FONTES DE MATÉRIAS-PRIMAS PARA A BIOMINERALIZAÇÃO: Meio Externo e/ou Líquidos Corporais Extracelulares como Fonte de Íons
Transporte de íons através das camadas do epitélio pode ocorrer por dois caminhos: via paracelular movida por difusão/fluxo de água do mar ou via transcelular movida por transporte ativo ou facilitado (ou ambos).
A primeira etapa envolve o sequestro e concentração de íons a serem nucleados. Em organismos marinhos, a fonte de íons mais provável é a água proveniente do ambiente externo. As composições iônicas da água do mar e dos fluidos corporais de organismos marinhos são muito semelhantes, já que os organismos marinhos encontram-se, via de regra, em equilíbrio iônico com o ambiente externo. O alimento é uma importante fonte de íons para os organismos de água doce e de ambientes terrestres. O mecanismo de sequestro que envolve a embebição de água a partir do ambiente parece, assim, mais provável para os organismos marinhos que para organismos de água doce ou terrestres. Pinocitose de água do mar para a formação de vacúolos intracelulares ricos em cálcio e magnésio, atuando como precursores da nucleação mineral intracelular.
Quando presentes em água, os íons Ca2+ e CO32- se agregam espontaneamente em aglomerados estáveis de carbonato de cálcio amofo (ACC). Este processo também ocorre em soluções subsaturadas (por meio de alterações do pH).
O processo de absorção de íons pelas células é apenas parcialmente conhecido na maioria dos organismos mineralizantes (tais como os corais, cocólitos, equinodermos e foraminíferos). O modelo mais amplamente discutido de absorção de íons para a biomineralização envolve os transportadores e canais iônicos localizados nas membranas, que permitem a entrada de íons na célula, que em seguida seguem uma via, frequentemente através do retículo endoplasmático, para o local de mineralização.
Figura 1.14: Representação dos três principais mecanismos de absorção celular de íons. a) Transportadores: estruturas especializadas encontradas na membrana celular. O acoplamento de determinados íons ou moléculas (1) altera a conformação do transportador (geralmente uma proteína) que desloca a carga acoplada para o espaço intracelular(2). b) Canais iônicos: proteínas inseridas na membrana que atuam como canais específicos, facilitando o deslocamento de íons (para dentro ou para fora) de acordo com o gradiente de concentração. c) Vesículas: por meio de alterações na membrana (1), a célula pode englobar e transportar para o espaço interno partículas diversas (íons, moléculas, proteínas ou mesmo estruturas complexas – como vírus ou outras células) ou porções líquidas.
No caso do Ca2+, os íons fluem livremente no citoplasma celular através de canais especiais no sentido do gradiente de concentração, mas são ativamente bombeados para fora do sistema para o local de mineralização por bombas e permutadores. Uma via alternativa foi observada usando foraminíferos. Em foraminíferos, grandes vesículas contendo água do mar têm um pH de aproximadamente 9, que é elevado em relação ao pH do meio intracelular circundante.
De acordo com observações1 in vitro, aqueles aglomerados observados em soluções de carbonato de cálcio com um pH de 9 cresceram espontaneamente cerca de 8nm; este aumento do pH nas vesículas pode também induzir a formação de grandes aglomerados metaestáveis de carbonato de cálcio.
Fluido extraído do espaço extrapalial de moluscos apresentou grande número de hemócitos3 , normalmente presentes no fluido celômico. Algumas dessas células continham grânulos refratários, e observados em MEV mostraram exocitose de cristais de calcita. Foi proposto que hemócitos, após migração transepitelial através do manto, atuam como fonte de minerais, que seriam depositados na forma de pequenos grânulos na matriz da concha, subsequentemente remodelados.
Figura 1.15: larva mineralizada de Limnoperna fortunei.
Figura 1.16: Depósitos de hidróxido de ferro – Fe(OH)3 – em muscilagem bacteriana. Entre várias espécies, a Gallionella ferruginea é um dos microorganismos responsáveis pela produção da lama ferruginosa.
