Estudios de precipitación de CaCO3 como herramienta para entender los procesos de biomineralización, usando como modelo biológico la cáscara de huevo de gallina

Resumen

Biomineralización, es la habilidad que poseen algunos organismos vivos de precipitar minerales en presencia de moléculas orgánicas, p.ej.: proteínas, polisacáridos, etc. resultando en híbridos únicos orgánico-inorgánicos con sus estructuras y morfologías reguladas para optimizar convenientemente sus funciones de biomateriales, ejemplos de estos son: hueso, conchas de molusco, cáscaras de huevo, otolitos, cocolitos y en procesos patológicos p. ej., cálculos biliares, pancreáticos, renales, etc. Estos procesos involucran mecanismos de extracción y captación selectiva de elementos a partir de un ambiente local y su incorporación a estructuras funcionales bajo un estricto control biológico. A fin de estudiar la interacción entre proteínas y minerales de CaCO3 para entender mejor los procesos de biomineralización, es necesario estudiar en detalle el efecto de las proteínas sobre la precipitación de CaCO3. Los objetivos principales, en esta tesis, consistieron en el desarrollar un micro-método de cristalización para estudios de biomineralización usando como modelo biológico la cáscara de huevo de gallina. El método utilizado, la seta de cristalización, permite controlar y seguir de forma directa in situ e in tempore el proceso de precipitación mediante microscopia óptica. Asimismo, permite determinar con facilidad los principales parámetros del proceso de cristalización tales como: a) la evolución del pH durante el transcurso de un experimento; b) el número de cristales, su morfología y tamaño; c) identificar la fase polimórfica de los cristales de CaCO3, en base a su morfología. La estrategia utilizada para este estudio consistió en estudiar la precipitación de CaCO3 en presencia de proteínas desde su forma más simple a la más compleja. Para ello se estudiaron proteínas modelo obtenidas comercialmente (lisozima, ribonucleasa, mioglobina y ¿-lactoalbúmina) y proteínas involucradas en la formación de cáscara de huevo de gallina bajo las siguientes condiciones: a) tres proteínas comerciales presentes en la cáscara de huevo de gallina: Lisozima, Ovotransferrina y Ovoalbumina b) extractos de proteínas de alto grado de pureza obtenidas en un laboratorio de Francia (Station de Recherches Avicoles, INRA) c) fluido uterino de las tres etapas principales de formación de la cáscara de huevo: fase inicial, fase de crecimiento rápido y fase final del crecimiento. Los principales resultados de estos estudios muestran que la presencia de este tipo de proteínas afecta de manera notable al proceso de precipitación de CaCO3 modificando los principales parámetros de cristalización medidos. Además indican que hay componentes más activos que otros (p.ej., determinados extractos de la matriz orgánica de la cáscara de huevo) y que afectan de forma más notable a la precipitación del carbonato calcio. Sin embargo, el control preciso en la formación de la cáscara de huevo no se debe a la actuación independiente de unos componentes específicos sino que parece ser debido al efecto combinado de todos los componentes presentes en el fluido uterino. El efecto combinado de los componentes del fluido uterino produce una nucleación muy intensa, de varios órdenes de magnitud mayor que cualquiera de los componentes individuales estudiados por separado. Asimismo, seleccionan como única fase del carbonato cálcico a la calcita (que es la fase mineral de la cáscara de huevo).