Efecto de iones y concentración de proteína Ps19, una proteína de la concha de Pteria sterna, en los polimorfos de carbonato de calcio

Polimorfos de carbonato de calcio en Concha Nácar

Autores/as

DOI:

https://doi.org/10.18633/biotecnia.v25i2.1885

Palabras clave:

Molusco, Proteína de la concha, carbonato de calcio, cristalizacion, nácar

Resumen

El carbonato de calcio está presente en muchas estructuras biológicas, como la concha de bivalvo, que se compone principalmente de dos polimorfos de CaCO3: calcita y aragonito. Sin embargo, existen otras formas de carbonato de calcio como vaterita y carbonato de calcio amorfo (ACC) que no se reportan comúnmente. La selección de polimorfos está influenciada por la concentración de sal, los iones cofactores y la presencia de proteínas de la matriz de la cubierta (SMP) que regulan la deposición de carbonato de calcio, entre otros factores. En este estudio, se evaluó la cristalización in vitro de carbonato de calcio de cuatro soluciones salinas diferentes en dos molaridades con diferentes concentraciones la proteína Ps19, una proteína extraída insoluble de la concha de Pteria sterna, descrita anteriormente como promotora de la cristalización de plaquetas de aragonita. Las cristalizaciones in vitro mostraron que Ps19 es capaz de inducir la deposición de aragonita y calcita de forma dependiente de la dosis, pero también de vaterita en determinadas condiciones, actuando como promotor e inhibidor de la cristalización. Los resultados contribuyen a comprender cómo Ps19 controla la precipitación de polimorfos de calcio en el crecimiento de la capa prismática y de nácar de la concha de P. sterna.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Biografía del autor/a

R Arroyo-Loranca, Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste, S.C.

Bióloga de la Facultad de Ciencias, de la Universidad Nacional Autónoma de México (2009); Maestría en Ciencias en Ecología Marina del CICESE (2013) Campus Ensenada; Doctora en Ciencias en el Uso, Manejo y Preservación de los Recursos Naturales del CIBNOR (2020).

C Rivera, Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologia-Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste, S.C.

Ingeniero Biotecnológo con especialidad en alimentos del Instituto Tecnológico de Sonora, Maestría y Doctorado en el Uso, Manejo y Preservación de Recursos Naturales en CIBNOR. Realizó dos estancias posdoctorales, una de 4 años y medio en Florida International University en el Laboratorio de Fisiología de Insectos, estudiando la ruta de hormona juvenil del mosquito del dengue A. aegypti. La segunda estancia posdoctoral, de un año, la realizó en CIBNOR, en el laboratorio de Estrés Oxidativo, estudiando el efecto del estrés oxidativo en cultivos celulares de humanos y mamíferos marinos. Actualmente es catedrático CONACyT adscrito a CIBNOR desde 2016 e Investigador Asociado en Florida International University desde 2017. En CIBNOR forma parte del Laboratorio de Genética Molecular asociado al Programa de Pesquerías (PEP) y además, es gestor de contenidos en la Unidad de Educación a Distancia (UED) del Posgrado. Es SNI I desde 2015 y su línea actual de investigación es Biotecnología Marina y Fisiología de organismos marinos dentro del PEP y la Educación a Distancia en México dentro de la UED.

L Hernández Adame, Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologia-Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste, S.C.

El Dr. Hernández tiene Doctorado en Ingeniería y Ciencia de Materiales por parte de la Facultad de Ciencias Químicas de la UASLP. Actualmente es Investigador en el programa de Investigadores por México-CONACYT adscrito al Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste (CIBNOR) con sede en La Paz, BCS. Sus líneas de investigación se enfocan al desarrollo de biomateriales y nanotecnología aplicados en temas de salud, nutrición y control de patógenos en plantas y animales. El Dr. Hernández ha realizado diferentes estancias de investigación en Centros y Universidades nacionales e internacionales incluidas la BUAP, UASLP, UAZ, UTSA-Estados Unidos y Université Paris Sud-Francia. Ha publicado más de 25 artículos científicos, dirigido 10 tesis para la obtención de grado que incluyen 2 proyectos de doctorado, 3 de maestría y 5 de licenciatura. Es miembro del SNI nivel 1 y miembro fundador del grupo de Nanotecnología y Biocontrol Microbiano del CIBNOR.

AA Cruz Villacorta, Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste, S.C.

Técnico especializado en electrónica y microelectrónica desde 1991. Delineante Arquitectónico. Especialidades: Microscopía Electrónica, Microanálisis, Microscopía Confocal, Cromatografía (líquidos, gases, capa fina), microelectroforesis. Diseño y montaje de nuevas metodologías; operación, mantenimiento, reparación y capacitación en instrumentación analítica en general; desarrollo de técnicas y procesos de separación. Microscopía Electrónica de Barrido, preparación de especímenes, asesoría para los diferentes procedimientos de fijación de muestras; y microanálisis de rayos X. Participación en más de veinte proyectos como responsable y participante, coautor de artículos científicos, capítulos de libros y memorias de congresos.

JL Rodríguez López, Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica

.

Citas

Addadi, L., Joester, D., Nudelman, F. y Weiner, S. 2006. Mollusk shell formation: A source of new concepts for understanding biomineralization processes. Chemistry 12:980-987. DOI: https://doi.org/10.1002/chem.200500980

Addadi, L., Raz, S. y Weiner, S. 2003. Taking advantage of disorder:Amorphus calcium carbonate and its roles in biomineralization. Advanced Materials 15:959-970. DOI: https://doi.org/10.1002/adma.200300381

Arroyo-Loranca, R. G., Hernandez-Saavedra, N. Y., Hernandez-Adame, L. y Rivera-Perez, C. 2020. Ps19, a novel chitin binding protein from pteria sterna capable to mineralize aragonite plates in vitro. PLoS One 15:1-15. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0230431

Bahn, S. Y., Jo, B. H., Choi, Y. S. y Cha, H. J. 2017. Control of nacre biomineralization by pif80 in pearl oyster. Sci. Adv. 3:e1700765. DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.1700765

Bahn, S. Y., Jo, B. H., Hwang, B. H., Choi, Y. S. y Cha, H. J. 2015. Role of pif97 in nacre biomineralization: In vitro characterization of recombinant pif97 as a framework protein for the association of organic–inorganic layers in nacre. Crystal Growth & Design 15:3666-3673. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.cgd.5b00275

Davis, K. J., Dove, P. M. y De Yoreo, J. J. 2000. The role of mg2+ as an impurity in calcite growth. Science 290:1134-1137. DOI: https://doi.org/10.1126/science.290.5494.1134

Declet, A., Reyes, E. y Suárez, O. M. 2016. Calcium carbonate precipitation : A review of the carbonate crystallization process and applications in bioinspired composites. Reviews on Advanced Materials Science 44:87-107.

Demichelis, R., Schuitemaker, A., Garcia, N. A., Koziara, K. B., De La Pierre, M., Raiteri, P. y Gale, J. D. 2018. Simulation of crystallization of biominerals. Annual Review of Materials Research 48:327-352. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-matsci-070317-124327

Du, J., Liu, C., Xu, G., Xie, J., Xie, L. y Zhang, R. 2018. Fam20c participates in the shell formation in the pearl oyster, pinctada fucata. Sci. Rep. 8:3563. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-018-21797-w

Evans, J. S. 2019. Composite materials design: Biomineralization proteins and the guided assembly and organization of biomineral nanoparticles. Materials 12:581-591. DOI: https://doi.org/10.3390/ma12040581

Green, M. R., Pastewka, J. V. y Peacock, A. C. 1973. Differential staining of phosphoproteins on polyacrylamide gels with a cationic carbocyanine dye. Analytical Biochemistry 56:43-51. DOI: https://doi.org/10.1016/0003-2697(73)90167-X

Han, D., Kim, D., Choi, S. y Yoh, J. J. 2017. A novel classification of polymorphs using combined libs and raman spectroscopy. Current Optics and Photonics 1:402-411.

Huang, J., Liu, C., Xie, L. y Zhang, R. 2018. Amorphous calcium carbonate: A precursor phase for aragonite in shell disease of the pearl oyster. Biochemical and Biophysical Research Communications 497:102-107. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2018.02.031

Kocot, K. M., Aguilera, F., McDougall, C., Jackson, D. J. y Degnan, B. M. 2016. Sea shell diversity and rapidly evolving secretomes: Insights into the evolution of biomineralization. Frontiers in Zoology 13:23. DOI: https://doi.org/10.1186/s12983-016-0155-z

Kong, J., Liu, C., Yang, D., Yan, D., Chen, Y., Liu, Y., Zheng, G., Xie, L. y Zhang, R. 2019. A novel basic matrix protein of pinctada fucata, pnu9, functions as inhibitor during crystallization of aragonite. CrystEngComm 21:1250-1261. DOI: https://doi.org/10.1039/C8CE02194E

Kong, Y., Jing, G., Yan, Z., Li, C., Gong, N., Zhu, F., Li, D., Zhang, Y., Zheng, G., Wang, H., Xie, L. y Zhang, R. 2009. Cloning and characterization of prisilkin-39, a novel matrix protein serving a dual role in the prismatic layer formation from the oyster pinctada fucata. Journal of Biological Chemistry 284:10841-10854. DOI: https://doi.org/10.1074/jbc.M808357200

Laemmli, U. K. 1970. Cleavage of structural poteins during the assembly of the head of bacteriophage t4. Nature 227:680-685. DOI: https://doi.org/10.1038/227680a0

Levi-Kalisman, Y., Falini, G., Addadi, L. y Weiner, S. 2001. Structure of the nacreous organic matrix of a bivalve mollusk shell examined in the hydrated state using cryo-tem. Journal of Structural Biology 135:8-17. DOI: https://doi.org/10.1006/jsbi.2001.4372

Liang, J., Xie, J., Gao, J., Xu, C.-Q., Yan, Y., Jia, G.-C., Xiang, L., Xie, L.-P. y Zhang, R.-Q. 2016. Identification and characterization of the lysine-rich matrix protein family in pinctada fucata: Indicative of roles in shell formation. Marine Biotechnology 18:645-658. DOI: https://doi.org/10.1007/s10126-016-9724-6

Loste, E., Wilson, R., Seshadri, R. y Meldrum, F. C. 2003. The role of magnesium in stabilising amorphous calcium carbonate and controlling calcite morphologies. Journal of Crystal Growth 254:206-218. DOI: https://doi.org/10.1016/S0022-0248(03)01153-9

Ma, Y. y Feng, Q. 2015. A crucial process: Organic matrix and magnesium ion control of amorphous calcium carbonate crystallization on b-chitin film. CrystEngComm 17:32-39. DOI: https://doi.org/10.1039/C4CE01616E

Meldrum, F. C. y Colfen, H. 2008. Controlling mineral morphologies and structures in biological and synthetic systems. Chemical Reviews 108:4332-4432. DOI: https://doi.org/10.1021/cr8002856

Montagnani, C., Marie, B., Marin, F., Belliard, C., Riquet, F., Tayalé, A., Zanella-Cleon, I., Fleury, E., Gueguen, Y., Piquemal, D. y Cochennec-Laureau, N. 2011. Pmarg-pearlin is a matrix protein involved in nacre framework formation in the pearl oyster pinctada margaritifera. ChemBioChem 12:2033-2043. DOI: https://doi.org/10.1002/cbic.201100216

Nassif, N., Pinna, N., Gehrke, N., Antonietti, M., Jager, C. y Colfen, H. 2005. Amorphous layer around aragonite platelets in nacre. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 102:12653-12655. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.0502577102

Nielsen, M. R., Sand, K. K., Rodriguez-Blanco, J. D., Bovet, N., Generosi, J., Dalby, K. N. y Stipp, S. L. S. 2016. Inhibition of calcite growth: Combined effects of mg2+ and so42–. Crystal Growth & Design 16:6199-6207. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.cgd.6b00536

Pan, C., Fang, D., Xu, G., Liang, J., Zhang, G., Wang, H., Xie, L. y Zhang, R. 2014. A novel acidic matrix protein, pfn44, stabilizes magnesium calcite to inhibit the crystallization of aragonite. Journal of Biological Chemistry 289:2776-2787. DOI: https://doi.org/10.1074/jbc.M113.504027

Politi, Y., Metzler, R. A., Abrecht, M., Gilbert, B., Wilt, F. H., Sagi, I., Addadi, L., Weiner, S. y Gilbert, P. U. P. A. 2008. Transformation mechanism of amorphous calcium carbonate into calcite in the sea urchin larval spicule. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 105:17362-17366. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.0806604105

Radha, A. V., Forbes, T. Z., Killian, C. E., Gilbert, P. U. P. A. y Navrotsky, A. 2010. Transformation and crystallization energetics of synthetic and biogenic amorphous calcium carbonate. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 107:16438-16443. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1009959107

Raz, S., Weiner, S. y Addadi, L. 2000. Formation of high-magnesian calcites via an amorphous precursor phase: Possible biological implications. Advanced Materials 12:38-42. DOI: https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-4095(200001)12:1<38::AID-ADMA38>3.3.CO;2-9

Rousseau, M., Meibom, A., Geze, M., Bourrat, X., Angellier, M. y Lopez, E. 2009. Dynamics of sheet nacre formation in bivalves. Journal of Structural Biology 165:190-195. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jsb.2008.11.011

Soldati, A. L., Jacob, D. E., Wehrmeister, W. y Hofmeister, W. 2008. Structural characterization and chemical composition of aragonite and vaterite in freshawater cultured pearls. Mineralogical Magazine 72:579-592. DOI: https://doi.org/10.1180/minmag.2008.072.2.579

Song, X., Liu, Z., Wang, L. y Song, L. 2019. Recent advances of shell matrix proteins and cellular orchestration in marine molluscan shell biomineralization. Frontiers in Marine Science 6. DOI: https://doi.org/10.3389/fmars.2019.00041

Song, X., Wang, X., Li, L. y Zhang, G. 2014. Identification two novel nacrein-like proteins involved in the shell formation of the pacific oyster crassostrea gigas. Molecular Biology Reports 41:4273-4278. DOI: https://doi.org/10.1007/s11033-014-3298-z

Suzuki, M., Murayama, E., Inoue, H., Ozaki, N., Tohse, H., Kogure, T. y Nagasawa, H. 2004. Characterization of prismalin-14, a novel matrix protein from the prismatic layer of the japanese pearl oyster (pinctada fucata). Biochemical Journal 382:205-213. DOI: https://doi.org/10.1042/BJ20040319

Tobler, D. J., Rodriguez-Blanco, J. D., Dideriksen, K., Bovet, N., Sand, K. K. y Stipp, S. L. S. 2015. Citrate effects on amorphous calcium carbonate (acc) structure, stability, and crystallization. Advanced Functional Materials 25:3081-3090. DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.201500400

Weiss, I. M., Kaufmann, S., Mann, K. y Fritz, M. 2000. Purification and characterization of perlucin and perlustrin, two new proteins from the shell of the mollusc haliotis laevigata. Biochemical and Biophysical Research Communications 267:17-21. DOI: https://doi.org/10.1006/bbrc.1999.1907

Wilt, F. H. 2005. Developmental biology meets materials science: Morphogenesis of biomineralized structures. Developmental Biology 280:15-25. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ydbio.2005.01.019

Wolf, S., Marin, F., Marie, B., Hamada, S. B., Silva, P., Montagnani, C., Joubert, C., Piquemal, D. y Le Roy, N. 2013. Shellome: Proteins involved in mollusc shell biomineralization - diversity, functions. In: S. Watabe, K. Maeyama & H. Nagasawa, editors. Recents advances in pearl research: Terrapub. pp. 149-166.

Xie, J., Liang, J., Sun, J., Gao, J., Zhang, S., Liu, Y., Xie, L. y Zhang, R. 2016. Influence of the extrapallial fluid of pinctada fucata on the crystalization of calcium carbonate and shell biomineralization. Crystal Growth & Design 16:672-680. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.cgd.5b01203

Xu, N., Li, Y., Zheng, L., Gai, Y., Yin, H., Zhao, J., Chen, Z., Chen, J. y Chen, M. 2014. Synthesis and application of magnesium amorphous calcium carbonate for removal of high concentration of phosphate. Chemical Engineering Journal 251:102-110. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2014.04.037

Publicado

2023-05-22

Cómo citar

Arroyo Loranca, R. G., Rivera Pérez, C., Hernández Adame, L., Cruz Villacorta, A. A., Rodríguez López, J. L., & Hernández Saavedra, N. Y. (2023). Efecto de iones y concentración de proteína Ps19, una proteína de la concha de Pteria sterna, en los polimorfos de carbonato de calcio: Polimorfos de carbonato de calcio en Concha Nácar. Biotecnia, 25(2), 136–145. https://doi.org/10.18633/biotecnia.v25i2.1885

Número

Sección

Artículos originales

Métrica

Artículos similares

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 > >> 

También puede Iniciar una búsqueda de similitud avanzada para este artículo.