Epäorgaanisten mineraalien kelatoidut muodot ovat hyvin samanlaisia kuin biologisesti aktiiviset aineet. Tätä kiinteistöä käytetään maataloudessa lemmikkien lannoitteiden ja arvokkaiden ravintolisien valmistukseen. Lääketieteessä tällaisia yhdisteitä käytetään vastalääkkeinä ja ravintolisinä.
Mitä "kelatoitu muoto" tarkoittaa?
Kelaatit ovat komplekseja, jotka syntyvät positiivisesti varautuneiden metalli-ionien (kompleksinmuodostajan keskusatomi) vuorovaikutuksen seurauksena ligandien kanssa, jotka muodostavat kemiallisia yhdisteitä erityyppisten biomolekyylien kanssa. Yksinkertaisesti sanottuna kelaatit ovat mineraalin ja monimutkaisen orgaanisen yhdisteen yhdistelmä. Ligandeja ovat aminohapot, peptidit, proteiinit, puriinit, porfyriinit, makrolidit sekä niiden synteettiset analogit (kruunueetterit, kryptandit).
Kelatoivissa ligandeissa on oltava enemmän kuin 2 funktionaalista ryhmää, jotka pystyvät luomaan kovalenttisia sidoksia ja rengasrakenteen metallin kanssa. Sana "kelaatti" tulee latinan sanasta chela ("kynsi"). Ulkoisesti näiden kemiallisten yhdisteiden muoto on samanlainen kuin mineraalia pitävän rapun kynnet.
Luonnossa kirkkainTämän tyyppisten porfyriinipohjaisten yhdisteiden edustajia ovat ihmisen hemoglobiini, jossa Fe (rautakelaatti) ja klorofylli (magnesiumkelaatti) toimivat kompleksinmuodostajan keskuksena. Nykyaikaiset biokemialliset tekniikat mahdollistavat tällaisten aineiden eri muotojen saamisen.
Esimerkkejä
Kelaattimuotoja on 3 ryhmää (riippuen ligandin ja metalli-ionin varauksen suhteesta).
- Kationinen. Yleisimmät edustajat ovat polyamiinien yhdisteet metalli-ionien kanssa. Ligandiaine on tässä tapauksessa neutraali, joten yhdisteen kokonaisvaraus määräytyy keskusionin mukaan.
- Anioninen. Tyypillisiä anionisia kelaatteja ovat etyleenidiaminotetraetikkahappoon (EDTA) perustuvia komplekseja.
- Neutraali (kompleksin sisäiset yhdisteet). Keskeinen positiivinen varaus neutraloidaan lisäämällä yhtä suuri määrä negatiivisesti varautuneita ligandeja, jolloin muodostuu "sisäinen suola".
Monet metallit muodostavat stabiileja kelaatteja, jotka pystyvät yhdistymään makromolekyylisiksi aineiksi. Tätä vaikutusta sovelletaan monikomponenttisten erittäin dispergoituneiden oksidimateriaalien synteesiin, joita käytetään eristeiden, korkean lämpötilan suprajohteiden ja pinnoitteiden valmistukseen.
Biologiset ominaisuudet
Kelaattimineraalit ovat aineita, joilla on useita arvokkaita ominaisuuksia, kuten:
- Korkea kestävyys ympäristön erilaisille happamuuksille ja mikro-organismien vaikutukselle.
- Hyvä adsorptio ja liukoisuus veteen.
- Metallien biologinen aktiivisuus, epätavallinen niille vapaassa tilassa.
- Vähemmän myrkyllisyyttä verrattuna muihin yhdistemuotoihin.
- Korkea biologinen hyötyosuus, eli hyvä sulavuus sekä kasveille että eläimille.
- Ei liukenematonta sedimenttiä.
Mineraalit imeytyvät enimmäkseen ohutsuolessa, ja vakaampi kelaattimuoto suojaa niitä tuhoutumasta suolahapon vaikutuksesta mahassa. Tätä ominaisuutta käytetään lääketieteessä ja karjanhoidossa hivenravinteiden puutteen kompensoimiseen.
Tuotanto
Yhdisteiden kelatoidut muodot saadaan kelatoimalla (tai kelatoimalla). Tätä termiä ei yleisesti tunneta kemian tieteessä. Yksinkertaisin menetelmä on metallisuolojen liuosten sekoittaminen kelatoivien aineiden kanssa. Jälkimmäisenä orgaaniset aineet, kuten:
- nitrilotrietikka-, etyleenidiamiinitetraetikka- ja etyleeniglykolitetraetikkahappo;
- tris(karboksimetyyli)etyleenidiamiini;
- hydroksietylideenidifosfonihappo;
- lysiini;
- metioniini ja muut.
Aminohapot ja pienet peptidit valmistetaan entsyymien vaikutuksesta laboratoriossa. Kelatointiprosessia toteutettaessa otetaan huomioon seuraavat parametrit:
- ympäristön happamuus (lisää tarvittaessa alkalia);
- lämpötila;
- ainesuhde;
- aminohappoliukoisuus.
Saostunut kelaattikompleksi pestään tislatulla vedellä ja kuivataan sitten.
Agronomiset sovellukset
Kelaattilannoitteilla on seuraavat edut:
- Läheä affiniteetti biologisten rakenteiden kanssa, minkä ansiosta aineet tunkeutuvat helposti kasvien solukalvoihin.
- Parempi liukoisuus.
- Kelatoituneiden lannoitteiden kulutus vähemmän kuin perinteisissä suoloissa.
- Mahdollisuus ruokkia sekä juuria että lehtiä.
- Lisää siementen itävyyttä.
- Matala fytotoksisuus.
- Vakaus maaperän happamuuden eri tasoilla.
- Hyvä yhteensopivuus muiden kemikaalien, torjunta-aineiden kanssa.
Keloitu rauta on erittäin tärkeä, koska tätä alkuainetta löytyy kasvikudoksista suurempia määriä kuin muita metalleja. Sen puute johtaa monien sairauksien, mukaan lukien kloroosin, kehittymiseen. Myös muita kelaatteja käytetään - kuparia, sinkkiä, booria, jotka stimuloivat kasvien kasvua ja munasarjojen muodostumista. Kasvukauden alkuvaiheessa on suositeltavaa ruokkia kelatoitua kalsiumia, joka edistää juuriston kehittymistä.
Eläinten käyttö
Kelaattimuotoja hivenaineita käytetään täydentämään kaikentyyppisten kotieläinten ja lintujen ravintoa. Nämä aineet voivat pieninä pitoisuuksina korvata jopa 40 % epäorgaanisista mineraaleista ja niillä on seuraava vaikutus:
- tehosta immuunijärjestelmäävahvuus sairauden, naaraan raskauden aikana tai epäsuotuisissa olosuhteissa;
- lisääntymistoimintojen parantaminen;
- somaattisten solujen määrän väheneminen maidossa, mikä parantaa sen laatua (lämpöstabiilisuus ja muut teknologiset ominaisuudet);
- nuorten eläinten kasvun kiihtyminen.
Keloitu rauta, toisin kuin sen sulfaatti, voi helposti ylittää istukan esteen. Tutkimukset ovat osoittaneet, että tämän vitamiinin lisääminen emakoiden ruokavalioon edistää suuripainoisten porsaiden myöhempää syntymää ja estää niitä kehittymästä raudanpuutteeseen.
Magnesiumkelaatin käytön seurauksena eläinten ruhojen laatu paranee ja kehon rasvapitoisuus vähenee. Kupari- ja mangaaniyhdisteet auttavat ehkäisemään luun kondromatoosia ja sydän- ja verisuonisairauksia siipikarjalla.
Huumeet
Lääketieteessä yhdisteiden kelaattimuotoja käytetään seuraaviin tarkoituksiin:
- Akuutin ja kroonisen raskasmetallimyrkytyksen ja muiden myrkkyjen ("Unithiol", "Tetacin-calcium") vastalääkkeet. Kun niitä otetaan, haitalliset aineet sitoutuvat suljetuiksi kelaattityyppisiksi komplekseiksi.
- Antineoplastiset lääkkeet ("sisplatiini" ja muut). Lääkkeet tunkeutuvat sairastuneiden solujen ytimiin, muodostavat vakaan yhteyden DNA:han, mikä estää niitä lisääntymästä itsestään.
- Vitamiinivalmisteet (useimmiten kelatoitu kalsium ja rauta).
Toisin kuin vapaat metalli-ionit, nämä aineet eivät muodostuyhdisteitä muiden kemiallisten alkuaineiden kanssa mahassa ja suolistossa, joten ne imeytyvät paremmin ihmiskehoon. Tässä suhteessa kelaattien pohj alta on mahdollista luoda uuden sukupolven lääkkeitä ja ravintolisät.
