Role of Water in CaCO3 Biomineralization

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作者
Hao Lü,Yu-Chieh Huang,Johannes Hunger,Denis Gebauer,Helmut Cölfen,Mischa Bonn
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (4): 1758-1762 被引量:53
标识
DOI:10.1021/jacs.0c11976
摘要

Abstract Biomineralization occurs in aqueous environments. Despite the ubiquity and relevance of CaCO3 biomineralization, the role of water in the biomineralization process has remained elusive. Here, we demonstrate that water reorganization accompanies CaCO3 biomineralization for sea urchin spine generation in a model system. Using surface-specific vibrational spectroscopy, we probe the water at the interface of the spine-associated protein during CaCO3 mineralization. Our results show that, while the protein structure remains unchanged, the structure of interfacial water is perturbed differently in the presence of both Ca2+ and CO32? compared to the addition of only Ca2+. This difference is attributed to the condensation of prenucleation mineral species. Our findings are consistent with a nonclassical mineralization pathway for sea urchin spine generation and highlight the importance of protein hydration in biomineralization.

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