Biomineralizacija

Biomineralizacija

Proces, v katerem živi organizmi tvorijo minerale, pogosto zato, da postane obstoječe tkivo bolj trdo.

Poteka v številnih organizmih: v algah nastajajo silikati, diatomejah in nevretenčarjih karbonati, pri vretenčarjih kalcijevi karbonati in fosfati.

Pri človeku najdemo kalcijev hidroksiapatit v kosteh in zobeh.

Sestava trdih zobnih tkiv v primerjavis kostmi

Organske komponente dentina

kolagen (tipI) 18%lipidi 0,33%citrat 0,9%nekolagenski matriks 1,6%

Kolagen je pomembna sestavina tudi cementa (in kosti)

Organske komponente sklenine

amelogenini inneamelogeninski proteini 0,4%lipidi 0,5-0,6%citrat 0,1%

Biomineralizacija je proces, pri katerem se urejeno nalagajo anorganski kristali v celičnem ali zunajceličnem matriksu organizmov.

10Ca2+ + 6HPO2-4 + 2H2O

Ca10(PO4)6(OH)2 + 8H+

(Ca,Na,Mg,Sr,Pb,...)10 (PO4,CO3,SO4...)6(OH,F,Cl,CO3)2

V realni formuli lahko nastopajo tudi:

Dve fazi kristalizacije:nastanek kristalizacijskega jedranadaljna rast kristalov

Fosfatazna teorija- pomen alkalne fosfataze

nekoč......alkalna fosfataza sprošča fosfat iz fosforiliranih heksoz

danes.....vloga pri sproščanju fosfata in/ali eliminaciji inhibitorjev mineralizacije (PPi, ATP, ADP, fosfatni estri)

Teorija iniciacije biomineralizacije

Pomen pripisuje nekaterim snovem s primerno prostorsko razporeditvijo nabojevpomen veziklov....primerno mikrookolje s primernimi

elementi za začetek biomineralizacije

Mineralizacijo olajša heterogena nukleacija!

Nastanek mineraliziranih tkiv

1. Organska faza2. Anorganska faza

Komponente organskega matriksa

1.Makromolekule, odgovorne za strukturo organskega matriksa

2. Kisli proteini organskega matriksa, ki vstopajo v interakcijo s strukturnimi proteini in mineralno fazo

3. Encimi, ki modificirajo/razgrajujejo organski matriks4/21/2010

Proposed generalized scheme for matrix-regulated mineralization reactions. Modified and reprinted with permission from ref 280

Copyright 2003 Mineralogical Society of America.

Published in: Anne George; Arthur Veis; Chem. Rev. 2008, 108, 4670-4693.DOI: 10.1021/cr0782729

Copyright © 2008 American Chemical Society

Komponente organskega matriksa dentina

1. Makromolekule, odgovorne za strukturo organskega matriksa.............KOLAGEN

2. Kisli proteini organskega matriksa, ki vstopajo v interakcijo s strukturnimi proteini in mineralno fazo........dentinski fosfoprotein- FOSFOFORIN

Dmp1 (AG1)dentinski sialoprotein

proteoglikani, gla-proteini

3. Encimi, ki modificirajo/razgrajujejo organski matriks

mreže

OBMOČJE

Model izločanja proteinov dentinskega matriksa

Č

mreže

Ameloblasti in odontoblasti pri biomineralizaciji

Začetek rasti kristalov sklenine

Komponente organskega matriksa sklenine

1. Makromolekule, odgovorne za strukturo organskega matriksa.............AMELOGENINI

2. Kisli proteini organskega matriksa, ki vstopajo v interakcijo s strukturnimi proteini in mineralno fazo

ameloblastin, tuftelin, enamelin

3. Encimi, ki modificirajo/razgrajujejo organski matriksmetaloproteinaze (enamelizin)serinske proteinaze (kalikrein)

Proteini organskega matriksa sklenine- amelogenini

Zakaj govorimo o amelogeninih in ne amelogeninu (primer mišjega amelogenina)?

Proteini organskega matriksa sklenine- amelogenini

č

Model razgradnje prašičjega amelogenina medrazvojem sklenine

Modelni prikaz organizacije amelogeninskih nanokroglic

Science 307, 2005,1450-1453

Slika združevanja amelogeninskih nanokroglic v verige

Science 307, 2005,1450-1453

Model amelogeneze

Model interakcije amelogeninov s hidroksiapatitom

Organski matriks sklenine vsebuje ob začetku biomineralizacije 25-30% proteinov

• So ameloblasti še prisotni po izrastu zoba? • So odontoblasti še prisotni po izrastu zoba?

Cementogeneza

Cement sodi med trda zobna tkiva in parodontalna tkiva.

Proces cementogeneze je slabše razjasnjen kot proces dentinogeneze in amelogeneze.

Pri začetku tvorbe cementa igrajo pomembno vlogo komponente organskega matriksa sklenine.

Organski matriks cementa sestavlja kolagen tip I (90%) in nekolagenski matriks.

Zakaj bi lahko prišlo do motenj v procesu biomineralizacije??

Kaj bo posledica teh motenj????

Primera patološke biomineralizacije: ledvični kamni (levo) inkalcifikacija v koronarnih arterijah (desno) Ali veste ....Ali veste ....

- kateri pogoji morajo biti izpolnjeni

za proces iniciacije biomineralizacije

- kakšna je vloga komponent organskega

matriksa pri biomineralizaciji

- kakšna je vloga posameznih komponent

organskega matriksa dentina pri

dentinogenezi

- kakšna je vloga posameznih komponent

organskega matriksa sklenine pri

amelogenezi

- katere so domnevne stopnje procesa

biomineralizacije