Schelatowane formy minerałów nieorganicznych są bardzo podobne do substancji biologicznie czynnych. Ta właściwość jest wykorzystywana w rolnictwie do produkcji nawozów i wartościowych suplementów diety dla zwierząt domowych. W medycynie takie związki są wykorzystywane jako antidota i suplementy diety.
Co oznacza "forma chelatowana"?
Chelaty to kompleksy, które powstają w wyniku oddziaływania dodatnio naładowanych jonów metali (atom centralny czynnika kompleksującego) z ligandami, które tworzą związki chemiczne z różnymi typami biocząsteczek. Mówiąc najprościej, chelaty to połączenie minerału i złożonego związku organicznego. Ligandy obejmują aminokwasy, peptydy, białka, puryny, porfiryny, makrolidy, a także ich syntetyczne analogi (etery koronowe, kryptandy).
Ligandy chelatujące muszą mieć więcej niż 2 grupy funkcyjne zdolne do tworzenia wiązań kowalencyjnych i struktury pierścieniowej z metalem. Słowo „chelat” pochodzi od łacińskiego czela („pazur”). Zewnętrznie kształt tych związków chemicznych jest podobny do pazurów kraba trzymającego minerał.
W naturze najjaśniejszyprzedstawicielami tego typu związków opartych na porfirynach jest ludzka hemoglobina, w której centrum czynnika kompleksującego pełnią Fe (chelat żelaza) i chlorofil (chelat magnezu). Nowoczesne technologie biochemiczne umożliwiają pozyskiwanie różnych form takich substancji.
Przykłady
Istnieją 3 grupy form chelatowych (w zależności od stosunku ładunku ligandu i jonu metalu).
- Kationowe. Najczęstszymi przedstawicielami są związki poliamin z jonami metali. Środek ligandujący w tym przypadku jest obojętny, więc całkowity ładunek związku jest określony przez jon centralny.
- Anionowe. Typowe chelaty anionowe to kompleksy na bazie kwasu etylenodiaminotetraoctowego (EDTA).
- Neutralny (związki wewnątrzkompleksowe). Centralny ładunek dodatni jest neutralizowany przez dodanie równej liczby ujemnie naładowanych ligandów, tworząc w ten sposób „sól wewnętrzną”.
Wiele metali tworzy stabilne chelaty, które są zdolne do łączenia się w substancje wielkocząsteczkowe. Efekt ten jest stosowany do syntezy wieloskładnikowych silnie zdyspergowanych materiałów tlenkowych stosowanych do produkcji dielektryków, nadprzewodników wysokotemperaturowych i powłok.
Właściwości biologiczne
Schelatowane minerały to substancje, które mają szereg cennych właściwości, takich jak:
- Wysoka odporność na różne kwasowości środowiska i pod wpływem mikroorganizmów.
- Dobra adsorpcja i rozpuszczalność w wodzie.
- Biologiczna aktywność metali, niezwykła dla nich w stanie wolnym.
- Mniejsza toksyczność w porównaniu z innymi formami związków.
- Wysoka biodostępność, tj. dobra przyswajalność zarówno dla roślin, jak i zwierząt.
- Brak nierozpuszczalnego osadu.
Minerały wchłaniane są głównie w jelicie cienkim, a stabilniejsza forma chelatu chroni je przed zniszczeniem przez kwas solny w żołądku. Ta właściwość jest wykorzystywana w medycynie i hodowli zwierząt, aby zrekompensować niedobory mikroelementów.
Produkcja
Chelatowane formy związków są otrzymywane przez chelatację (lub chelatację). Termin ten nie jest powszechnie uznawany w naukach chemicznych. Najprostszą metodą jest mieszanie roztworów soli metali ze środkami chelatującymi. Podobnie jak te ostatnie, substancje organiczne, takie jak:
- kwas nitrylotrioctowy, etylenodiaminotetraoctowy i glikol etylenowotetraoctowy;
- tris (karboksymetylo)etylenodiamina;
- kwas hydroksyetylidenodifosfonowy;
- lizyna;
- metionina i inne.
Aminokwasy i małe peptydy są przygotowywane pod wpływem enzymów w laboratorium. Przy wdrażaniu procesu chelatacji brane są pod uwagę następujące parametry:
- kwasowość środowiska (w razie potrzeby dodaj zasady);
- temperatura;
- stosunek substancji;
- rozpuszczalność aminokwasów.
Wytrącony kompleks chelatowy jest myty w wodzie destylowanej, a następnie suszony.
Zastosowania agronomiczne
Schelatowane nawozy mają następujące zalety:
- Ścisłe powinowactwo ze strukturami biologicznymi, dzięki czemu substancje łatwo przenikają przez błony komórkowe roślin.
- Poprawa rozpuszczalności.
- Mniejsze zużycie chelatowanych nawozów w porównaniu z konwencjonalnymi solami.
- Możliwość dokarmiania zarówno korzeniowego, jak i dolistnego.
- Zwiększ kiełkowanie nasion.
- Niska fitotoksyczność.
- Stabilność na różnych poziomach kwasowości gleby.
- Dobra kompatybilność z innymi chemikaliami, pestycydami.
Szelatowane żelazo ma największe znaczenie, ponieważ pierwiastek ten występuje w tkankach roślinnych w większych ilościach niż inne metale. Jej niedobór prowadzi do rozwoju wielu chorób, w tym chlorozy. Stosowane są również inne chelaty – miedź, cynk, bor, które stymulują wzrost roślin i tworzenie jajników. We wczesnych fazach sezonu wegetacyjnego wskazane jest karmienie chelatowanym wapniem, który wspomaga rozwój systemu korzeniowego.
Wykorzystanie zwierząt
Schelatowane formy mikroelementów są wykorzystywane do wzbogacania żywienia wszystkich rodzajów zwierząt gospodarskich i ptaków. Substancje te w małych stężeniach mogą zastąpić do 40% minerałów nieorganicznych i mają następujący efekt:
- odporny na wzmocnieniewytrzymałość podczas choroby, ciąży kobiet lub w niesprzyjających warunkach;
- poprawa funkcji rozrodczych;
- zmniejszenie liczby komórek somatycznych w mleku, co poprawia jego jakość (stabilność termiczna i inne właściwości technologiczne);
- przyspieszenie wzrostu młodych zwierząt.
Schelatowane żelazo, w przeciwieństwie do siarczanu, może z łatwością przenikać przez barierę łożyskową. Badania wykazały, że dodanie tej witaminy do diety loch sprzyja późniejszemu urodzeniu prosiąt o dużej masie ciała i zapobiega rozwojowi niedoboru żelaza.
W wyniku zastosowania chelatu magnezu następuje poprawa jakości tusz zwierzęcych, zmniejszenie tkanki tłuszczowej. Związki miedzi i manganu pomagają zapobiegać chrzęstniakowatości kości i chorobom układu krążenia u drobiu.
Leki
W medycynie formy chelatowe związków są wykorzystywane do następujących celów:
- Odtrutki na ostre i przewlekłe zatrucia metalami ciężkimi i innymi truciznami ("Unithiol", "Tetacin-wapnia"). Podczas ich przyjmowania szkodliwe substancje są wiązane w zamknięte kompleksy typu chelatowego.
- Leki przeciwnowotworowe („Cisplatyna” i inne). Leki wnikają do jąder dotkniętych komórek, tworzą stabilne połączenie z DNA, co zapobiega ich samoreprodukowaniu.
- Preparaty witaminowe (najczęściej schelatowane wapń i żelazo).
W przeciwieństwie do wolnych jonów metali, substancje te nie tworzą sięzwiązki z innymi pierwiastkami chemicznymi w żołądku i jelitach, dzięki czemu są lepiej wchłaniane w organizmie człowieka. W tym zakresie w oparciu o chelaty możliwe jest tworzenie leków i suplementów diety nowej generacji.
