生物矿化 ppt课件

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界面分子识别
在已形成的有机基质组装体(底物)的控制下,无机物(受体)从 溶液中在有机/无机界面成核.其中的分子识别表现为有机基 质分子在界面处通过晶格几何特征,静电电势相互作用,极性, 立体化学互补,氢键相互作用空间对称性和形貌等方面影响和 控制无机物的成核的部位,结晶物质的选择,晶形,取向及形貌 等.
细菌中的磁性晶体 主要成分为磁铁矿
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生物矿物的特点
结构上的高 度有序使得 生物矿物具 有极高的强 度和良好的 断裂韧性。
骨骼和牙齿 具有高强度
生物矿物一 般具有确定 的晶体取向。 如：鸡蛋壳
中方解石以 c 轴垂直于蛋壳 表面
矿物质与有 机基质的相 互作用。
矿物质在整个 生物代谢过程 中形成，并参 与代谢过程.
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几种天然生物矿化的产物
珊瑚 海洋生物珊瑚虫的分泌物，构成 珊瑚虫身体的支撑结构。主要成 分：方解石
贝壳 主要成分为碳酸钙，通常以文 石和方解石形式存在。
珍珠 由文石晶体和有机物组成
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骨骼 由无机矿物和生物大分子规则排 列所组成的复合材料
牙齿 由牙釉质、牙本质、牙骨质组成。 主要成分为碳酸钙
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外延生长
在细胞参与下亚单元组装成更高级的结构.该阶段是造成天然 生物矿化材料与人工材料差别的主要原因,而且是复杂超精细 结构在细胞活动中进行最后的修饰的阶段.
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以牙本质的矿化为例来说明生物矿化的阶段
在成牙质细胞层 的顶端分泌胶原 蛋白，成为牙本 质的前身
合成磷蛋白并直 接分泌在矿化前 沿的胶原蛋白层 上
1994年至今
主要研究生物矿化作用节律对环 境的指示,特别是软体动物生长 速率,化学元素和微细结构与环 境再造和污染监视等
1989-1994年
1981-1988年
生物矿化的作用机制和从 理论解释生物矿化这种现 象
1976-1980年
主要研究全球海洋化学环境变化历 史与生物矿化作用的关系
1976年以前
受控过程
失控过程
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五、牙釉Fra Baidu bibliotek织的生物矿化
牙釉的分级结构 牙中磷酸钙及其矿化过程
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牙釉的分级结构
矿物含量高达95%，最坚硬的部位。 牙釉的典型结构是由 称为釉柱和柱间釉质 的两种结构单元相互 交织构成的。
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牙中磷酸钙及其矿化过程
牙本质
牙骨质
牙齿 牙髓
牙釉质
细胞外生物诱导矿化形成的硅酸铁示意图 （A）
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生物控制矿化
生物控制矿化是由生物的生理活动引起，并在空间、构 造和化学3方面受生物控制的矿化过程。
细胞内生物控制矿化形成磁铁矿的示意图（B）
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正常矿化和病理矿化
正常矿化
病理矿化
矿化在一定部位进行， 矿化发生在不应形成矿 并按一定的组成，结构，化的部位，或者矿化不 程度完成。如：骨骼， 足或过度。如：结石， 牙齿，贝壳等的形成。 牙石等的形成。
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牙本质磷蛋白在牙本质矿化过程中起着双重调节晶体生长的作 用，它可促进磷酸钙晶体的成核，但在高浓度时，能够与正在 生长的HAp晶体结合，减缓HAp的生长速度。 牙本质涎蛋白的功能是参与生物矿化的启动或作为调节因子抑 制磷酸钙的形成和生长。 骨桥蛋白是磷酸化唾蛋白家族中的一员，它不具有组织特异性， 与牙本质涎蛋白一样可以抑制磷酸钙的形成和生长。 蛋白多糖和磷脂成分在牙本质中均出现在胶原表面，呈针状结 构，在前期牙本质中磷脂和蛋白多糖可能抑制晶体的形成，而 在牙本质中可吸附于胶原纤维表面，构造了有利于晶体形成的 微环境，并调节晶体的横向生长。
着重探讨生物矿化作用
概念和不同门类矿化作
用特点.
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二、生物矿物和生物矿化
生物矿物
概念：生物体系特定条件下生成的矿物。
特点：不仅具有骨架支撑作用，而且还 具有重力传感作用（如耳石）、磁场传 感作用（如磁粒体）等特殊功能。
生物矿化
概念：是指由生物体通过生物大分子 的调控生成无机矿物的过程。
特点：有特殊的反应介质、基质 对矿物的指导作用、细胞代谢的 参与
部分磷蛋白 与胶原蛋白 结合，部分
降解
在结合的钙离子或 晶体上形成HAP结 晶，而且按胶原纤 维排成有序结构
磷酸钙的微晶 或钙离子与磷
蛋白结合
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四、生物矿化的形式
根据途径分类：生物诱导矿化 生物控制矿化
根据生理分类：正常矿化 病理性矿化
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生物诱导矿化
由生物的生理活 动(如新陈代谢、 呼吸作用和细胞 壁的建立等)引 起周围环境物理 化学条件改变而 发生的生物矿化 作用。
牙齿中的磷酸钙
主要存在于牙本 质（70%）和牙 釉质（97%）中。
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上图为牙釉质、牙本质和骨的主要理化性质和组分含量，由图 中可以看出，牙本质中的有机基质约占重量的20%，主要是胶 原蛋白和非胶原蛋白。牙本质磷蛋（DPP），牙本质涎蛋白 （DSP），骨桥蛋白（OPN），牙本质涎磷蛋白（DSPP），蛋 白多糖（PGs）和磷脂成分（PLs）非胶原蛋白约占10%。
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三、生物矿化的四个阶段
超分子与组织
界面分子识别
外延生长
生长调制
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超分子自组织―生物矿化进行的前提
在矿物沉积前构造一个有组织的反应环境,该环境决定了无机 物成核的位置.有机基质的预组织是生物矿化的模板前提,预组 织原则是指有机基质与无机相在分子识别之前将识别无机物的 环境组织的愈好,则它们的识别效果愈佳,形成的无机相愈稳定.
生物矿化
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目录
生物矿化的研究史 生物矿物与生物矿化 生物矿化的四个阶段 生物矿化的形式 牙釉组织的生物矿化 生物矿化的主要研究方向
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一、生物矿化的研究史
至今生物骨骼起源与早期生物矿化作用也 愈来愈受到重视.其中,利用生物矿化的原 理进行仿生材料的合成一直贯穿所有阶段.
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生长调制
无机相通过晶体生长进行组装得到亚单元,同时形状, 大小,取向和结构受有机基质分子组装体的控制;由于 实际生物体内矿化中有机基质是处于动态的所以在时 间和空间上也受有机基质分子组装体的调节.在许多生 物体系中,分子构造的第三个阶段即通过化学矢量调节 赋予了生物矿化物质具有独特的结构和形态的基础.