PURIFICACIÓN Y CARACTERIZACIÓN FUNCIONAL DE UNA PROTEÍNA INVOLUCRADA EN EL PROCESO DE BIOMINERALIZACIÓN EN Pteria sterna

"El carbonato de calcio se encuentra presente en diversos organismos biológicos como sostén de tejidos suaves, protección contra depredadores o incluso en estructuras para la reproducción. La concha de bivalvos está compuesta principalmente por dos polimorfos de carbonato de calcio: calcita y aragonita (vaterita y carbonato de calcio amorfo son menos comunes), así como de una matriz orgánica que se divide en soluble e insoluble cuando la concha es tratada con ácidos débiles como EDTA o AAG y por otras biomoléculas (polisacáridos, ꞵ-quitina). La selección del polimorfo de carbonato de calcio (calcita o aragonita), para la biomineralización de la concha, depende no sólo de la presencia de las proteínas de la matriz y su cantidad, sino del tipo de sal y la concentración de ésta, que son los factores reguladores de la deposición de carbonato de calcio. Sin embargo, el papel que desempeñan las proteínas de la matriz en la formación del nácar y la selección de polimorfo de CaCO3, no han sido completamente comprendidas. El objetivo de esta investigación fue identificar y caracterizar la proteína más abundante de la concha del bivalvo Pteria sterna, una especie de importancia económica que puede ser utilizada para el desarrollo de nuevas tecnologías biomiméticas, así como describir el rol que dicha proteína desempeña en la cristalización de CaCO3 in vitro para tener un mejor entendimiento del proceso de biomineralización. Se encontró una proteína en la fracción insoluble en ácido-acético con un peso aproximado de ~19 kDa, que fue nombrada Ps19. La caracterización bioquímica de Ps19 mostró que es una glicoproteína con capacidad de unirse a quitina y probablemente a iones de Ca2+. La secuencia parcial de aminoácidos no mostró homología con otras proteínas de la matriz de la concha previamente descritas, sin embargo, mostró una baja homología con un dominio de unión a calcio. Además, es una proteína capaz de inducir la nucleación de placas de aragonita in vitro parecidas a las encontradas en el nácar. Sin embargo, no se encontró evidencia de que la concentración de Ps19 o de las sales jueguen un papel en la regulación de la síntesis de cristales de carbonato de calcio. Los resultados sugieren que Ps19 es una proteína importante para la biomineralización de la concha de P. sterna que además de estar involucrada en la formación de placas de aragonita (nácar), también lo está en la formación de la capa prismática al formar prismas de aragonita."

"Calcium carbonate is present in many biological structures such as bivalves shells, which are composed principally by two CaCO3 polymorphs: calcite and aragonite (vaterite and amorphous calcium carbonate (ACC) are less common) and an organic matrix that consists of acetic acid- or ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA)-soluble and insoluble proteins and other biomolecules (polysaccharides, ꞵ-chitin). Polymorph selection (calcite or aragonite) for shell biomineralization is influenced by salt composition, its concentration, the presence of shell matrix proteins (SMPs) which regulates calcium carbonate deposition, among other factors. However, the shell matrix proteins involved in nacre formation and their role in calcium carbonate polymorph selection are not fully known. Thus, the aim of this study was to identify and characterize the most abundant protein from the shell of Pteria sterna, as well as its role in calcium carbonate crystallization in vitro to have a better understanding of the biomineralization process. A protein of ~19 kDa was found in the acetic acid-insoluble fraction from the shell named in this study as Ps19 (according to its calculated molecular weight). Ps19 biochemical characterization showed that it is a glycoprotein that exhibits calcium- and chitin-binding capabilities. Ps19 partial peptide sequence did not show homology with other known shell matrix proteins, but it displayed low homology with a calcium-binding domain. Additionally, it is capable of inducing aragonite plate crystallization in vitro. However, no relation was identified between protein concentration and saline solution saturation that reflected a positive or negative regulation of calcium carbonate crystallization. The results suggest that Ps19 is an important protein for shell biomineralization, that may not only be involved in nacre formation, but also in the prismatic layer by forming aragonite prisms."