生物体内的矿化过程分为哪四个阶段？
思瀚产业研究院 奥精医疗    2024-03-08

人体骨骼是主要由Ⅰ型胶原蛋白、羟基磷灰石和水组成的结缔组织，具有十分精巧的微观结构：由一束束胶原蛋白与一层层纳米级羟基磷灰石晶体均匀、有序地―镶嵌‖在一起，这种结构使得人体骨骼兼具硬度和韧性。

人体骨骼的上述微观结构的形成是生物矿化作用的结果。生物矿化是指：在生物的特定部位，在一定的物理、化学条件下，在生物有机物质的控制或影响下，溶液中的离子转变为固相矿物的作用。生物矿化在自然界广泛存在，从细菌、微生物直至植物、动物的体内都可以通过生物矿化形成骨、齿、壳等矿物。

一般认为，生物体内的矿化过程分为四个阶段：

①有机质的预组织：生物体内不溶有机质在矿物沉积前构造一个有组织的微反应环境，该环境决定了无机物成核的位置和形成矿物的功能，该阶段是生物矿化进行的前提；

②界面分子识别：在已形成的有机大分子组装体的控制下，无机物在溶液中通过静电力作用、螯合作用、氢键、范德华力等作用在有机/无机界面处成核，分子识别是一种具有专一性功能的过程，它控制着晶体的成核、生长和聚集；

③生长调制：无机矿物相生长过程中，晶体的形态、大小、取向和结构受生物体有机质的调控，并初步组装得到亚单元，该阶段通过化学矢量调节赋予了生物矿化物质具有独特的结构和形态；

④外延生长：在细胞参与下，亚单元组装形成多级结构的生物成因矿物，该阶段是造成天然生物矿化材料与人工材料差别的主要原因，是复杂超精细结构在细胞活动中的最后修饰阶段。

生物体对生物矿化过程的控制是一个复杂的多层次过程，受到生物有机质、晶体自身生长机制，以及外界环境等各方面的综合调控作用，其区别于一般矿化的显著特征是通过有机大分子和无机离子在界面处的相互作用，从分子水平上控制无机矿物相的结晶、生长，从而使生物矿物具有特殊的分级结构和组装方式，生物大分子产生排布以及它们与无机矿物相的持久作用是生物矿化过程的两个主要方面。