Biomineralisasi adalah Sintesis kristal anorganik atau bahan seperti mineral amorf oleh organisme hidup. Di antara mineral yang disintesis secara biologis dalam berbagai bentuk kehidupan adalah fluorapatite (Ca5 (PO4) 3F), hidroksiapatit, magnetit (Fe3O4), dan kalsium karbonat (CaCO3).
Biologically induced biomineralization (BIB)
• Melibatkan presipitasi mineral dalam lingkungan terbuka tanpa adanya kontrol oleh sel sepanjang proses pembentukan mineral dan produk mineral yang terbentuk.
• Mineral anorganik dideposit melalui proses presipitasi secara tidak sengaja yang timbul dari interaksi sampingan antara bermacam-macam proses metabolisme dengan lingkungan sekitarnya.
• Pembentukan mineral terjadi dengan cara sederhana (tidak rumit) sebagai produk sampingan (byproduct) aktivitas metabolisme sel atau melalui interaksi dengan lingkungan berair sekitarnya
• Pengeluaran (dengan tekanan) produk metabolisme melalui atau kedalam dinding sel bakteri dapat juga menghasilkan presipitasi mineral-mineral anorganik secara BIB yaitu dengan cara bereaksi dengan ion logam yang berada di lingkungan luar sel
• Bebarpa kasus, sel menjadi terbungkus dan mempunyai kerak yang tebal karena deposit mineral, sehingga cukup berat untuk bisa tenggelam dan membentuk sedimen.
• Komponen organik dinding sel (lipida, protein dan polisakarida) dapat juga mempengaruhi proses biomineralisasi dengan cara bertindak sebagai sebuah permukaan (surface) untuk presipitasi mineral.
• Site spesifik dalam dinding sel sering juga dilibatkan dalam BIB karena daerah efflux metabolisme yang terlokalisasi ini (e.g., pembentukan es) mengandung konsentrasi protein teraggregasi tinggi yang aktif dalam nukleasi (= pembentukan inti kristal baru dalam larutan superjenuh).
• Karena biomineral yang terbentuk oleh BIB dideposit secara tidak sengaja, maka biomineral ini terjadi tanpa kontrol selular yang ketat, shg ukuran, bentuk, struktur, komposisi dan organisasi partikel biomineral ini sering heterogen dan tidak jelas/ tidak beraturan
Gangguan-gangguan di bawah ini:
pelepasan buangan metabolisme (e.g., O2, OH-,HCO3-, Fe+2, NH4+dan H2S)
Perubahan redoks secara enzimatik (e.g., oksidasi Fe+2 dan Mn+2)
Perkembangan permukaan sel yang bermuatan
Dapat menginduksi nukleasi mineral (bentuk amorfos s/d poorly crystalline) dengan bentuk dan komposisi kimia yang sama dengan mineral yang terbentuk dari proses presipitasi dari larutan steril.
Hal ini disebabkan karena biomineralisasi dikontrol oleh “prinsip kesetimbangan” yang sama dengan prinsip kesetimbangan yang mengontrol proses mineralisasi abiologically.
Biologically controlled biomineralization (BCB)
• BCB adalah proses pembentukan mineral yang diatur secara ketat, dimana produk biomineralnya (tulang, gigi dan shell) mempunyai fungsi dan struktur spesifik secara biologi.
• Biomineral BCB ini dapat dibedakan berdasarkan sifat kristallokimia yang spesik:
Ukuran partikelnya seragam
Komposisi dan strukturnya jelas
Tingkat penyusunan (organisasi) ruang biomineralnya sangat tinggi
Tektur dan aggregasinya terkontrol
Orientasi kristallografinya istimewa
Higher-order assembly into hierarchial structures
• BCB terjadi juga pada makluk hidup uniselular (e.g., alga dan protozoa) dan banyak terjadi pada organisma multiselular. Ada juga terjadi pada bakteri yaitu magnetotactic bacteria (pembentukan kristal magnetite (Fe3O4).
• Morfologi kristal magnetite sangat unik yang dicari dalam “Martian meteorites” sebagai tanda “extraterrestrial life”.
4 persyaratan dasar yang berhubungan dengan site biomineralisasi BCB
• Spatial delineation: utk kontrol size dan bentuk
• Diffusion-limited ion flow: utk kontrol komposisi solution
• Chemical regulation: peningkatan konsentrasi ion
• Organic surface: kontrol nukleasi
5 kunci mekanisme BCB adl regulasi:
• Kimia
• Ruang
• Struktur
• Morfologi
• konstruksi
