Chelátové formy anorganických minerálov sú veľmi podobné biologicky aktívnym látkam. Táto vlastnosť sa využíva v poľnohospodárstve na výrobu hnojív a cenných doplnkov stravy pre domáce zvieratá. V medicíne sa takéto zlúčeniny používajú ako protilátky a doplnky stravy.
Čo znamená „chelátovaná forma“?
Cheláty sú komplex, ktorý vzniká ako výsledok interakcie kladne nabitých kovových iónov (centrálny atóm komplexotvorného činidla) s ligandami, ktoré tvoria chemické zlúčeniny s rôznymi typmi biomolekúl. Jednoducho povedané, cheláty sú kombináciou minerálu a komplexnej organickej zlúčeniny. Ligandy zahŕňajú aminokyseliny, peptidy, proteíny, puríny, porfyríny, makrolidy, ako aj ich syntetické analógy (crown étery, kryptandy).
Chelačné ligandy musia mať viac ako 2 funkčné skupiny schopné vytvárať kovalentné väzby a kruhovú štruktúru s kovom. Slovo "chelát" pochádza z latinského chela ("pazúr"). Tvar týchto chemických zlúčenín je navonok podobný pazúrom kraba držiaceho minerál.
V prírode je najjasnejšiapredstaviteľmi tohto typu zlúčenín na báze porfyrínu sú ľudský hemoglobín, kde Fe (chelát železa) a chlorofyl (chelát horčíka) pôsobia ako centrum komplexotvorného činidla. Moderné biochemické technológie umožňujú získať rôzne formy takýchto látok.
Príklady
Existujú 3 skupiny chelátových foriem (v závislosti od pomeru náboja ligandu a kovového iónu).
- Katiónový. Najbežnejšími predstaviteľmi sú zlúčeniny polyamínov s kovovými iónmi. Ligandové činidlo je v tomto prípade neutrálne, takže celkový náboj zlúčeniny je určený centrálnym iónom.
- Aniontové. Typické aniónové cheláty sú komplexy na báze kyseliny etyléndiaminotetraoctovej (EDTA).
- Neutrálne (vnútrokomplexové zlúčeniny). Centrálny kladný náboj sa neutralizuje pridaním rovnakého počtu negatívne nabitých ligandov, čím sa vytvorí „vnútorná soľ“.
Mnohé kovy tvoria stabilné cheláty, ktoré sa dokážu spájať do makromolekulárnych látok. Tento efekt sa uplatňuje pri syntéze viaczložkových vysoko disperzných oxidových materiálov používaných na výrobu dielektrík, vysokoteplotných supravodičov a povlakov.
Biologické vlastnosti
Chelátové minerály sú látky, ktoré majú množstvo cenných vlastností, ako napríklad:
- Vysoká odolnosť voči rôznym kyslostiam prostredia a vplyvom mikroorganizmov.
- Dobrá adsorpcia a rozpustnosť vo vode.
- Biologická aktivita kovov, pre ne vo voľnom stave neobvyklá.
- Menej toxicity v porovnaní s inými formami zlúčenín.
- Vysoká biologická dostupnosť, t. j. dobrá stráviteľnosť pre rastliny aj zvieratá.
- Žiadny nerozpustný sediment.
Minerály sa väčšinou vstrebávajú v tenkom čreve a stabilnejšia chelátová forma ich chráni pred zničením kyselinou chlorovodíkovou v žalúdku. Táto vlastnosť sa využíva v medicíne a chove zvierat na kompenzáciu nedostatku mikroživín.
Produkcia
Chelované formy zlúčenín sa získavajú cheláciou (alebo chelatáciou). Tento termín nie je v chemickej vede všeobecne uznávaný. Najjednoduchším spôsobom je zmiešanie roztokov kovových solí s chelatačnými činidlami. Ako druhé, organické látky ako:
- kyselina nitrilotrioctová, etyléndiamíntetraoctová a etylénglykoltetraoctová;
- tris (karboxymetyl) etyléndiamín;
- kyselina hydroxyetylidéndifosfónová;
- lyzín;
- metionín a ďalšie.
Aminokyseliny a malé peptidy sa pripravujú pod vplyvom enzýmov v laboratóriu. Pri implementácii chelatačného procesu sa berú do úvahy nasledujúce parametre:
- kyslosť prostredia (v prípade potreby pridajte alkálie);
- temperature;
- pomer látok;
- rozpustnosť aminokyselín.
Vyzrážaný chelátový komplex sa premyje v destilovanej vode a potom sa suší.
Agronomické aplikácie
Chelátové hnojivá majú nasledujúce výhody:
- Úzka afinita k biologickým štruktúram, vďaka ktorým látky ľahko prenikajú cez membrány rastlinných buniek.
- Vylepšená rozpustnosť.
- Menej spotreby chelátových hnojív v porovnaní s konvenčnými soľami.
- Možnosť koreňovej aj listovej výživy.
- Zvýšenie klíčivosti semien.
- Nízka fytotoxicita.
- Stabilita na rôznych úrovniach kyslosti pôdy.
- Dobrá kompatibilita s inými chemikáliami, pesticídmi.
Najdôležitejšie je chelátové železo, pretože tento prvok sa nachádza v rastlinných tkanivách vo väčšom množstve ako iné kovy. Jeho nedostatok vedie k rozvoju mnohých chorôb vrátane chlorózy. Používajú sa aj iné cheláty – meď, zinok, bór, ktoré stimulujú rast rastlín a tvorbu vaječníkov. V skorých štádiách vegetačného obdobia je vhodné kŕmiť chelátovým vápnikom, ktorý podporuje rozvoj koreňového systému.
Použitie pre zvieratá
Chelátové formy mikroelementov sa používajú na obohatenie výživy všetkých druhov hospodárskych zvierat a vtákov. Tieto látky v malých koncentráciách dokážu nahradiť až 40 % anorganických minerálov a majú nasledujúci účinok:
- posilňujte imunitusila počas choroby, tehotenstva u žien alebo v nepriaznivých podmienkach;
- zlepšenie reprodukčných funkcií;
- zníženie počtu somatických buniek v mlieku, čím sa zlepšuje jeho kvalita (tepelná stabilita a iné technologické vlastnosti);
- zrýchlenie rastu mláďat.
Chelátové železo, na rozdiel od svojho síranu, môže ľahko prechádzať placentárnou bariérou. Štúdie ukázali, že pridanie tohto vitamínu do stravy prasníc podporuje neskoršie narodenie prasiatok s veľkou hmotnosťou a bráni im v rozvoji nedostatku železa.
V dôsledku používania chelátu horčíka dochádza k zlepšeniu kvality jatočných tiel zvierat, k zníženiu telesného tuku. Zlúčeniny medi a mangánu pomáhajú predchádzať kostnej chondromatóze a kardiovaskulárnym ochoreniam u hydiny.
Drogy
V medicíne sa chelátové formy zlúčenín používajú na nasledujúce účely:
- Protidotá na akútne a chronické otravy ťažkými kovmi a inými jedmi ("Unitiol", "Tetacin-kalcium"). Pri ich príjme sa škodlivé látky viažu do uzavretých komplexov chelátového typu.
- Antineoplastické lieky ("cisplatina" a iné). Drogy prenikajú do jadier postihnutých buniek, vytvárajú stabilné spojenie s DNA, čo im bráni v samoreprodukcii.
- Vitamínové prípravky (najčastejšie chelátovaný vápnik a železo).
Na rozdiel od voľných kovových iónov tieto látky nevznikajúzlúčeniny s inými chemickými prvkami v žalúdku a črevách, takže sa v ľudskom tele lepšie vstrebávajú. V tomto smere je na báze chelátov možné vytvárať lieky a doplnky stravy novej generácie.
