crecientes de la fractura y del pinchazo.

En un papel publicado recientemente en bioquímica, Gaurav Jain, el doctorado, un postdoc en laboratorio del Dr. Evans y el co-autor “de una proteína modelo de la matriz de la espícula del erizo de mar, rSpSM50, es un hydrogelator que modifica y ordena el proceso de la mineralización,” observado cómo la matriz del CaC03 se ordena dentro de una espícula del erizo de mar (véase el cuadro 1). Al principio, estas espículas no son nada más que marcan con tiza, sino que cuando están combinados con las proteínas del erizo de mar, forman pilas minúsculas de “ladrillos,” creando una estructura que ofrezca algo de la defensa más resistente contra depredadores y condiciones duras del océano.

Las “células primarias del mesenchyme (PMCs) dentro de un embrión del erizo de mar depositan el CaC03 amorfo dentro de la matriz de las proteínas de la espícula donde estos ladrillos se dan forma en capas de cristales del carbonato de calcio,” el Dr. Jain de las notas. “Sin embargo, las capacidades funcionales y del montaje de las proteínas individuales de la matriz de la espícula no están sin obstrucción. Estamos investigando actualmente una tal proteína encontrada dentro de las espículas de un embrión del erizo de mar para entender qué hace estas proteínas a tales “organizadores eficientes del ladrillo. “”

Los investigadores observaban SM50, una de las proteínas más abundantes y más bienes estudiado encontradas dentro de estas espículas. Encontraron que una versión recombinante SM50 de la proteína, rSpSM50, es una proteína altamente agregación-propensa que las formas minúsculas jalea-como las estructuras llamaron los hidrogeles en la solución. Estas “jaleas” capturan nanoparticles minerales minúsculos y los ordenan en “ladrillos cristalinos.” Por otra parte, el texturizar de las causas rSpSM50 y las formas superficiales interconectaron aleatoriamente los canales porosos dentro de estos cristales.

“Cuál es único sobre rSpSM50 es que fomenta la formación y la organización de dos diversas formas de carbonato de calcio -- la calcita y el vaterite dentro del “gelatina” ellos mismos, induciendo resistencia de la fractura a la estructura total,” dijo al Dr. Jain.

Los investigadores utilizaron un tipo específico de método de la titulación que reveló a los detalles sobre acciones muy tempranas en la formación de la espícula.

“rSpSM50 resulta ser una pieza del rompecabezas realmente importante, mientras que reduce la cinética de la formación pero ni estabiliza ni desestabiliza las partículas minerales extremadamente minúsculas que forman final estos ladrillos,” dice al co-autor Martin Pendola, doctorado.

El CaC03 ha sido siempre material de la construcción preferido de un hombre para hacer las herramientas primitivas, los instrumentos musicales, y el craftware desde el principio de la civilización. En tiempos modernos, el CaC03 es el mineral más ampliamente utilizado del papel, de los plásticos, de las pinturas y de las industrias ambas de las capas como rellenador -- y debido a su color blanco especial -- como pigmento de la capa.

“Nuestra investigación actual, financiada por el Ministerio de los E.E.U.U. de Energía, permitirá a científicos entender mejor la mineralización y proceso de montaje crucial a la formación de la espícula en erizo de mar,” dijo al Dr. Evans. “Nuestro objetivo último es determinar las propiedades moleculares de estas proteínas que permitan que las matrices monten, que mineralicen, y que participen en la formación de estructuras esqueléticas orgánicas/inorgánicas naturales. La esperanza es que la comprensión completa de las proteínas de la espícula habilitará el revelado de los materiales resistentes de la fractura armoniosa que un día encontrará su uso en desarrollar el “blindaje ligero” y compuestos dentales “más robustos”.”