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La formación del cascarón de huevo Featured

  • Written by  Diana Ruiz, Abel Moreno, Magdalena Escorcia.
La formación del cascarón de huevo

   Producción   

El cascarón (también conocido en países de Sudamérica como cáscara) de huevo, es una estructura altamente organizada y mineralizada cuyo grosor varía de 0.3 a 0.4 mm en el caso del huevo de gallina (Gallus gallus), a 2.5 mm en grandes aves como los avestruces (Struthio camelus) (Foto 1).

El cascarón está compuesto químicamente de 1.6% de agua; 95.1% de minerales, de los cuales, 93.6% aproximadamente corresponde a carbonato de calcio (CaCO3), el cual se presenta en forma de calcita; 0.8% de carbonato de magnesio y 0.73% de fosfato tricálcico y finalmente 3.3% de materia orgánica.

A pesar de que la mineralización de esta estructura se limita a la región del oviducto denominada útero, en realidad el inicio de la formación del cascarón se da en una región anterior al útero denominada istmo (Foto 2). En el istmo se secretan componentes orgánicos que formarán dos importantes estructuras denominadas membranas testáceas. Las membranas testáceas están formadas por 70% de proteínas, 11% de proteoglicanos o aminoglicanos y polisacáridos.

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Todos estos componentes son clave para la nucleación, crecimiento y determinación de las características estructurales del cascarón (Foto 3). Se ha determinado la presencia de alrededor de 57 diferentes proteínas que son secretadas en el fluido uterino.

Este grupo de proteínas participan en cinco funciones fundamentales para la formación del cascarón:

1. Proteínas chaperonas

2. Formación de proteoglicanos o aminoglicanos

3. Mineralización

4. Proteasas/antiproteasas

5. Proteínas antibacterianas

Resumiendo, el cascarón está compuesto de un estrato mineralizado y una fase orgánica denominada matriz orgánica, por esta razón, al cascarón se le conoce como una estructura biocerámica.

Formación del cascarón
Como se señaló anteriormente, ésta inicia en la región del oviducto denominada istmo. Esta región, por el tipo de células presentes en su mucosa, se subdivide en dos regiones: la región anterior y la región posterior, también denominada como istmo rojo. Ambas regiones son glandulares.

En la región anterior se secretan fibras de colágeno de tipo I, IV y X; el tipo de colágeno es clave para evitar que las siguientes estructuras que se depositen se mezclen con las albúminas (Foto 4). Las fibras de colágeno, conforme se secretan, se entretejen entre sí de manera muy estrecha.

A pesar de que al observar macroscópicamente ésta estructura, se aprecia como una sola capa, en realidad corresponden a dos capas las que la componen. Una de las capas entra en contacto directo con la albúmina, sin mezclarse; la segunda capa se deposita sobre la primera y sobre ésta última se depositan, a nivel de la región posterior o istmo rojo, principalmente proteínas y aminoglicanos formando lo que se conoce como matriz orgánica. La matriz orgánica es clave para la nucleación (Foto 5).

La nucleación actúa como molde o patrón para el inicio de la mineralización, y la integridad de la matriz orgánica junto con la nucleación, determinará la calidad de la mineralización, y por lo tanto, la calidad en la rigidez o dureza del cascarón. Una vez formadas las membranas testáceas y depositadas sobre ellas la matriz orgánica, el huevo continúa su transitar a través del oviducto y llega a la región denominada útero.

El útero es un tejido cuya mucosa se encuentra revestida por un epitelio pseudoestratificado cilíndrico, y debajo de este epitelio se encuentra una gran cantidad de glándulas encargadas de transportar iones de calcio a partir del torrente sanguíneo hacia la luz del útero, mediante la ayuda de un transportador específico de calcio, la calbidina. La mineralización del cascarón incluye procesos endócrinos en los que participan hormonas y vitaminas claves para el éxito de éste fenómeno, sin embargo, nosotros solo trataremos de describir el fenómeno químico estrictamente.

El primer fenómeno que se da en el útero es la hidratación de los componentes del huevo que se han depositado hasta ese momento: yema o vitelo, albúminas líquida y densa y membranas testáceas. Esta hidratación da lugar a que las membranas se tensen y este fenómeno permite que esta estructura soporte el peso del cascarón en formación y permite que el cascarón, una vez mineralizado, adquiera una textura lisa al contacto con la mano del consumidor (Foto 6) Micro-arquitectura del cascarón Esta dada por la interacción de los cristales de carbonato de calcio (calcita) con las moléculas de la matriz orgánica y la participación de proteínas que son específicas del cascarón, las cuales determinan la formación y morfología de los cristales de carbonato de calcio, presentándose en forma de calcita.

Las proteínas de la matriz orgánica del cascarón de huevo de algunas aves han sido purificadas y caracterizadas. Algunas de las proteínas reportadas hasta ahora son la Ovoalbúmina, la lisozima, la Ovotransferina, la osteopontina, la ovocleidina-116, la ovocalixina-32 del cascarón de huevo de gallina.

La primera proteína intramineral del cascarón de huevo de gallina determinada estructuralmente fue la Ovocleidina-17. Reyes-Grajeda y colaboradores, propusieron que existe una interacción CaCO3-proteína, con base a su estructura 3D resuelta mediante cristalografía de rayos-X.

De manera similar, Marín-García y colaboradores, publicaron el aislamiento y purificación de las proteínas que se encuentran en el cascarón de avestruz e hicieron estudios sobre la interacción proteína-carbonato por vías electroquímicas. En éste trabajo se determinó que las proteínas intraminerales de estos cascarones son selectivas para iones carbonato, pero no son selectivas para calcio, aunque contengan en su estructura 3D un dominio de lectina tipo-C. Reyes-Grajeda y colaboradores así como Ruiz-Arellano & Moreno observaron, mediante crecimiento de cristales de calcita in vitro, que una vez formadas las membranas testáceas, depositada la matriz orgánica y llevado a cabo el fenómeno de hidratación de estas estructuras, se inicia una interacción entre la proteína ovocleidina 17 (OC-17) en el cascarón del huevo de la gallina, ó con la estrutiocalcina-1, en el caso del cascarón del huevo del avestruz (SCA-1), y el carbonato de calcio.

Esta interacción da lugar a que el primer fenómeno que ocurra al inicio de la mineralización del cascarón, sea la formación de agregados esféricos de calcita y posterior a esto el inicio de la nucleación. Desde el punto de vista químico, la nucleación es el comienzo de un cambio de fase físico a otro estado físico pero estable; por ejemplo, se puede super-enfriar el agua a -42°C pero sin congelarse si no existen nucleadores para la formación de hielo.

Es necesaria la nucleación para que el agua, en su estado líquido, forme hielo.

En el caso del cascarón, la OC-17 que interactúa con el carbonato de calcio da lugar a pequeñas esferas sobre las cuales se depositarán más cristales de carbonato de calcio que conforme vayan superponiéndose iniciarán la formación de mamilas y con esto columnas de carbonato de calcio cuyos cuerpos construirán el cascarón.  SA


 Autor-es: Diana Ruiz,  Abel Moreno,  Magdalena Escorcia.

 

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