Aufrufe
vor 4 Jahren

Untersuchungen der Bildungsprozesse und der Struktur des ...

Untersuchungen der Bildungsprozesse und der Struktur des ...

3

3 Grundlagen Abb. 3.17: (a) SEM Aufnahme und (b) AFM Aufnahme der Oberfläche entmineralisierten Perlmutts. Die wabenförmige Struktur entsteht durch die intertabulare Matrix. Die schwarzen Pfeile markieren jeweils eine Vertiefung im Mittelpunkt der Waben. Der Bildteil (b) ist adaptiert aus [67]. lopoden (Kopffüßler) Nautilus pompilius wurden bereits 1974 von Crenshaw et al. [68] veröffentlicht und stimmen weitestgehend mit den von Nudelman et al. gefundenen, im Folgenden präsentierten Ergebnissen überein. Nudelman et al. [29] untersuchten den Cephalopoden Nautilus pompilius und die Bivalve Atrina rigida und wiesen nach, dass in der Mitte der Waben bei dem Cephalopoden ein großer Anteil Carboxygruppen 18 vorkommt, der von einem sulfathaltigen Ring 19 umgeben ist. Die intertabulare Matrix ist ebenfalls reich an Carboxygruppen und Sulfaten. Aragonitnukleierende Proteine 20 befinden sich bei beiden Tieren sowohl an der Stelle in der Mitte der Waben, in einem ringförmigen Bereich um diese Stelle herum und in der intertabularen Matrix. In dem großflächigeren Bereich der Wabenoberfläche konnte in Nautilus pompilius, verglichen mit den anderen Bereichen, eine geringe Konzentration an Carboxygruppen und in Atrina rigida eine geringe Konzentration der aragonitnukleierenden Proteine nachgewiesen werden. Diese Moleküle können eventuell die beiden von Nakahara [66] beobachteten elektronendichten Schichten bilden. Bei diesem Rückschluss muss jedoch unbedingt beachtet werden, dass hierbei Strukturen verschiedener Klassen von Mollusken verglichen werden. Da sich bereits das Perlmuttwachstum von Gastropoden und Bivalven unterscheidet, sind durchaus noch weitere Unterschiede in der Schalenstruktur und - zusammensetzung zu erwarten. Von Bezares et al. [30] vorgenommene Untersuchungen zu der makromolekularen Struktur der organischen Matrixschichten in der Gastropoden Haliotis rufescens zeigten jedoch, dass, obwohl hier eine andere Klasse untersucht wurde, die Ergebnisse weitestgehend mit den von Nudelman et al. veröffentlichten übereinstimmen. In beiden Veröffentlichungen wird davon ausgegangen, dass während des Wachstums die Aragonitplättchen der Wachstumsfront von einem Gel umgeben sind, das Chitin und Seiden Fibroin ähnliche Proteine enthält. Beim lateralen Wachstum der Plättchen würde dann das Wasser aus dem Gel verdrängt werden. Die festen Bestandteile würden zwischen den Plättchen bestehen bleiben und die intertabulare Matrix bilden. Tatsächlich konnte von Bezares et al. Chitin 21 als ein Hauptbestandteil der intertabularen Matrix identifiziert werden. Ebenso stimmen beide Autoren mit der Hypothese überein, dass sich in der Mitte der Waben ein Ort befindet, an dem bevorzugt Nukleation von Calciumcarbonat auftritt. Auf die genaue Funktion dieser Region soll aber erst in dem die Wachstumsmodelle behandelnden Abschnitt 3.4.6 eingegangen werden. Das Polysaccharid Chitin ist nicht nur ein großer Bestandteil der intertabularen Matrix, sondern auch der interlamellaren Matrix [69]. Es ist anzunehmen, dass die von Nakahara [66] dokumentierte 18 Markiert über Aminoacridon. 19 Markiert über kolloidales Eisen. 20 Markiert über polyklonale Antikörper. Dies waren Antikörper gegen die aragonitnukleierende Fraktion der löslichen Matrix der Bivalven Atrina rigida. 21 Markiert über Calcofluor white. 22

3.4 Perlmutt elektronentransparente Schicht aus Chitin besteht. Anhand von Röntgenbeugungsmessungen kamen Weiner et al. [56] zu dem Schluss, dass es sich um β - Chitin 22 handelt, das ein von Poren durchsetztes Netzwerk bildet [37]. Der Einfluss der unlöslichen Matrix auf die Bildung von Calciumcarbonatkristallen wird in den Abschnitten 4.1.2 und 4.3 behandelt. 3.4.5 Perlmuttproteine Die lösliche Matrix setzt sich aus den nach der Entmineralisierung in der Lösung vorliegenden Bestandteilen zusammen. Dazu gehören zahlreiche Proteine, von denen einige in diesem Abschnitt aufgelistet sind. Der Einfluss der löslichen Matrix auf die Calciumcarbonatkristallisation wird in Abschnitt 4.1.1 behandelt. Perlucin Perlucin ist ein etwa 17 kDa 23 schweres und 155 Aminosäuren langes Protein, das in der löslichen Matrix der Abalone Haliotis laevigata nachgewiesen werden konnte [23, 25]. Die Sequenz der ersten 32 Aminosäuren deutet darauf hin, dass Perlucin eine C - typ Lektin Domäne enthält. Lektine sind Proteindomänen, die Kohlenhydrate binden. Der Zusatz ” C - typ“ gibt an, dass die Bindung nur in Anwesenheit von Ca 2+ - Ionen stattfindet [70]. Perlucin ist somit das dritte Protein mit C - typ Lektin Domäne, das in einem CaCO3 - haltigen Biomineral nachgewiesen werden konnte. Die anderen beiden Proteine sind Ovocleidin 17 [71], das in Eierschalen vorkommt, und Lithostathine, das sich im Sekret der Bauchspeicheldrüse befindet und mit der Bildung von Pankreassteinen in Verbindung gebracht wird [72]. Untersuchungen von Weiss et al. [23] und Blank et al. [67] zeigten, dass Perlucin die Präzipitation von CaCO3 in einer gesättigten Lösung verstärkt und dass auf der (4¯4¯1) Fläche von Calcit bei Anwesenheit von Perlucin das Wachstum neuer Kristallschichten beschleunigt wird. AP8 α/β AP8 α und AP8 β sind saure Proteine, die aus der löslichen Matrix von Haliotis rufescens gewonnen wurden. Bei diesen Proteinen handelt es sich ebenso wie bei Perlucin um Proteine, die das Wachstum von CaCO3 - Kristallen beschleunigen [28]. Dieses Verhalten beruht eventuell auf dem hohen Anteil an Asparagin oder Asparaginsäure (∼ 35 mol%), der darauf hinweist, dass die AP8 Proteine eine hohe Kapazität für Ca 2+ - Bindungen aufweisen könnten. Asparaginsäure ist eine Aminosäure, die zwei Carboxygruppen (COOH) aufweist und daher sauer reagiert. Aufgrund dieser Eigenschaft kann es zu einer Anziehung von positiven Calciumionen durch die negativ geladene Asparaginsäure kommen. Die Buchstaben AP stehen für ” aragonite proteins“ und die Zahl 8 gibt die ungefähre Masse der beiden Proteine in der Einheit kDa an. Die Zusätze α und β unterscheiden die zwei Varianten des Proteins AP8: AP8 α weist eine Masse von 8,7 kDa auf, wohingegen AP8 β mit 7,8 kDa die leichtere Variante ist [27]. 22 In β - Chitin sind die Chitinfasern parallel angeordnet. 23 Die Einheit Dalton [Da] wird zumeist in der Biologie und Chemie verwendet und entspricht der atomaren Masseneinheit u= 1, 66 · 10 −27 kg. 23

Antibiotika-haltige Knochenzemente: In vitro Untersuchungen der ...
Untersuchungen zu Fabry-Pérot Filterfeldern - KOBRA - Universität ...
Kapitel 3 Untersuchungen zur Struktur
Untersuchung lichtinduzierter Strukturen in PMMA mit ...
Untersuchungen zur Struktur und Substratspezifität des AAA+ ...
Untersuchung über die Zusammenhänge zwischen Struktur und ...
Untersuchungen zur Struktur und Stabilität neuer, durch Genome ...
Untersuchungen zur Struktur und zum Katalysemechanismus der ...
Untersuchungen zur Struktur und Funktion des Multienzyms ...
Untersuchung zur Struktur-Eigenschafts- Beziehung von Gips - DGZfP
Untersuchung der Struktur des Nukleons mit reellen Photonen ...
Theoretische Untersuchungen zur elektronischen Struktur ... - Cobalt
Theoretische Untersuchungen zur elektronischen Struktur ... - Cobalt
Untersuchung von reziproken Strukturen valenter Substantive in der
Parameterfreie Untersuchung der elektronischen Struktur - Friedrich ...
Experimente mit reellen Photonen Untersuchung der Struktur des ...
Frühförderung Untersuchung der Strukturen in europäischen ...
Untersuchung neuartiger Mikrofluidik-Strukturen - Fakultät für Physik ...
Untersuchungen über die histologische Struktur ... - The Human Brain
Untersuchung der Struktur von Quark- und Gluonjets in Z-Zerf allen
Untersuchungen zu Struktur-Funktionsbeziehungen in der trna ...
Elektronenmikroskopische Untersuchungen des Polymer/Mineral ...
Elektrochemische in-situ SHG-Untersuchungen zur Struktur ...
Theoretische und praktische Untersuchungen zur Akustik von ...
NMR-spektroskopische Untersuchung der Struktur und Funktion von ...
Kristallographie und Röntgen- untersuchung an Kristallen