Biomineralización pdf

Nicolás Pérez - Cirujano Dentista
Nicolás Pérez Quiroz
Cirujano Dentista
Cirujano Dentista

Cirujano Dentista
Biomineralización
Unidad 3

Cirujano Dentista
Biomineralización
• Metabolismo del Calcio y el fósforo
• Química de los fosfatos de calcio
• Nucleación y crecimiento de cristales
• Biomineralización y control celular
Unidad 3

Cirujano Dentista
Metabolismo del Calcio y el
Fósforo

Cirujano Dentista
El Calcio orgánico
• Componente principal de
huesos y dientes
• Participa en la función de
transporte a través de la MP
• Segundo mensajero
• Transmisión nerviosa
• Participa en la contracción
muscular

Cirujano Dentista
99 %
1 %
Calcio sérico
Calcio esquelético
El Calcio orgánico
1. Ionizado
2. Unido a proteínas
3. Formando complejos
Unido a fosfatos (HA)

Cirujano Dentista
99 %
1 %
Calcio sérico
Calcio esquelético
El Calcio orgánico
Unido a fosfatos (HA)
1.- Porción biológicamente
activa (regulada por las
hormonas)
2.- Unido a albúmina y globulina
3.- Complejos de unión con
fosfatos, nitratos y bicarbonatos
1. Ionizado
3. Formando complejos

Cirujano Dentista
El Calcio orgánico

Cirujano Dentista
El ión Fosfato
• Regulación de enzimas
• Integridad funcional de las
células y procesos orgánicos
• Interviene en el aporte de
oxígeno a los tejidos
• Buffer en orina, plasma y
saliva
• Interviene en procesos de
almacenamiento de energía

Cirujano Dentista
El ión Fosfato
85 %
15 %
Hueso y Dientes
Unido a calcio e hidróxido
(HA)
Tejidos Blandos y
Líquidos corporales
2. Libre o unido a aniones

Cirujano Dentista
Regulación hormonal del Ca
y el PO4

Cirujano Dentista

Cirujano Dentista
Química de los fosfatos de
calcio
Apatitas

Cirujano Dentista
Características de los
fosfatos de calcio
• Sólidos Blancos
• Poca o nula solubilidad en agua
• Solubles en ácidos diluídos

Cirujano Dentista
Fosfatos de Calcio
• Withlockita
• Brushita y Monetita
• Fosfato Octacálcico
• Fosfatos de Calcio Amorfos
• Apatitas

Cirujano Dentista
Withlockita
• Se forma en sistemas acuosos
• Contiene pequeñas cantidades de Mg y algunas veces
Mn y Fe
• Constituyente del tártaro dental

Cirujano Dentista
Brushita y Monetiza
• Minerales poco comunes
• Inestables en sistemas acuosos
• La brushita forma parte del tártaro dental

Cirujano Dentista
Fosfato Octacálcico
• Unión entre la monetita, brushita y el hidróxido de
calcio
• Constituyente del tártaro dental
• Participa en la nucleación de sales de apatita
• Inestable en sistemas acuosos (ya que se hidroliza en
hidroxiapatita)

Cirujano Dentista
Fosfatos de Calcio Amorfos
• Inestables en agua y en ambientes húmedos
• Cuando precipitan, se transforman rápidamente en
hidroxiapatita

Cirujano Dentista
Apatitas

Cirujano Dentista
Generalidades de las
Apatitas
• Alta reactividad con iones (Intercambio heteroiónico)
• En medios acuosos precipitan en forma de cristales
• Soluble en medio ácido
• Alta dureza superﬁcial
• Estructura refractaria
• Punto de fusión superior a los 1600ºC

Cirujano Dentista
Apatitas
(Intercambio heteroiónico)

Cirujano Dentista
Apatitas
Hidroxiapatita Fluorapatita

Cirujano Dentista
Estructura
de las apatitas

Cirujano Dentista
Estructura
Estructura cristalina. Hexagonal con centro
en ión OH o F

Cirujano Dentista
Tasa de Solubilidad
Al aumentar el tamaño de
las partículas
A menor cantidad de
imperfecciones de la red
cristalina
Al disminuir las impurezas
dentro de los cristales
Al disminuir el tamaño de
las partículas
A mayor cantidad de
imperfecciones de la red
cristalina
Al aumentar las impurezas
dentro de los cristales
AUMENTA DISMINUYE

Cirujano Dentista
Fluorapatita

Cirujano Dentista
Fluorapatita
Cristal de mayor tamaño
Menor solubilidad que la HA

Cirujano Dentista
¿Cómo se transforma la HA
en FA?

Cirujano Dentista
Mecanismos de formación
de HA en FA
Incorporación rápida de iones ﬂúor sobre la superﬁcie
de la HA
Precipitación de la FA por disolución de la HA y
posterior reemplazo de iones (recristalización)

Cirujano Dentista
Incorporación rápida de iones ﬂúor sobre la superﬁcie de la HA
Mecanismos de formación
de HA en FA

Cirujano Dentista
Precipitación de la FA por disolución de la HA y posterior
reemplazo de iones (recristalización)
Fluorapatita

Cirujano Dentista
Nucleación y crecimiento de
cristales

Cirujano Dentista
Solución
Metaestable
Balance delicado

Cirujano Dentista
Solución
Metaestable
Balance delicado
Precipitación
(solución altamente estable)
Solución sobresaturada

Cirujano Dentista
Nucleación
Formación de cristales a partir de iones en solución
Estos cristales se producen en una solución
sobresaturada y deben alcanzar un tamaño crítico, para
no ser disueltos nuevamente en el medio
Nucleación homogénea, heterogénea. Primaria y
secundaria

Cirujano Dentista
Tamaño crítico
Es el tamaño necesario para superar la energía de
disolución y permitir que el cristal siga creciendo

Cirujano Dentista
Nucleación

Cirujano Dentista
Nucleación
Núcleo de
cristalización
Tamaño
crítico

Cirujano Dentista
Nucleación homogénea
• Se produce en soluciones sin impurezas
• Las falta de impurezas hacen que este tipo de
nucleación sea difícil

Cirujano Dentista
Nucleación heterogénea
• Se produce en soluciones con impurezas u otra fase
que favorece a la nucleación
• Las impurezas hacen que disminuya la energía
necesaria para generar la nucleación

Cirujano Dentista
Nucleación heterogénea
Depende de:
• Energía superﬁcial del cristal
• Tensión superﬁcial del solvente

Cirujano Dentista
Nucleación primaria
Se deﬁne como aquella formación de cristales
espontánea, sin ningún estímulo externo
La nucleación homogénea es una nucleación primaria

Cirujano Dentista
Nucleación secundaria
Se deﬁne como aquella formación de cristales
estimulada o favorecida por un cristal preexistente

Cirujano Dentista
Nucleación secundaria

Cirujano Dentista
Energía superﬁcial

Cirujano Dentista
Tensión superﬁcial

Cirujano Dentista
Crecimiento

Cirujano Dentista
requiere mucha energía
más inestableposición de rincón

Cirujano Dentista
Mecanismo VKS

Cirujano Dentista
Biomineralización y control
celular

Cirujano Dentista
Lo que nos interesa

Cirujano Dentista
Biomineralización
Es la formación de minerales por organismos vivos.
Por lo tanto, es un campo multidisciplinario que incluye
areas tanto quimicas como biológicas

Cirujano Dentista
Tejidos mineralizados
Esmalte
Tejido óseo
Dentina
Cemento
Cartílago calciﬁcado
Matrizorgánicaabundanteencolágeno

Cirujano Dentista
¿CÓMO SE DEPOSITA LA
HIDROXIAPATITA EN LA MATRIZ
ORGÁNICA?

Cirujano Dentista
Debe:
Permitir la nucleación
Permitir la permanencia
de los cristales en su
interior

Cirujano Dentista
Recordemos…
Para la nucleación de la Hidroxiapatita
Se necesita una fuente de iones calcio y fosfato

Cirujano Dentista
Pero…
A pesar de existir una concentración de calcio y fósforo,
esas concentraciones no son suﬁcientemente altas para
promover una nucleación homogénea

Cirujano Dentista
La nucleación de los primeros
cristales de hidroxiapatita requiere
una nucleación heterogénea

Cirujano Dentista
Matrix Vesicles
En los lugares en los cuales no existe
previamente mineral, los osteoblastos y
odontoblastos liberan vesículas llamados
vesículas de la matriz (Matrix Vesicles)
(Vesículas de la Matriz)
holi

Cirujano Dentista
Vesículas de la Matriz

Cirujano Dentista
Las vesículas mantienen la actividad de la enzima
fosfatasa alcalina, presente en la membrana de las
células que las originaron, la cual libera los iones fosfato.
Además, proteínas transmembrana llamadas anexinas
forman canales de calcio, que permiten la entrada de
esos iones al interior.

Cirujano Dentista

Cirujano Dentista
Como el volumen dentro de las vesículas es muy
pequeño, los iones calcio y fosfato llegan rápidamente a
concentraciones altas, nucleándose los primeros
cristales de hidroxiapatita

Cirujano Dentista
Odontogénesis
Estrato único,
contínuo y
hermético

Cirujano Dentista
Odontogénesis

Cirujano Dentista
La matriz contiene a partir de esa fase,
aproximadamente 90% de colágeno y 10% de proteínas
no-colágenas
Matriz
Colágeno (90%)
Proteínas no colágenas (10%
Odontogénesis
Dentina

Cirujano DentistaLas células son capaces de secretar proteínas no-
colágenas con aﬁnidad por calcio y fosfatos
Odontogénesis
Esmalte

Cirujano Dentista
Nucleación Heterogénea
Las cuales se asocian a las ﬁbrillas colágenas,
otorgándoles la capacidad para recibir cristales de
mineral en su interior y sus alrededores
Es decir, elementos externos que favorecen la formación y
crecimiento de cristales

Cirujano Dentista
En el cemento es diferente

Cirujano Dentista
Cemento
Los cementoblastos que forman el cemento, que se
forma sobre la dentina radicular, no liberan vesículas de
la matriz, pues este tejido ya se deposita sobre la
dentina ya mineralizada

Cirujano Dentista
Esmalte
La matriz inicial del esmalte es rica en proteínas, pero
libre de colágeno
Además, los cristales de mineral se depositan entre las
proteínas, y no sobre ellas

Cirujano Dentista
Esmalte
Después que el espesor apropiado del esmalte es
secretado, los ameloblastos desarrollan una alta
actividad enzimática, degradando y removiendo las
proteínas, mientras aumentan la inyección de iones
calcio y fosfato

Cirujano Dentista
La vida de un ameloblasto

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