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Lexikon der Biologie: Biomineralisation

Biomineralisation w [von *bio –, franz. minerai = Mineral], Aufbau fester mineralischer Strukturen durch lebende Zellen. Kristalle verschiedener Mineralien, insbesondere Calciumphosphat (Apatit), Calciumcarbonat (Kalk) und Calciumoxalat (Calcium), werden dabei auf wohlgeordnete Weise, in der Regel in Verbindung mit einer organischen Matrix (Kollagen, Proteoglykane), abgelagert. Der Organismus bildet zunächst Vesikel um den Kristallisationsort und schafft so einen Reaktionsraum, in dem sich eine für die Bildung von Kristallisationskeimen ausreichende Konzentration an Metallionen ansammeln kann. Die organische Matrix beeinflußt die Form, das Wachstum und die Anordnung der Kristalle und schließlich die Aggregation zu größeren Einheiten. Die Produkte der Biomineralisation können innerhalb oder außerhalb des Organismus angereichert werden. Im Tierreich entstehen durch Biomineralisation Knochen, Zähne, Eierschalen (Hühnerei, Vogelei), Muschelpanzer (Gehäuse, Muscheln), Foraminiferenschalen (Foraminifera, Foraminiferenkalk), Kalknadeln, Korallenriffe (Riff) und ähnliches, aber auch bei Pflanzen kann Biomineralisation stattfinden (harte Zellwände der Gräser und Schachtelhalme entstehen z. B. durch feste Kieselsäure; Kieselpflanzen, Zellwand). "Krankhafte" Biomineralisation ist beim Menschen z. B. an der Entstehung von Harnsteinen (Konkretionen) und Gelenkverknöcherungen beteiligt. – Keimbildung und Kristallwachstum in lebenden Organismen verlaufen in einer Präzision, die bei entsprechenden Verfahren zur Synthese anorganischer Werkstoffe unerreicht ist. Daher wird neuerdings versucht, die Herstellung solcher Werkstoffe nach dem Vorbild der Biomineralisation zu optimieren. Ein Ansatz ist die Nutzung von Proteinen, die einen Hohlraum besitzen, der als Reaktionsraum zur Keimbildung dienen könnte. So kann z. B. Ferritin nicht nur Eisenoxid-Kristalle bilden, sondern auch andere Metalloxid-Kristalle. Weitere Ansätze nutzen oberflächenaktive Substanzen wie Detergentien und Tenside oder Gemische organischer Lösungsmittel mit wäßrigen Lösungen zur Ausbildung organischer Matrizes, an denen sich Metallionen abscheiden und zu Kristallen mit unterschiedlichen Formen und Eigenschaften wachsen können. Ziel ist unter anderem die Herstellung von Materialien mit neuen katalytischen, magnetischen und elektrischen Eigenschaften sowie von körperverträglichen Stoffen für Zahn- und Knochenimplantate (Biokompatibilität von Werkstoffen). Mineralisation.

G.St./M.B.

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