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La formación del cascarón de huevo Featured

  • Written by  Diana Ruiz,
La formación del cascarón de huevo

La mineralización del cascarón de huevo de aves es un modelo prominente para la biomineralización, no sólo debido a su importancia para la reproducción, sino también por el interés comercial asociado con la calidad del cascarón.

Para que la mineralización controlada en un organismo vivo se lleve a cabo, es necesario tener un espacio bioló- gicamente compartimentado. En el caso de los cascarones, el espacio extracelular está delimitado por las paredes del útero y la membrana del cascarón en formación. El volumen de contacto entre estas dos entidades, es llenado con un fluido libre de células al que se le denomina fluido uterino, que contiene todos los minerales y componentes orgánicos necesarios para la formación del cascarón. Además del espacio compartimentado, también es preciso un medio de sobresaturación, ya que es necesario que el mineral se forme en condiciones de saturación adecuada, puesto que en solución, los cationes (Ca2+) y aniones (CO3-2) están en equilibrio con el complejo CaCO3:

Ca2+ CO3-2– CaCO3(sólido).

Para dar inicio a la mineralización del cascarón, es necesario tener agentes que propicien sitios de nucleación, pues sólo las condiciones de sobresaturación y la definición de un espacio no son suficientes para precipitar una sal. Se cree que las proteínas que conforman la matriz orgánica, juegan un papel importante en la nucleación y formación de los cristales de calcita.

Bioquímica de la mineralización

Es probable que el proceso de mineralización, una vez alcanzadas las condiciones anteriormente citadas, inicie con la secreción de sodio en el líquido uterino. Con el fin de respetar el equilibrio de las cargas eléctricas, el sodio (Na+) es acompañado por el cloro (Cl-); de aquí la importancia de añadir sal (cloruro de sodio: NaCl) a la dieta de las gallinas ponedoras comerciales en producción. El cloro y el sodio, procedentes del plasma sanguíneo, son acompañados por bicarbonato (HCO3-).

La síntesis del anión bicarbonato: HCO3-, requiere de CO2. El CO2se obtiene principalmente del metabolismo de los sustratos oxidables (glucosa y ácidos grasos), al obtenerse adenosín trifosfato (ATP), durante el ciclo de Krebs. Cuando el COpasa a la sangre y es consumido por el eritrocito, ya dentro de esta célula, y por acción de la enzima anhidrasa carbónica, el CO2se hidrata para generar ácido carbónico (H2CO3) (*), el cual, por efecto del pH, se transforma en bicarbonato (HCO3-) (**).

(*) H2+ CO2 = H2CO(**) H2CO+ acción del pH = HCO3+ H+

 

Las sulfonamidas inhiben a la an- hidrasa carbónica y esto a su vez suprime casi totalmente la formación del cascarón, de ahí la importancia de prestar especial cuidado en la posología de este fármaco durante su administración a gallinas ponedoras comerciales en producción.

Además del H2COproducido a nivel sanguíneo, también otra importante cantidad de H2COes producido en las células uterinas, las que al igual que el eritrocito, contienen en su interior enzima anhidrasa carbónica, la cual bajo el mismo mecanismo que en el eritrocito, hidrata al COproduciendo gas carbónico y por acción del pH uterino se transforma en iones bicarbonato HCO3-.

Una vez que se tiene saturación de Cloro, Sodio y Bicarbonato, en el fluido uterino, una parte de los iones cloro son reabsorbidos directamente por las células uterinas, este fenómeno es dado para que los protones resultantes de la hidratación del gas carbónico (H+) sean acompañados por el cloro y salgan del medio uterino.

Posteriormente el sodio y el cloro que quedaron en el fluido uterino, son finalmente reabsorbidos por las células uterinas; en este caso la relación sodio - cloro que era equilibrada a la entrada: Na = Cl, se modifica quedando Na>Cl. Esto provoca un excedente de cargas eléctricas po- sitivas reabsorbidas, lo que permite una entrada de Ca2+ a la luz uterina. Este proceso explicaría porqué las proteínas intraminerales son selectiva para iones carbonato (CO32-) y no para iones calcio. Aunque estos iones Ca2+ sirven de contraiones para neutralizar las cargas respectivas, cuando se forma la fase mineral en la palizada.

El grosor del cascarón

Esta dado por características genéticas por lo que para la selección del tipo de estirpe que se este comercia- lizando no solo debe ser importante el número de piezas de huevo que produzcan al ciclo, sino también considerar el grosor de cascarón. Al respecto no hay mucha información publicada y muy probablemente el fenómeno debe estar dado por genes que se apagan y se encienden de acuerdo a la información genética que presente el ave.

La siguiente región, después de las esferas de carbonato de calcio que se precipitan sobre la matriz orgánica es la región de palizada, la cual se da por la superposición de CaCO , estas

3 moléculas se unen entre sí gracias a la

ayuda de la ovocleidina 17, o la SCA- 1 según el caso de la ave en estudio, la cual tiende a inducir grandes agre- gados cristalinos de esta molécula. Estos agregados, también llamados “mamilones” llevan una posición de- terminada por efecto de cargas de iones carbonato depositados sobre ella y teniendo como contra-iones los cationes Ca2+. Este proceso sigue un mecanismo de crecimiento competitivo que permite formar la capa mineral de calcita. Sin embargo, la palizada su forma y estructura quizás esté regida en parte por un control genético, adicionalmente a los mecanismos de crecimiento de cristales que ocurren en su formación (Foto 1).

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Una vez dado el grosor, el siguiente paso, cuando el huevo aún continúa en el útero, es un baño de fosfatos lo que provoca un cambio en el pH del fluido uterino y, con esto, el cese de la entrada de Ca a la luz del órgano. Si la estirpe del ave contiene información de estirpes pesadas, se depositarán pigmentos en la superficie del casca- rón que fue bañada con fosfatos los que actúan como pegamento de los pigmentos (Foto 2).

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Los pigmentos del cascarón de huevo han sido descritos como porfirinas del cascarón u ooporfirinas. Son compuestos cíclicos formados por cuatro anillos de pirrol. La mayoría de los huevos marrones (cafés o huevos de rancho), contienen protoporfirina.

Existe un debate entre los investigadores respecto al origen de estos pigmentos, existe el grupo de inves- tigadores que señalan que derivan directamente de la sangre, sin embargo, existe un segundo grupo de investigadores que afirman que se sintetizan “de novo” en las glándulas uterinas, al día de hoy aún no existe información suficiente que nos pueda indicar exactamente el origen de dichos pigmentos. Lo que si se ha demostrado es una acumulación y liberación cíclica de pigmento desde las células epiteliales de las glándulas uterinas, sin embargo, ninguna de las técnicas utilizadas han ayudado a identificar de manera inequívoca las células que participan específicamente en la producción de pigmento (Foto 3).

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Posterior a éste fenómeno, el huevo continúa su transitar a la siguiente región del oviducto denominado va- gina, en esta región se lleva a cabo el recubrimiento del cascarón con polisacaráridos (que son básicamente queratán- y dermatán-sulfato). Estos polisacáridos son una capa protectora que atrapa bacterias por su alta fuerza iónica, además producen una elevada presión osmótica en bacte- rias ayudando a inhibir su crecimiento.

Los poros del cascarón

Lo que no se puede explicar hasta el momento, porque no existen modelos con datos experimentales, es la for- mación y distribución de poros que permiten que el cascarón respire. El intercambio de gases que ocurre en la formación del mismo, quizás esté debido al escape de estos gases y por ello hay distribuciones aleatorias de los mismos, si bien estos poros se concentran en ciertas direcciones en el cascarón, dependiendo de la estirpe o el tipo de ave, podríamos considerarlos válvulas de escape de gases. Aunque la existencia de poros, ha sido observada por varias técnicas experimentales, no hay un mecanismo de formación de los mismos que nos permita explicar, basado en hechos experimentales, que siguen alguna función matemática (Foto 4).

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Conclusiones

Existen en la naturaleza muchos fenómenos que al día de hoy nos siguen maravillando, uno de estos fenómenos es sin lugar a dudas, la formación del cascarón. Los pasos que han seguido los investigadores al tratar de explicar este fenómeno ha dado lugar a la generación de nuevas interrogantes, sin embargo, también han abierto la puerta a encontrar fundamentos para el desarrollo de nuevos materiales generados por el hombre.

Un análisis y comparación de las proteínas constituyentes de casca- rones de huevo de varias especies contribuirían a una mejor comprensión del proceso de mineralización de la misma. A su vez, el estudio de este proceso en los cascarones de huevo, es de interés, ya que se puede visualizar un impacto en la técnica y la tecnología futura, con el advenimiento de la formación de nuevas estructuras que presenten un ordenamiento cristalino y cuyo orden confiera propiedades especiales a los materiales.

El Dr. Moreno, entusiasta colaborador del presente escrito, trabaja arduamente en comprender el fenómeno de la mineralización del cascarón, su contribución como experto bioquímico ha permitido enriquecer y comprender mejor a esta maravilla natural, sus investigaciones van encaminadas con el objetivo de poder entender la formación de las llamadas “piedras, lodos o cálculos” que generan importantes patologías en el hombre, el entendimiento de estos fenómenos es clave para dar con una terapia adecuada que permita minimizar las consecuencias de estas patologías. SA

 

 


 

Diana Ruiz, Abel Moreno, Magdalena Escorcia.

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