3-Biso: El sistema de Adhesió

Las zonas cercanas al mar siempre estan infestadas de moluscos, y a pesar de siempre ser sacudidos por el oleaje nunca se desadhieren y se mantienen en su sitio inicial. Partimos de la pregunta inicial de como es posible esto bioquímicamente.

1. Organización y Fabricación

El lino es esencialmente un conjunto de hilos radiales distribuidos y consta de cuatro partes: las placas de unión, las discusiones (porciones proximal y distal), el tallo y la raíz. Las placas se expande a los extremos de rosca distal que se unen a las superficies exteriores,  que se combina con los tejidos vivos del mejillón a través de la raíz. Los músculos retractores en el mejillón (con vida) se unen con las proteínas fibrosas biso (no tienen vida) en la raíz. Como la seda del gusano de seda, los hilos de biso son hechos de proteínas y son nulos de células vivas, pero a diferencia de la seda, que permanecen adheridas a la raíz en la base del pie de mejillones.
El momento este en que el biso hace la espécie de ”inyección” la hacer rapidamente,

entre 10 y 30 minutos, penetrandose en la superfície 5-6cm.  Al encontrar un lugar adecuado, la punta del biso se adhiere a la superficie y se convierte en inmóvil.No tienen ningun sitema de localización de lugares exactos o partículares, simplemente se adhieren donde caen.

2. Tenacidad

De media, el bissus d’un molusco tiene de 50 a 100 hilos. La espècie de musclo Mytilus Californianus hace una força mitjana de 300N, si el biso tiene 50 hilos se divide los 300 entre los 50 por lo cual cada hilo haría una fuerza de 6N. Esta es la fuerza que necesitan los moluscos para resistir las fuerzas que provengan de las olas desde cualquier punto. Los grandes moluscos pueden llegar a tener un por hilo 5-6cm por lo qual proporcionaria una mayor fuerza. Y encima los hilos no estan colocados perpendicularmente a la superfície, sinó que estan de lado con un angulo de 5º para entonces la fuerza que les llege directamente no sea tan grande.

3. Las placas biso
Todas las partes del biso de mejillón son fundamentales para una fijación segura a mas a mas de estar especializados para la adhesión a superficies sólidas sea de donde sea.

3.1. microestructura
Lasplacas biso tienen una sorprendente estructura fina y muy bien organizada. El núcleo de rosca distal consta de haces de microfibras separadas por una matriz granular. A medida que cada hilo se acerca a la placa, los paquetes de angulación hacia fuera como las raíces de los árboles en la mas porosa de la placa, se acerca a menos de 1 m . La placa muestra un ~ 40% de porosidad y un importante diámetro de poro: El diámetro es de unos 200 nm, cerca del sustrato, pero cerca de 3 m. Los poros están abiertos, están interconectadas por canales con paredes lisas , y están llenos de líquido en su estado nativo. Las trabéculas también consistirá en una red de poros abiertos en la que los poros varían en diámetro desde 50 hasta 500 nm y las paredes tienen sólo 50 nm de espesor.

3.2.1. Proteïnas

3.2.1. MFP-2
MFP-2 es la proteína más abundante de la placa, representa un 25% en peso de la placa. Se trata de 45 kDa de largo y consta de 11 repeticiones en tándem de un factor de crecimiento epidérmico (EGF) de dominio que se junta a un nudo y es una caracterísitca común en las proteínas de matriz extracelular (22). Dopa (<5% mol) se agrupa en el N y C  y por lo demás aparece una o dos veces en cada repetición del FEAG.  Se han detectado al menos ocho mfp-2 variantes de la secuencia de M. edulis . Una completa del ADN complementario (ADNc), a dado la secuencia de proteínas.
3.2.2. MFP-3
MFP-3 es la más variada de todas las proteínas placa. Hasta 35 variantes de secuencias diferentes existen, aunque no todos estan  en cada placa (25). Por otra parte, hay una variación amplia debido a la modificación postraduccional de la proteína tirosina y arginina a Dopa y 4 hydroxyarginine. Esta variación es evidente en las variantes purificadas por el número de picos separados por 16 Da, detectada por espectrometría de masas . Masas de proteínas de entre 5 y 7,5 kDa . Electroforesis, las variantes se agrupan en dos grupos conocidos como isoformas lento y rápido. Estos últimos son Dopa ricos, con los típicos moles en un porcentaje 20% o más y con alta densidad de carga positiva, el primero, por el contrario, tienen una menor Dopa  y menor densidad de carga . Sólo unos pocos ácidos de glicina u otros aminoácidos, asparagina, triptófano y lisina son en forma de moles.

3.2.3. MFP-4
MFP-4 es una de las más grande de 90 kDa, y ha sido secuenciado  sólo a partir de del M. californianus. Contiene un peculiar rica en histidina que se repite 35 veces en su conjunto.. Los niveles de dopa son bajos y se reparten emtre las proteinas proteína N y C .  Mfp-4 tiene una distribución sesgada hacia el extremo de la placa, esta echo para interactuar con los extremos ricos en histidina de preCOLs (explicados mas abajo) a través de complejos de cobre , pero esto aún no se ha confirmado.
3.2.4. MFP-5
MFP-5 es el menos variada de las proteínas de la placa: solo se a encontrado una sola secuencia en M. edulis y M. californianus, contienen dos variantes estrechamente relacionadas. La proteína tiene 99 residuos, de los cuales 28 son Dopa. Los residuos abundantes como lo son glicina y lisina. La MFP-5 tiene la mayor densidad de carga, uno por cada tres residuos. Como es el caso de MFP-5, la fuerte adsorción a una superficie pueden limitar la desorción durante MALDI.
3.2.5. MFP-6
Al igual que las proteínas , por ejemplo, la MFP-5, la MFP-6 contiene altos niveles de lisina, tirosina y glicina, pero el contenido Dopa es menos del 2% mol . Por otra parte, la cisteína está en 11% del mol. El alto contenido de tiol en un primer momento sugirió que la mfp-6 puede usar como nucleófilos cisteínas de Dopaquinones para formar cisteinil-Dopa cross-links-de forma estable a la par de otras proteínas en la placa. Aunque el 5-S-cisteinil-Dopa es detectable en la placa de M. californianus en% mol ~ 1, este no es el único papel de la MFP-6, que también es fundamental para mantener el equilibrio durante la formación de la huella adhesiva.
3.2.6. PreCOLs
Precol representa una familia de copolímeros de bloque como las proteínas de fusión natural que se autoensamblan para formar el núcleo fibroso de los hilos del biso. Hay tres tipos principales de pre-Cols: Precol-D, P-Precol y Precol NG-. El bloque de colágeno o el dominio en el centro se caracteriza al igual que en otros colágenos por [glicina-AA2-AA3] se repite n (donde AA significa aminoácido), que representan un poco menos de la mitad de la masa total de cada cadena en el trimer Precol. En la Precol-D, los dominios son claramente complementarios como spidroin, mientras que en Precol-P, que flanquean la secuencia de dominio se asemeja a las repeticiones pentapéptido de la elastina X-Gly-X-Pro-Gly, Gly, donde denota la glicina, X denota otra glicina y Pro denota prolina. N-y C-terminal de dominios de la precols son ricas en histidina (≥ 20% mol). Los Mejillones moldear el preCOLs como los cristales líquidos separados por glicina-asparagina y es rica en proteínas en el hilo igual que en las formas en el surco ventral del pie.

3.3. Localización
Las técnicas tradicionales de histoquímica e inmunohistoquímica no han sido capaces de descomponer con certeza gran parte de la química de las placas de biso. Innovadores enfoques alternativos, sin embargo, están dando una visión más profunda. Menor interfacial 1 micra o menos, son conducentes a un interrogatorio por espectrometría de masas MALDI-TOF. Con sinapinic o α-ciano-3 hidroxicinámico como la matriz, mfp-3 son detectables en la mayoría de las energías láser, mientras que el MFP-5 y la MFP-6 requieren energía significativamente mayor para la detección de la misma intensidad. Por encima de la interfaz y más profunda en el núcleo de placa, MALDI pierde su ”encanto”, pero la información puede ser obtenida mediante microscopía Raman siguiendo las frecuencias de las funcionalidades exclusivas de una u otra mfp. Por ejemplo, las señales de fuerte resonancia Raman asociados con la cutícula del biso son idénticas a las de agua purificada mfp-1 y Fe 3 + . Espectroscopia de resonancia paramagnética de electrones se ha utilizado también para detectar Fe3 + y semiquinones en las placas, pero su resolución espacial es baja.

3.4. interacciones moleculares
Las interacciones entre los sistemas multifuncionales y entre las MFP y las superficies en las soluciones acuosas se han investigado en el aparato de las fuerzas de superficie (SFA), un instrumento con angstrom distancia y nanonewton de fuerza de precisión . La SFA puede medir las fuerzas repulsivas o atractivas durante la aproximación,  las fuerzas de adhesión atractiva, al separar dos superficies en el aire o solución, y / o  las fuerzas de atracción entre una superficie y un líquido bajo el agua . Las fuerzas medidas reflejan la naturaleza de la interacción entre las proteínas, o entre las proteínas y una superficie de minerales como la mica. La separación de dos superficies contra una interacción atractiva entre ellas en la SFA por lo general consiste en romper la proteína-proteína (cohesión) y las proteínas de la superficie (adhesivo / adsorción) . La reducción de la concentración de proteínas  puede proporcionar una aproximación más clara de la componente de adsorción en comparacion con las de atracción porque los enlaces covalentes principalmente dentro de la misma cadena de la proteína se extienden coherentemente.

3.5. Otros factores de interacción
Recientemente, ha sido posible medir la adhesión de mfp-3 en modo simétrico o asimétrico a un pH de 7.5 . La adhesión a la mica en un pH más alto se redujo en aproximadamente el 95% con respecto a pH 3 y ~ 75% con respecto a pH 5. Este resultado era esperado ya que la oxidación del Dopa conduce a la formación dopaquinona, que es mucho menos pegajoso que el Dopa en muchas superficies, incluida la mica y dióxido de titanio . Sin embargo, el resultado plantea la pregunta de por qué un mejillón se basan en proteínas Dopa para la adhesión si esta expuesto con tanta facilidad a la oxidación, el pH del agua de mar es aún mayor en 8.2. Proteínas adhesivas como mfp-3 y -5 no sucumben a la oxidación, ya que son secretadas a un pH bajo (pH 5-6) en un espacio confinado. El equilibrio redox de la huella es controlada por mfp-6, una proteína rica en cisteína en el que sólo uno a tres de las cisteínas son detectables como tioles, pero estas cisteínas se distinguen por tener pKas muy bajo de ~ 3 -5, en cambio, un pKa de cisteína típico es de 8-9. La disminución de la adhesión mfp-3 es causada por la elevación del pH 5,5 a 7,5.

3.5.1. Iones metálicos
Los Iones metálicos, especialmente di-y cationes trivalentes, puede permitir la adhesión de lo que se supone que evita la adhesion. La incapacidad de interactuar con la MFP-2 que socavan la cohesión en la placa. Ca2 + mejora la WA entre mfp-2 de 0 a casi 0,4 MJ m-2 (24). Fe3 + Además aumenta la adherencia de mfp-2 a 3 MJ m-2 , el efecto es de casi 60 minutos en la SFA, tal vez debido a la reorganización lenta de los dominios del FEAG voluminosos. A pH 7, la reorganización es más rápida, pero la fuerza de adhesión se mantiene sin cambios. Fe3 + y Ca2 + también tienen efectos mesurables sobre las interacciones de adherencia de la MFP.
3.5.2. Los factores físicos
Bajo punto isoeléctrico las proteínas también existen en la placa biso, pero no son muy complejas para una descipción aquí. La coacervación compleja es un proceso en el que las soluciones acuosas de polianiones y policationes se someten a la separación de fases a un pH en el que se neutralizan entre sí eléctricamente. Cuanto más denso, más pequeña es la fase de polímero rico, con concentraciones de proteína que alcanza2.1 g cc-1. Aunque es demasiado pronto para especular sobre los detalles de cómo los organismos marinos coacervación la práctica, la coacervación tiene un potencial considerable para la adherencia en mojado. Los coacervados a partir de una proteína catiónica de fusión recombinantes MFP y el ácido hialurónico (HA) poseen propiedades consistentes con las predicciones. En una óptima proporción de 1:3 mezcla de HA: recombinante MFP, el líquido bicontinuas exhibe una energía interfacial de <1 MJ m-2, viscosidad de 100 a 10 Pa · s, y una concentración de proteína de 0,5 g cc -1-todas las propiedades bien adaptados a la adhesión bajo el agua.

4. Recubrimiento biso
El papel de los revestimientos para mejorar el rendimiento de los materiales  es cada vez más valorada en la fabricación. Sin lugar a dudas, los revestimientos naturales tienen un papel importante, , hasta hace poco, la capa de mejillones pasó completamente desapercibida.

4.1. La función y las propiedades mecánicas
El revestimiento de biso o cutícula es una capa de 2-5-micras de espesor que cubre todas las piezas del lino de mejillones expuestos al agua de mar. Una de las funciones atribuidas a la cutícula es el aislamiento del núcleo de fibra de colágeno de los ataques microbianos. Esta función es bastante plausible, pero no ha sido demostrado.

4.2. Microestructura
Los análisis estructurales buscaron una explicación estructural de las cutículas con capacidad de alta tensión después de la aplicación de las distintas cepas. El examen de descarga cutícula M. galloprovincialis por TEM reveló una estructura compuesta en la que las inclusiones o menos esférica (diámetro de 800 nm) se dispersan en una matriz continua y homogénea. La fracción de volumen de cada uno es de 0,5. Durante la carga, los cambios de aspecto de granulado relación a gránulos alargados de casi 1,2 a 30% de deformación, después de lo cual no hay ningún otro cambio. Evidente en la microestructura de la cutícula más allá de un 30% la tensión es una sutil red de microfisuras que por lo general en la interfaz entre la matriz y gránulos. Las microfisuras resisten a coalescencia en grandes grietas.
Teniendo en cuenta que la concentración de tensión se produce cuando los gránulos no están uniformemente rodeados por la matriz, la cutícula de fabricación es un tema de creciente interés. La formación de la cutícula biso ha sido investigada en detalle una vez, por Vitellaro Zuccarello en lo que el denomina la “glándula enzima” (también conocida como la glándula accesoria) del pie del galloprovincialis M.. El proceso comienza como cualquier otra vía secretora, con una vacuola de condensación en la que la proteína se acumula y se organiza de forma gradual. Una vez que los gránulos se hayan acumulado, hacen la secreción. Después del montaje de un nuevo núcleo biso en la ranura del pie, los gránulos de halo son liberados en masa por la glándula enzima y se unen para envolver el hilo.
4.3. Proteínas
Una sola proteína, mfp-1, se asocia con certeza con las cutículas biso. Otros ingredientes incluyen el calcio, el hierro, y los ácidos grasos (51). MFP-1 (~ 108 kDa de M. edulis) y básicos (punto isoeléctrico = 10,5) de proteína que se compone de un motivo repetido en tándem decapéptido con una secuencia consenso maduro de AKOSY *- O *- OTY *- K (donde O se trans-4-hidroxiprolina, * O es trans-2 ,3-cis-3 ,4-dihidroxi prolina, y * es la Dopa) (Tabla 1) (52, 53). Las superficie de las propiedades de comportamiento y la solución de esta proteína se han investigado y revisado. En pocas palabras, mfp-1 tiene una estructura abierta y extendida en la solución. La presencia de 15 % mol dopa lo hace propenso a la oxidación, especialmente por encima de pH =0, sin embargo, la oxidación se ha observado a pH tan bajo como 5.5.
A mayor aumento, la microscopía de resonancia Raman revela un detalle interesante acerca de la estructura fina de la cutícula biso en el M. galloprovincialis. La intensidad de la señal de 500 a 650 cm-1, la frecuencia de la catecol-O-Fe (III) que se extiende, es dos veces más intensa en los gránulos de la matriz (38). Aunque mfp-1 se distribuye a través de la cutícula, que es quizás más empaquetados en tema densidad en los gránulos de la matriz. Esto es posible si mfp-1 existe en dos estados diferentes separados físicamente: alto Dopa (20% mol) y Dopa baja (10% moles), donde el primero puede estar asociada con el gránulo y el segundo con los halos. El contenido de hierro más alto es probablemente reclutados por el compartimento.
La capacidad de mfp-1 a interactuar con las superficies se ha descubierto mediante una serie de diferentes técnicas analíticas.

 

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