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Prinzipien der Biomineralisation / SPP 1117

Principles of Biomineralization

19.09.2003

Programmbeschreibung / Programme Summary

Der Begriff Biomineralisation beinhaltet die Bildung anorganischer Festkörper durch Lebewesen, ein faszinierender Vorgang, der die belebte Natur mit dem Reich der vermeintlich unbelebten anorganischen Festkörper verbindet. Biominerale haben eine Vielzahl unterschiedlicher biologischer Funktionen, die auf der hierarchischen Strukturierung bioorganisch-anorganischer Composite auf verschiedenen Längenskalen vom Angstrom bis zum Zentimeter beruhen. Die Synthese solch komplexer Materialien ist mit den heutigen Mitteln der synthetischen Festkörperchemie nicht möglich, und bevor bio-inspirierte Materialsynthesen erfolgreich entwickelt werden können, müssen die in der Natur ablaufenden Vorgänge wohl verstanden sein. In diesem Sinne liegt das Ziel des Schwerpunktsprogramms in der Aufklärung der grundlegenden Prozesse der Biomineralisation durch die gemeinsame Arbeit von biologisch und biochemisch ausgerichteten Arbeitsgruppen mit Gruppen aus dem Bereich der Anorganischen und der Analytischen Chemie sowie aus anderen beteiligten Gebieten. Die Untersuchungen erfolgen beispielhaft an den drei Stoffklassen Calciumcarbonat, Siliciumdioxid und Apatit. Wesentliche Fragestellungen betreffen den Aufbau der molekularen biochemischen Matrix und ihrer genetisch kontrollierten Bildung, den biologischen Transport anorganischer Precursor-Species, die Keimbildung anorganischer Festkörper auf biologischen Matrices, das biologisch kontrollierte Wachstum anorganischer Festkörper, die biologisch kontrollierte Ausbildung hierarchisch geordneter Aggregate sowie die Strukturen und die Funktionen des bioorganisch-anorganischen Composits. Rein biologische Studien zur Funktion von Biomineralen gehören nicht zum Umfang des Förderprogramms, sofern sie nicht deutliche Bezüge zu den hierarchischen Strukturen der anorganischen Festkörper und zu ihren Bildungsprozessen aufweisen. Ebenso müssen synthetische Modellsysteme, die versuchen, Teilaspekte der Biomineralisationsprozesse ex vivo nachzuvollziehen, sich eng an die biologischen Systeme anlehnen und die an ihnen gewonnenen Kenntnisse berücksichtigen.

The term biomineralization characterizes the formation of inorganic solids by living organisms, a most fascinating phenomenon joining together the living world with the realm of allegedly dead inorganic solids. Biominerals have a variety of biological functions, which rely on a hierarchical structuring of bioorganic-inorganic composites on several length scales from the Angstrom to the cm scale. The synthesis of such complex materials is out of scope for today‘s synthetic solid-state chemistry, and before bio-inspired materials synthesis procedures can be developed successfully, the natural phenomenon of biomineralization has to be understood in detail. In this sense, the aim of the priority programme is the elucidation of the basic processes of biomineralization through the cooperative work of research groups working in Biochemistry and Biology as well as in Inorganic and Analytical Chemistry and associated fields. The research within the programme is performed on the three substance classes calcium carbonate, silicon dioxide and apatite. Important problems are related to the structure of the molecular biochemical matrix and to its genetically controlled formation, to the biological transport of inorganic precursor species, to the nucleation of inorganic solids on biological matrices, to the biologically controlled growth of inorganic solids, to the biologically controlled formation of hierarchically ordered aggregates as well as to the structure and the functions of the bioorganic-inorganic composite material. Purely biological studies with regard to the function of biominerals are not within the scope of the programme, when they do not show clear relations to the hierarchical structures of the inorganic solids and their formation processes. In a similar sense, synthetic model systems which try to imitate special aspects of biomineralization processes ex vivo have to adhere strictly to the biological systems and must consider the information which is already available on these processes.

Sprecher / Spokesperson:

Professor Dr. Peter Behrens
Institut für Anorganische Chemie der Universität Hannover
Callinstraße 9 · 30167 Hannover
Tel.: (0511) 762-3660 · Fax.: (0511) 762-3006
E-Mail: peter.behrens@mbox.acb.uni-hannover.de

Further Information: www.spp-biomineralisation.de