年第难期生物学杂志总第期生物矿化及其形成机制口唐志华陕西省汉中师范学院化学系生物体利用一些无机材料以获得机械强度。譬如骨骼和牙齿,其主要成分是一种磷酸钙矿,且由碳酸钙组成的钙化层。一种被称为硅藻的海生水藻利用硅作为其构架。本文拟探讨钙和硅化合物被生物体作为骨骼等材料的原因以及生物矿物的形成机制。然而必须指出,纤维素及其衍生物如生丁质等某些有机物质同样被许多生物体如细菌、真菌及昆虫用作包装材料和外层覆盖物以保证其机械强度。人类同样利用无机矿物砖、混凝土等来构造其住宅,这是由其原材料的易利用度及其理化性质决定的。其中包含两个基本规则基本适宜规则某种化学元素本来就适应于某一特定功能和丰度规则生物体偏向于选择自然界较丰富、易被利用的元素。毕竟,生物体利用材料的经济因子的基本原理同人类构造住宅没有太大差别、或许价值效益包括审美价值除外。生物体利用钙和硅作为建筑材料生物矿化,但不利于铝。事实上,铝对于生物体的非必需性对于丰度规则是一个相当显著的例外。铝在地球上的丰度很高,但并未被生物圈生物体所利用。某些植物如、、一、、、石松类、曼藻、大叶藻等可富集铝达,这个事实也许是指它们毫无目的地吸收铝并对铝具有耐受能力。一、钙和硅的基础化学在水溶液中,钙的存在形态为阳离子。由于其离子半径相对较大一,与相对大的阴离子犷、,犷和形成难溶性化合物。由于晶格能和水合能与离子半径的相互关系。当阴、阳离子半径相差很大时,其盐的溶解度也很大,即半径相近的阴、阳离子组成的盐倾向于溶解度降低。与酸根离子尤其是磷酸根梭酸根,硫酸根的含氧阴离子优先结合。确实,典型的结合蛋白质中含有高水平的天冬氧酸和谷氨酸,而且这些氨基酸的拨酸根是的主要键合位置。碳水化合物衍生物的梭酸根和硫酸根粘多糖以及磷脂的磷酸根也会结合。也易于脱水,根据动力学和热力学原理,由于低的电荷半径比,决定了阳离子的吸电子效应。对比之下,水溶液中硅的优势化学物种是硅酸及其衍生物矛、、。,,以及。生物体如硅藻、海绵及某些植物以这种形式吸收硅。它们在水中的溶解度在时为一,当时,溶解度显著增加。硅酸倾向于凝固聚合成硅胶对照之下,班在一于一时不溶,当时以离子形式存在,一且溶解度增加。硅酸的酸性并不太强,其约为,与其它酸一样,它能与醇结合成为醋。一一一—一一然而,一。一键相对反应活性高,很容易被水解。所以,当将这种化合物用于高效液体色谱时,用,一。一邺代替,本质如式一一一一一一二、钙作为结构材料生物矿化是生物体内进行的一类重要无机化学反应,也是钙的代谢的重要‘组成部分。生物体从环境中摄取钙离子,将其大部分转化为难溶钙盐,一方面降低细胞内钙离子浓度并维持恒定,另一方面形成骨骼以支撑和保护身体。钙可构成生物系统中的疏松材料。大多数细胞膜含有糖蛋白,伴随着其蛋白质部分在膜中嵌入以及低聚糖部分在膜中插入,这些糖蛋白与细胞一细胞识别与粘合有关。在许多情况下,细胞一细胞粘合需要。被认为是桥连两个带负电荷的分子,尤其是那些含有梭酸根和磷酸根的分子,从而作为分子间的粘合剂而发挥年第期生物学杂志总第期功能。这种作用因更为显著,因为它比连接的分子更易脱水。然而,必须指出,这并非细胞一细胞粘合的唯一方式。植物细胞壁的组成之一是半纤维素,含有半乳糖醛酸如下的聚合物,其梭基结合,被认为是粘合果胶质两个分子,有助于毗邻植物细胞的粘之、〕在动脉壁组织尤其是组织深层中检测到异常浓度的硅,说明硅对于动脉壁的完整和稳定是必需的。硅的缺乏可能引起组织深层完整性的破坏,导致胆固醇的沉积。工。。。乏工一︸、一︸夕︺工,一少山、或卜以硅胶形式沉积的硅被人量生细胞壁的主要成分是磷脂,其磷酸部分暴露于水介质中。毗邻磷脂分子上的负电荷倾向于使膜结构不稳定。该推斥作用可通过阳离子来补偿,大量实验数据表明,对膜结构有很强的稳定作用。如卜所述,与、、犷和形成难溶化合物。碳酸钙通常被大量无脊椎动物用作甲壳、壳针、内外骨胳,在鸟及爬行动物的蛋壳中也存在。、海藻在其细胞表面形成棱鳞这种的淀积被仁扮认为是白噩层的主要来源。草酸钙发现于大多数蔗类植物、苔鲜及某些水藻中,偶尔在昆虫卵及幼虫护...
