Biomineralisation

Bio-Mineralien

Kampf ums das Eisen - Siderophore Siderophore binden sehr selektiv Eisen(III)-Ionen, die dann in die Zellen transportiert werden können. Trotz der großen Menge an in der Natur vorkommendem Eisen besitzt dies eine sehr geringe Bioverfügbarkeit, da es meist als unlöslicher Hydroxokomplex vorliegt. Die hohe Affinität der Siderophore zu Fe(III)-Ionen erlaubt es ihnen, die geringe Bioverfügbarkeit dieses Ions auszugleichen. Da die Komplexbindungskonstante der Siderophore für Fe(II)-Ionen sehr viel geringer ist als für dreiwertiges Eisen, wird das Metallion in der Zelle nach Reduktion zu Eisen(II) aus dem Komplex gelöst.

Magnetsinne – Orientierung im Erdmagnetfeld Der Magnetsinn der Vögel basiert auf dem Erkennen der Inklination des Erdmagnetfeldes: Vögel registrieren den Neigungswinkel der Magnetfeldlinien relativ zur Erdoberfläche.  Sie  unterscheiden  also  zwischen  „polwärts“  und  „äquatorwärts“,  denn  am  Pol  weisen  die  Magnetfeldlinien senkrecht nach oben, während sie am Äquator genau parallel zur Erdoberfläche verlaufen.

Viele Meeresschildkröten, so zum Beispiel die atlantischen Suppenschildkröten, orientieren sich am Magnetfeld der Erde, um Jahre nach dem Schlüpfen erstmals wieder zur Eiablage an den gleichen Strand zurückzukehren. Man vermutet, dass die Inklination der Feldlinien des Magnetfelds am Geburtsort durch Prägung dauerhaft gelernt wird.[

Nach Rotkehlchen, Dorngrasmücke und Tauben konnte der Magnetsinn inzwischen bei ungefähr 50 Arten[6] nachgewiesen werden: so zum Beispiel bei Termiten und Ameisen, bei Wespen und Honigbienen, bei Feldmaikäfern, Drosophila melanogaster und der Hausmutter; bei Weichtieren, Krebstieren, Amphibien und Reptilien, bei europäischen Aalen und diversen Lachsen, bei Waldmäusen, Goldhamstern, Hauspferden und weiteren Säugetieren

Magnetit – Kristallisation

Magnetotactic bacteria orient and migrate along magnetic field lines. This intriguing behaviour is based on the presence of unique intracellular magnetic organelles, the magnetosomes, which comprise nano-sized, membrane-bounded crystals of a magnetic iron mineral.

Perlmutt – Aragonit Kristalle

Aragonite crystals

Monodonta labio

Wachstum von Aragonit

Scanning electron micrographs of the same crystals as in a), after incubation with epithelial cells. The cells adhere rapidly, strongly and densely only to the crystals of the {R,R} enantiomer, and only to their {011} faces.

Blockierung und Wachstumsflächen

Radiolarien – SiO2

Radiolarien – SiO2

Strahlentierchen oder Radiolarien (Radiolaria, lat. radiolus „kleiner  Strahl“[1]) sind eine Gruppe einzelliger Lebewesen mit einem Endoskelett aus Opal (Siliciumdioxid, SiO2), die zu den Eukaryoten gehört.

Die Radiolarien haben radial abstehende Cytoplasma-Fortsätze (Axopodien), die von innen mit dünnen, starren Stacheln aus Siliciumdioxid und von aus Protein bestehenden Bündeln von Mikrotubuli gestützt werden. Die Siliciumdioxid-Stützen gehen strahlenförmig von einem ebenfalls aus Siliciumdioxid bestehenden Endoskelett aus, das aus einer sphärischen, durchlöcherten Kapsel oder mehreren konzentrisch angeordneten derartigen Kapseln besteht.  Radiolarien  besitzen  also  ein  „kieseliges“  Skelett,  das aber neben Siliciumdioxid auch organische Bestandteile enthält. Arten der Gruppe der Acantharea bilden eine Ausnahme, sie bilden die Stacheln aus Strontiumsulfat.[2]

Radiolarien kommen als Plankton ausschließlich im Meer vor[3], und zwar vor allem in oberflächennahen Bereichen wärmerer Meeresteile des Pazifiks und Indiks (selten im Atlantik). Eindeutige erste fossile Belege der Gruppe stammen aus dem Mittelkambrium Australiens (aus der 507 bis 505 Millionen Jahre alten Inca-Formation des Georgina-Beckens in Queensland), ihr Ursprung liegt aber wahrscheinlich im Neoproterozoikum[4]

Strahlentierchen

Ernst Heinrich Philipp August Haeckel (* 16. Februar 1834 in Potsdam;  †  9. August 1919 in Jena) war ein deutscher Zoologe, Philosoph und Freidenker, der die Arbeiten von Charles Darwin in Deutschland bekannt machte und zu einer speziellen Abstammungslehre ausbaute.

Feinstruktur

Kristalliner Aufbau und Kompartimentierung

Nature 405 (2000) 1038

Layers : 0.5-2mm 1. Order lamella : 5-60mm 2. Order lamella : 5-30mm 3. Order lamella : 60-130nm

(Bio-)Composites

Design + Selforganisation

Organisation & Selbstorganisation

Siliciumdioxid - Tiefseeschwamm

C.C.Perry in S. Mann, J.Webb, R.J.P.Williams, Biomineralization, VCH 1989

thin

Layers

single fiber

single particle 3nm

whole skeleton

multiple

Layers

Nature (1998) 396, 444

primary structure

after aging

phase separation

design – two cluster sizes

Selbstorganisation von Metallclustern

amphiphile molecules in solution

Seifenhäute – Micellen, Vesikel - Templat-Synthesis

Mesoporous Silicates: MCM41 / MCM48

use of liquid crystal systems

J.S. Beck, J.C. Vartuli, W.J. Roth, M.E. Leonowicz, C.T. Kresge, K.D. Schmidt, C.T.-W. Chu, D.H. Olson, E.W. Sheppard, S.B. McCullen, J.B. Higgins, J.C. Schlenker, J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 10834

Synthesestrategien der Natur

S. Mann, J.Webb, R.J.P.Williams, Biomineralization, VCH 1989

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