生物矿化
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F ig . 2 S t ru c tu re of n a c re
( a )
( b)
章珠层文石景层的晶体结构 （ a） 租矿化基质的结构 （ b)
载体基质
珍珠层的组装
二、生物矿化机理的研究 （体内研究难，最重
要的方法：体外模拟研究，低等动物身上） • 1.骨的矿化机制
•
• •
有关骨的矿化机制主要存在以下两种认识： (1)胶原纤维矿化 胶原纤维是成骨细胞分泌的有机基质，其基本结构设 计是原胶原分子互相错开1/4所得的阵列，每一列中原胶 原分子之间的空隙区(40nm)是骨骼形成中无机矿物最先成 核和形成的主要部位，一些矿物随后才长到重叠区。矿化 早期的火鸡肌腱是公认的研究骨矿化的理想模型，也是研 究最多的结缔组织。并提出了比较合理的有关骨矿和胶原 纤维空间关系的构槽模型。对脊椎动物骨骼中矿物晶体的 透射电镜、x射线衍射(XRD)和扫描电镜研究表明骨矿为片 状．约50nm×25nm×5nm，但由于骨矿的不均匀性，对其 尺寸的观测也只能是统计的结果。事实上，骨矿的大部分 是位于胶原纤维外面的，迄今对骨中矿物晶体在胶原纤维 内外的动态三维装配过程的了解还是很肤浅的。
胶 原 蛋 白 的 结 构
•胶原蛋白在体 内以胶原纤维 的形式存在。 其基本组成单 位是原胶原蛋 白分子,长度为 280nm，直径为 1.5nm，分子量 为300000。
胶原纤维中的 交联结构
胶原蛋白
生物体内胶原蛋白网
②磷蛋白——可溶性蛋白 天冬氨酸 磷酸丝氨酸 ——与Ca2+结合力强 作用 ：引起和指导矿化 综上所述,骨是由无机矿物与生物大分子规则 排列所组成的复合材料
部3 体 外 模 拟 实 验 中 的 分 形 输
生物矿化
这些美丽的画中是什么?
珊瑚
贝壳
• 你知道下面是什么图？
• 尿结石1的剖面图 • 尿结石2的剖面图
§1.生物矿物和生物矿化的概念
一、生物矿物
SiO2 Ca10(OH)2(PO4)6 Ca3(PO4)2 生物矿物：在生物体系特定条件下生成的矿物质 特点：具有特殊的高级结构和组装方式 具有特殊的理化性质和生物功能 矿物质 CaCO3
细胞加工 （矿化在细胞外进行） 细胞分泌有机基质
生长调制 （大小、取向和结构）
实例
• 举牙本质和牙釉质的矿化为例: • 牙本质矿化步骤可大体上分为：
1.在成牙质细胞层的顶端分泌胶原蛋白,成为牙本 质的前身,实际上是为矿化做准备； 2.合成磷蛋白并把它直接分泌在矿化前沿的胶原 蛋白层上； 3.部分磷蛋白与胶原蛋白结合,部分 降解；
成袖置 由基 质
a
抽置自
b
生＊ 盟
生 后期
抽
由开蛐形成的袖桂 （ a） 到 勤 的 桂（ b)
§6.生物矿化的研究进展
• 一、生物矿物 的形貌、结构、 特别是分级结 构的研究 （例如珍珠的光 泽、骨、牙、 象牙、鲍鱼、 病理矿化） 骨：
和天然磷灰石一样，生物HAP的晶体由六面柱体的晶胞组 成。a1=a2=0.9432nm。c＝O.6881nm，a 轴互成120。夹角，c 轴与a轴垂直。10个钙离子、6个磷酸根和两个氢氧离子构成 一个晶胞。
珍珠、贝壳等
贝壳中较为常见的是珍珠层结构，棱柱结构以及 交叉叠片结构。这几类结构可在一种贝壳中单独 或同时出现。 • 例如，在双壳纲中可以观察到三种具有特性的结 构(不包括最外层一角质层)： (a)内部为珍珠层结构，外部为棱柱结构； (b)簇叶形结构与少量交叉叠片结构混合； (c)单一交义叠片结构或以交叉叠片结构为主c • 另外还发现在贝壳个存在其它类型结构的组合， 但这三种是最常见的。
2.胆结石的体外模拟研究
胆结石的剖面图
照2
体外 模 拟实 验中的 周 期 沉淀
Nd-..N 巍
的艇舷扩散体系
F ig. 4
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Dend r itical p a 忱 er n s an d connection observed af ter p a r t of the p a t 也 rns i n F 悟， 4 being m agnif ied 60 tnn 四
生物矿化的产物=硬组织=矿化组织(骨、牙) =矿物质+有机基质 （多糖、蛋白等） 羟基磷灰石 胶原蛋白
二、生物矿化的种类
化学式
CaCO3 CaCO3 CaMg(CO3)2 Ca5(PO4)3(OH) SiO2(H2O)n Fe3O4 Fe3S4 CaBR CaC2O4 NH4MgPO4
俗名 方解石 文石 白云石 羟基磷灰石 无定型水合硅 磁铁矿 胆红素钙 草酸钙 磷酸铵镁
｜ 的瞬置臼 合
，
前期牙丰 匾
牙本属矿化的也宇模型
虽然牙釉质矿化过程与牙本质不同，但 其方式非常相似。可以粗略地分为以下几 步：
1.在成釉细胞顶端分泌成釉蛋白及釉蛋白。 2.与此几乎同时有HAP晶体开始形成，晶体被紧 包在釉蛋白中，釉蛋白外面是连续相成釉蛋白。 3.上述过程是在釉-本质界线处发生，而结晶长 轴与釉-本质界线垂直延伸。 4.成釉细胞后退留出空隙，这些细长的空隙与 基质接触。 5.釉柱在空隙中形成，长轴与空隙方向平行。 组装有序化。 6.此时成釉蛋白减少，晶体长大成熟，最后基 本上只留下釉蛋白做为基质。
三、胆结石 ①胆固醇型 ②色素型（胆红素、胆红素钙） 棕色 ③混合型结石 胆固醇+胆红素（胆红素钙） 多种蛋白质 组成： 硫酸化糖蛋白 + 胆红素钙 胆固醇等 多糖+糖蛋白
四、尿结石 组成：
粘蛋白 + CaC2O4 NH4MgPO4 CaHPO4
单纯蛋白质+粘多糖 不含羟辅氨酸
*基质在生物矿化中的作用
• 蛋白质与多糖是生物体中的主要高分子材 料。在生物体中仅含蛋白质和仅含多糖的 物质非常少见。绝人多数生物材料同时含 有蛋白质和多糖，而且两者都含有一定量 的水。这样，蛋白质、多糖和水就构成三 相。大多数生物复合材料的组织中部含有 胶原纤维以及—个其它蛋白质和多糖构成 的母相。母相是指复合材料中的纤维或粒 子嵌在其中的物质。
1.硬组织在结构上是高度有序的 2.硬组织的矿物质在有机基质中形成而又包 括在基质中 3.硬组织的矿物质不只参与矿化—脱矿平 衡，而且也参与细胞活动
4.硬组织的矿物质是在整个生物体代谢过程 中形成的，而且参与代谢过程
二、生物矿化的特点 1.有特殊的反应介 质（多糖、蛋白质等） 2.基质对矿化的指导作用 3.细胞、代谢的参与 导致生物矿物结构上高度有序，在有机基 质中形成而又包埋在基质中
二、贝壳和珍珠
a.角质层—壳质蛋白构成，最外层 b.棱柱层—方解石 c.珍珠层—文石 壳角蛋白+CaCO3(文石） 2. 珍珠和珍珠层 （复合蛋白） 壳角蛋白： ①不溶性多糖几丁质，呈ß折叠结构 ②富有甘氨酸和丙氨酸的不可溶蛋白质，具有反 平行ß折 叠结构 ③富有天冬氨酸等酸性氨基酸的可溶蛋白，同样 是ß折叠 结构，其中羟基与Ca2+强烈配位，形 成晶体的核心 1.贝壳
2.牙
a.胶原蛋白 b.磷蛋白——载磷蛋 白，每个分子 可结合几百个Ca2+,并使Ca2+在 它的分子上按磷酸基的分布而 定位 ②牙釉质 a.成釉蛋白(含Pro和Glu多),有疏水性 b.釉蛋白：与多糖成共价键结合，含 Asp和Gly多，为另一磷蛋白，有 亲水性，与Ca2+亲和力大 ①牙本质
③ 龋齿的生物矿化研究 a.龋齿发生的主要过程是一种脱矿过程，然后溶 解的矿物由松散结合的水所替代。 b.人工龋齿模型 牙釉质长时间暴露于高浓度的 氟试剂时形成的 主要产物是氟化钙。 1988年4月21-22日在荷兰召开的有关”牙釉质表 面形成的类CaF2”的会议充分肯定了类CaF2在防龋 齿中的重要意义。
胶原蛋白
• 胶原蛋白或称胶原(collagen)是很多脊椎动物和无 脊椎动物体内含量最丰富的蛋白质，它也属于结构 蛋白质，使骨、腱、软骨和皮肤具有机械强度。胶 原蛋白至少包括四种类型，称胶原蛋白I、H、HI和 IV。下面主要讨论胶原蛋白I。 • 腱的胶原纤维具有很高的抗张强度(tensile strength)，约为20-30kg／mm2， 相当于12号冷 拉钢丝的拉力。 • 骨铬中的胶原纤维为骨骼提供基质，在它的周围排 列着经磷灰石(hydroxyapatite)[磷酸钙聚合物 Ca10(PO4)6(OH)2]结晶。脊椎动物的皮肤含有编织 比较疏松，向各个方向伸展的胶原纤维。血管亦含 有胶原纤维。
①控制矿化-脱矿平衡(热力学 ) ①矿化不足或过度 矿化 Ca2++CO32CaCO3 脱矿 ②矿化速度过快或过慢 ②控制矿化速度(动力学)
实例：骨、牙、贝壳 、珍珠等
实例：口腔：龋齿、牙石 胃 肠道：胆结石、胰结石 泌尿系统：尿结石及膀胱 结石等
§3.生物矿物与生物矿化的特点
一、生物矿物的特点
1.反应的介质和硬组织的分散介质（支持结 构） 2.矿化的模板（为塑造硬组织的矿化做准备） 3.金属离子的配合剂（提供成核的位点） 4.软组织与硬组织的连接物（由两种蛋白质完成） 5.矿化的促进剂和抑制剂 成核作用 抑制速度
§5.生物体内的矿化过程
生物体内大分子的预组织 （确定无机物的成核位置） 界面分子识别 （静电作用 结构对应 立体对应） （对晶体的选择、晶型、取向、形貌有影响）
巳 （ ＇ ）
唱 4
辄
固 5. 2 （〉贝壳角质启、棱佳扇的 SEM JI呈 现z
{h ）贝壳珍珠层横断面的 TEM 形 . O 'l , (c ）日壳琦珠居层面的 TF.M
辙’ 靠 童 医 白 ： 段；
； 雄心： 攘椒； 嫩 问』
JL_T戴 晴 嗣
. . .
图2
珍珠层的结构示意图 （ 引自［ 2 ])
(2)基质囊泡矿化
• 在胚胎发育、软骨生长和骨折愈合等特殊的骨形 成期，发现细胞外基质中有基质囊泡存在于胶原 纤维之间。它们富含钙离子、磷酸根离子和碱性 磷酸酶，其分泌可能与细胞内的高尔基体有关。 对于基质囊泡在骨矿化中的作用有三种观点：一 是它本身不矿化，而只起调节周围环境中钙和磷 酸根离子浓度的作用，进而控制或影响胶原纤维 的矿化：二是基质囊泡内部有矿物沉Байду номын сангаас，泡膜破 裂后针状的矿物晶体释放到胶原纤维孔隙区；三 是基质囊泡本身充于胶原纤维矿化，然后附近的 纤维受其影响迅速矿化。与基质囊泡相联系的矿 物成分与胶原纤维内的相同，其形状主要有球状 的针形晶体聚集(透明软骨)和不规则形状(火鸡肌 腱)两种。
实例 鸟蛋壳、珊瑚、海绵刺 软体动物外壳、贝壳、珍珠 棘皮动物的牙 骨、牙 植物的纤维、藻类、海绵刺 细菌中的磁性晶体 细菌中的磁性晶体 色素型胆结石 尿结石 尿结石
三、生物矿化 在生物体系中形成生物矿物的 过程叫生物 矿化.
§2.生物矿化的形式
正常矿化 异常矿化(病理矿化)
矿化在一定的部位进行，并按 矿化发生在不应形成矿化的部 一定的组成、结构和程度完成 位，或者矿化过度或不足 受控过程 失控过程
§4.天然生物的矿化产物
一、骨和牙
1.骨 有机介质+Ca10(OH)2(PO4)6 (CO32-、Mg2+) 磷酸钙盐的主要结晶形式如下： 羟基磷灰石（HA） 磷 酸八钙（OCP） 二水磷 酸氢钙（DCPD） 磷酸 三钙（TCP）
有机基质: ①胶原蛋白——一类糖蛋白，水溶性差 作用：构成矿化组织的支持结构， 糖羟基与Ca2+配位，——引 起胶原蛋白的构象的变化及 胶原纤维之间的交联
4.磷酸钙的微晶或钙离子与磷蛋白结合； 5.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。全过程如图所示
it 开盾过程
成牙质细 胞
腔原蛋白 ’ 置 白费晤 ’其他非 睡原置面 ’钙
．
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磷蛋白
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｜ 脏里重白’ 睡置自
po 2且 口 四 v ,4 ’ 结晶J!*
l 与握自睡在石结
Y
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Asp
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Ca2+ CO32-
3.蛋壳 ①蛋壳由方解石构成，约占96%-98%的体积百分比， 其余是有机的水合物物质 ②Rehkngler指出，对从壳上横切下来的试样进行循 环测试，得出其刚度为10-20GPa,大约是石灰石的 1/3 ③蛋壳作为一个整体具有复杂的形状，而且它是脆 的 顺便指出，禽蛋壳不同于软体动物壳，它是由 方解石组成的硬组织。
( a )
( b)
章珠层文石景层的晶体结构 （ a） 租矿化基质的结构 （ b)
载体基质
珍珠层的组装
二、生物矿化机理的研究 （体内研究难，最重
要的方法：体外模拟研究，低等动物身上） • 1.骨的矿化机制
•
• •
有关骨的矿化机制主要存在以下两种认识： (1)胶原纤维矿化 胶原纤维是成骨细胞分泌的有机基质，其基本结构设 计是原胶原分子互相错开1/4所得的阵列，每一列中原胶 原分子之间的空隙区(40nm)是骨骼形成中无机矿物最先成 核和形成的主要部位，一些矿物随后才长到重叠区。矿化 早期的火鸡肌腱是公认的研究骨矿化的理想模型，也是研 究最多的结缔组织。并提出了比较合理的有关骨矿和胶原 纤维空间关系的构槽模型。对脊椎动物骨骼中矿物晶体的 透射电镜、x射线衍射(XRD)和扫描电镜研究表明骨矿为片 状．约50nm×25nm×5nm，但由于骨矿的不均匀性，对其 尺寸的观测也只能是统计的结果。事实上，骨矿的大部分 是位于胶原纤维外面的，迄今对骨中矿物晶体在胶原纤维 内外的动态三维装配过程的了解还是很肤浅的。
胶 原 蛋 白 的 结 构
•胶原蛋白在体 内以胶原纤维 的形式存在。 其基本组成单 位是原胶原蛋 白分子,长度为 280nm，直径为 1.5nm，分子量 为300000。
胶原纤维中的 交联结构
胶原蛋白
生物体内胶原蛋白网
②磷蛋白——可溶性蛋白 天冬氨酸 磷酸丝氨酸 ——与Ca2+结合力强 作用 ：引起和指导矿化 综上所述,骨是由无机矿物与生物大分子规则 排列所组成的复合材料
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生物矿化
这些美丽的画中是什么?
珊瑚
贝壳
• 你知道下面是什么图？
• 尿结石1的剖面图 • 尿结石2的剖面图
§1.生物矿物和生物矿化的概念
一、生物矿物
SiO2 Ca10(OH)2(PO4)6 Ca3(PO4)2 生物矿物：在生物体系特定条件下生成的矿物质 特点：具有特殊的高级结构和组装方式 具有特殊的理化性质和生物功能 矿物质 CaCO3
细胞加工 （矿化在细胞外进行） 细胞分泌有机基质
生长调制 （大小、取向和结构）
实例
• 举牙本质和牙釉质的矿化为例: • 牙本质矿化步骤可大体上分为：
1.在成牙质细胞层的顶端分泌胶原蛋白,成为牙本 质的前身,实际上是为矿化做准备； 2.合成磷蛋白并把它直接分泌在矿化前沿的胶原 蛋白层上； 3.部分磷蛋白与胶原蛋白结合,部分 降解；
成袖置 由基 质
a
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生＊ 盟
生 后期
抽
由开蛐形成的袖桂 （ a） 到 勤 的 桂（ b)
§6.生物矿化的研究进展
• 一、生物矿物 的形貌、结构、 特别是分级结 构的研究 （例如珍珠的光 泽、骨、牙、 象牙、鲍鱼、 病理矿化） 骨：
和天然磷灰石一样，生物HAP的晶体由六面柱体的晶胞组 成。a1=a2=0.9432nm。c＝O.6881nm，a 轴互成120。夹角，c 轴与a轴垂直。10个钙离子、6个磷酸根和两个氢氧离子构成 一个晶胞。
珍珠、贝壳等
贝壳中较为常见的是珍珠层结构，棱柱结构以及 交叉叠片结构。这几类结构可在一种贝壳中单独 或同时出现。 • 例如，在双壳纲中可以观察到三种具有特性的结 构(不包括最外层一角质层)： (a)内部为珍珠层结构，外部为棱柱结构； (b)簇叶形结构与少量交叉叠片结构混合； (c)单一交义叠片结构或以交叉叠片结构为主c • 另外还发现在贝壳个存在其它类型结构的组合， 但这三种是最常见的。
2.胆结石的体外模拟研究
胆结石的剖面图
照2
体外 模 拟实 验中的 周 期 沉淀
Nd-..N 巍
的艇舷扩散体系
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生物矿化的产物=硬组织=矿化组织(骨、牙) =矿物质+有机基质 （多糖、蛋白等） 羟基磷灰石 胶原蛋白
二、生物矿化的种类
化学式
CaCO3 CaCO3 CaMg(CO3)2 Ca5(PO4)3(OH) SiO2(H2O)n Fe3O4 Fe3S4 CaBR CaC2O4 NH4MgPO4
俗名 方解石 文石 白云石 羟基磷灰石 无定型水合硅 磁铁矿 胆红素钙 草酸钙 磷酸铵镁
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前期牙丰 匾
牙本属矿化的也宇模型
虽然牙釉质矿化过程与牙本质不同，但 其方式非常相似。可以粗略地分为以下几 步：
1.在成釉细胞顶端分泌成釉蛋白及釉蛋白。 2.与此几乎同时有HAP晶体开始形成，晶体被紧 包在釉蛋白中，釉蛋白外面是连续相成釉蛋白。 3.上述过程是在釉-本质界线处发生，而结晶长 轴与釉-本质界线垂直延伸。 4.成釉细胞后退留出空隙，这些细长的空隙与 基质接触。 5.釉柱在空隙中形成，长轴与空隙方向平行。 组装有序化。 6.此时成釉蛋白减少，晶体长大成熟，最后基 本上只留下釉蛋白做为基质。
三、胆结石 ①胆固醇型 ②色素型（胆红素、胆红素钙） 棕色 ③混合型结石 胆固醇+胆红素（胆红素钙） 多种蛋白质 组成： 硫酸化糖蛋白 + 胆红素钙 胆固醇等 多糖+糖蛋白
四、尿结石 组成：
粘蛋白 + CaC2O4 NH4MgPO4 CaHPO4
单纯蛋白质+粘多糖 不含羟辅氨酸
*基质在生物矿化中的作用
• 蛋白质与多糖是生物体中的主要高分子材 料。在生物体中仅含蛋白质和仅含多糖的 物质非常少见。绝人多数生物材料同时含 有蛋白质和多糖，而且两者都含有一定量 的水。这样，蛋白质、多糖和水就构成三 相。大多数生物复合材料的组织中部含有 胶原纤维以及—个其它蛋白质和多糖构成 的母相。母相是指复合材料中的纤维或粒 子嵌在其中的物质。
1.硬组织在结构上是高度有序的 2.硬组织的矿物质在有机基质中形成而又包 括在基质中 3.硬组织的矿物质不只参与矿化—脱矿平 衡，而且也参与细胞活动
4.硬组织的矿物质是在整个生物体代谢过程 中形成的，而且参与代谢过程
二、生物矿化的特点 1.有特殊的反应介 质（多糖、蛋白质等） 2.基质对矿化的指导作用 3.细胞、代谢的参与 导致生物矿物结构上高度有序，在有机基 质中形成而又包埋在基质中
二、贝壳和珍珠
a.角质层—壳质蛋白构成，最外层 b.棱柱层—方解石 c.珍珠层—文石 壳角蛋白+CaCO3(文石） 2. 珍珠和珍珠层 （复合蛋白） 壳角蛋白： ①不溶性多糖几丁质，呈ß折叠结构 ②富有甘氨酸和丙氨酸的不可溶蛋白质，具有反 平行ß折 叠结构 ③富有天冬氨酸等酸性氨基酸的可溶蛋白，同样 是ß折叠 结构，其中羟基与Ca2+强烈配位，形 成晶体的核心 1.贝壳
2.牙
a.胶原蛋白 b.磷蛋白——载磷蛋 白，每个分子 可结合几百个Ca2+,并使Ca2+在 它的分子上按磷酸基的分布而 定位 ②牙釉质 a.成釉蛋白(含Pro和Glu多),有疏水性 b.釉蛋白：与多糖成共价键结合，含 Asp和Gly多，为另一磷蛋白，有 亲水性，与Ca2+亲和力大 ①牙本质
③ 龋齿的生物矿化研究 a.龋齿发生的主要过程是一种脱矿过程，然后溶 解的矿物由松散结合的水所替代。 b.人工龋齿模型 牙釉质长时间暴露于高浓度的 氟试剂时形成的 主要产物是氟化钙。 1988年4月21-22日在荷兰召开的有关”牙釉质表 面形成的类CaF2”的会议充分肯定了类CaF2在防龋 齿中的重要意义。
胶原蛋白
• 胶原蛋白或称胶原(collagen)是很多脊椎动物和无 脊椎动物体内含量最丰富的蛋白质，它也属于结构 蛋白质，使骨、腱、软骨和皮肤具有机械强度。胶 原蛋白至少包括四种类型，称胶原蛋白I、H、HI和 IV。下面主要讨论胶原蛋白I。 • 腱的胶原纤维具有很高的抗张强度(tensile strength)，约为20-30kg／mm2， 相当于12号冷 拉钢丝的拉力。 • 骨铬中的胶原纤维为骨骼提供基质，在它的周围排 列着经磷灰石(hydroxyapatite)[磷酸钙聚合物 Ca10(PO4)6(OH)2]结晶。脊椎动物的皮肤含有编织 比较疏松，向各个方向伸展的胶原纤维。血管亦含 有胶原纤维。
①控制矿化-脱矿平衡(热力学 ) ①矿化不足或过度 矿化 Ca2++CO32CaCO3 脱矿 ②矿化速度过快或过慢 ②控制矿化速度(动力学)
实例：骨、牙、贝壳 、珍珠等
实例：口腔：龋齿、牙石 胃 肠道：胆结石、胰结石 泌尿系统：尿结石及膀胱 结石等
§3.生物矿物与生物矿化的特点
一、生物矿物的特点
1.反应的介质和硬组织的分散介质（支持结 构） 2.矿化的模板（为塑造硬组织的矿化做准备） 3.金属离子的配合剂（提供成核的位点） 4.软组织与硬组织的连接物（由两种蛋白质完成） 5.矿化的促进剂和抑制剂 成核作用 抑制速度
§5.生物体内的矿化过程
生物体内大分子的预组织 （确定无机物的成核位置） 界面分子识别 （静电作用 结构对应 立体对应） （对晶体的选择、晶型、取向、形貌有影响）
巳 （ ＇ ）
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； 雄心： 攘椒； 嫩 问』
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. . .
图2
珍珠层的结构示意图 （ 引自［ 2 ])
(2)基质囊泡矿化
• 在胚胎发育、软骨生长和骨折愈合等特殊的骨形 成期，发现细胞外基质中有基质囊泡存在于胶原 纤维之间。它们富含钙离子、磷酸根离子和碱性 磷酸酶，其分泌可能与细胞内的高尔基体有关。 对于基质囊泡在骨矿化中的作用有三种观点：一 是它本身不矿化，而只起调节周围环境中钙和磷 酸根离子浓度的作用，进而控制或影响胶原纤维 的矿化：二是基质囊泡内部有矿物沉Байду номын сангаас，泡膜破 裂后针状的矿物晶体释放到胶原纤维孔隙区；三 是基质囊泡本身充于胶原纤维矿化，然后附近的 纤维受其影响迅速矿化。与基质囊泡相联系的矿 物成分与胶原纤维内的相同，其形状主要有球状 的针形晶体聚集(透明软骨)和不规则形状(火鸡肌 腱)两种。
实例 鸟蛋壳、珊瑚、海绵刺 软体动物外壳、贝壳、珍珠 棘皮动物的牙 骨、牙 植物的纤维、藻类、海绵刺 细菌中的磁性晶体 细菌中的磁性晶体 色素型胆结石 尿结石 尿结石
三、生物矿化 在生物体系中形成生物矿物的 过程叫生物 矿化.
§2.生物矿化的形式
正常矿化 异常矿化(病理矿化)
矿化在一定的部位进行，并按 矿化发生在不应形成矿化的部 一定的组成、结构和程度完成 位，或者矿化过度或不足 受控过程 失控过程
§4.天然生物的矿化产物
一、骨和牙
1.骨 有机介质+Ca10(OH)2(PO4)6 (CO32-、Mg2+) 磷酸钙盐的主要结晶形式如下： 羟基磷灰石（HA） 磷 酸八钙（OCP） 二水磷 酸氢钙（DCPD） 磷酸 三钙（TCP）
有机基质: ①胶原蛋白——一类糖蛋白，水溶性差 作用：构成矿化组织的支持结构， 糖羟基与Ca2+配位，——引 起胶原蛋白的构象的变化及 胶原纤维之间的交联
4.磷酸钙的微晶或钙离子与磷蛋白结合； 5.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。全过程如图所示
it 开盾过程
成牙质细 胞
腔原蛋白 ’ 置 白费晤 ’其他非 睡原置面 ’钙
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Ca2+ CO32-
3.蛋壳 ①蛋壳由方解石构成，约占96%-98%的体积百分比， 其余是有机的水合物物质 ②Rehkngler指出，对从壳上横切下来的试样进行循 环测试，得出其刚度为10-20GPa,大约是石灰石的 1/3 ③蛋壳作为一个整体具有复杂的形状，而且它是脆 的 顺便指出，禽蛋壳不同于软体动物壳，它是由 方解石组成的硬组织。