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生物體內(nèi)的礦化過程分為哪四個階段？
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 奧精醫(yī)療    2024-03-08

人體骨骼是主要由Ⅰ型膠原蛋白、羥基磷灰石和水組成的結(jié)締組織，具有十分精巧的微觀結(jié)構(gòu)：由一束束膠原蛋白與一層層納米級羥基磷灰石晶體均勻、有序地―鑲嵌‖在一起，這種結(jié)構(gòu)使得人體骨骼兼具硬度和韌性。

人體骨骼的上述微觀結(jié)構(gòu)的形成是生物礦化作用的結(jié)果。生物礦化是指：在生物的特定部位，在一定的物理、化學(xué)條件下，在生物有機(jī)物質(zhì)的控制或影響下，溶液中的離子轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟V物的作用。生物礦化在自然界廣泛存在，從細(xì)菌、微生物直至植物、動物的體內(nèi)都可以通過生物礦化形成骨、齒、殼等礦物。

一般認(rèn)為，生物體內(nèi)的礦化過程分為四個階段：

①有機(jī)質(zhì)的預(yù)組織：生物體內(nèi)不溶有機(jī)質(zhì)在礦物沉積前構(gòu)造一個有組織的微反應(yīng)環(huán)境，該環(huán)境決定了無機(jī)物成核的位置和形成礦物的功能，該階段是生物礦化進(jìn)行的前提；

②界面分子識別：在已形成的有機(jī)大分子組裝體的控制下，無機(jī)物在溶液中通過靜電力作用、螯合作用、氫鍵、范德華力等作用在有機(jī)/無機(jī)界面處成核，分子識別是一種具有專一性功能的過程，它控制著晶體的成核、生長和聚集；

③生長調(diào)制：無機(jī)礦物相生長過程中，晶體的形態(tài)、大小、取向和結(jié)構(gòu)受生物體有機(jī)質(zhì)的調(diào)控，并初步組裝得到亞單元，該階段通過化學(xué)矢量調(diào)節(jié)賦予了生物礦化物質(zhì)具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和形態(tài)；

④外延生長：在細(xì)胞參與下，亞單元組裝形成多級結(jié)構(gòu)的生物成因礦物，該階段是造成天然生物礦化材料與人工材料差別的主要原因，是復(fù)雜超精細(xì)結(jié)構(gòu)在細(xì)胞活動中的最后修飾階段。

生物體對生物礦化過程的控制是一個復(fù)雜的多層次過程，受到生物有機(jī)質(zhì)、晶體自身生長機(jī)制，以及外界環(huán)境等各方面的綜合調(diào)控作用，其區(qū)別于一般礦化的顯著特征是通過有機(jī)大分子和無機(jī)離子在界面處的相互作用，從分子水平上控制無機(jī)礦物相的結(jié)晶、生長，從而使生物礦物具有特殊的分級結(jié)構(gòu)和組裝方式，生物大分子產(chǎn)生排布以及它們與無機(jī)礦物相的持久作用是生物礦化過程的兩個主要方面。