Kelirani oblici anorganskih minerala vrlo su slični biološki aktivnim tvarima. Ovo svojstvo koristi se u poljoprivredi za proizvodnju gnojiva i vrijednih dodataka prehrani za kućne ljubimce. U medicini se takvi spojevi koriste kao protuotrovi i dodaci prehrani.
Što znači "kelirani oblik"?
Kelati su kompleks koji nastaje kao rezultat interakcije pozitivno nabijenih metalnih iona (središnji atom agensa za stvaranje kompleksa) s ligandima koji tvore kemijske spojeve s različitim vrstama biomolekula. Jednostavno rečeno, kelati su kombinacija minerala i složenog organskog spoja. Ligandi uključuju aminokiseline, peptide, proteine, purine, porfirine, makrolide, kao i njihove sintetske analoge (krunski eteri, kriptande).
Kelirajući ligandi moraju imati više od 2 funkcionalne skupine sposobne stvoriti kovalentne veze i prstenastu strukturu s metalom. Riječ "kelat" dolazi od latinskog chela ("pandža"). Izvana, oblik ovih kemijskih spojeva sličan je pandžama raka koji drži mineral.
U prirodi, najsjajnijipredstavnici ove vrste spojeva na bazi porfirina su ljudski hemoglobin, gdje Fe (željezni kelat) i klorofil (magnezijev kelat) djeluju kao središte agensa za stvaranje kompleksa. Moderne biokemijske tehnologije omogućuju dobivanje različitih oblika takvih tvari.
Primjeri
Postoje 3 grupe oblika kelata (ovisno o omjeru naboja liganda i metalnog iona).
- Kationski. Najčešći predstavnici su spojevi poliamina s metalnim ionima. Ligandno sredstvo u ovom slučaju je neutralno, tako da je ukupni naboj spoja određen središnjim ionom.
- Anionski. Tipični anionski kelati su kompleksi na bazi etilendiaminotetraoctene kiseline (EDTA).
- Neutralno (unutar kompleksni spojevi). Središnji pozitivni naboj neutralizira se dodavanjem jednakog broja negativno nabijenih liganada, čime se formira "unutarnja sol".
Mnogi metali tvore stabilne kelate koji se mogu kombinirati u makromolekularne tvari. Ovaj učinak primjenjuje se na sintezu višekomponentnih visoko dispergiranih oksidnih materijala koji se koriste za proizvodnju dielektrika, visokotemperaturnih supravodnika i premaza.
Biološka svojstva
Kelirani minerali su tvari koje imaju niz vrijednih karakteristika, kao što su:
- Visoka otpornost na razne kiselosti okoline i pod utjecajem mikroorganizama.
- Dobra adsorpcija i topljivost u vodi.
- Biološka aktivnost metala, neuobičajena za njih u slobodnom stanju.
- Manja toksičnost u usporedbi s drugim oblicima spojeva.
- Visoka bioraspoloživost, tj. dobra probavljivost i za biljke i za životinje.
- Bez netopivog sedimenta.
Minerali se uglavnom apsorbiraju u tankom crijevu, a stabilniji oblik kelata štiti ih od uništenja klorovodičnom kiselinom u želucu. Ovo svojstvo koristi se u medicini i stočarstvu za nadoknađivanje nedostataka mikronutrijenata.
Proizvodnja
Kelirani oblici spojeva dobivaju se kelacijom (ili kelacijom). Ovaj izraz nije općenito priznat u kemijskoj znanosti. Najjednostavnija metoda je miješanje otopina metalnih soli s kelatnim agensima. Kao potonje, organske tvari kao što su:
- nitrilotrioctena, etilendiamintetraoctena i etilen glikoltetraoctena kiselina;
- tris (karboksimetil) etilendiamin;
- hidroksietiliden difosfonska kiselina;
- lizin;
- metionin i drugi.
Aminokiseline i mali peptidi pripremaju se pod utjecajem enzima u laboratoriju. Prilikom implementacije procesa kelacije uzimaju se u obzir sljedeći parametri:
- kiselost okoline (ako je potrebno, dodajte lužinu);
- temperatura;
- omjer tvari;
- topivost aminokiselina.
Taloženi kelatni kompleks se ispere u destiliranoj vodi i zatim osuši.
Agronomske primjene
Kelirana gnojiva imaju sljedeće prednosti:
- Bliska srodnost s biološkim strukturama, zbog kojih tvari lako prodiru u membrane biljnih stanica.
- Poboljšana topljivost.
- Manja potrošnja keliranih gnojiva u usporedbi s konvencionalnim solima.
- Mogućnost i korijenskog i folijarnog prihranjivanja.
- Povećajte klijavost sjemena.
- Niska fitotoksičnost.
- Stabilnost na različitim razinama kiselosti tla.
- Dobra kompatibilnost s drugim kemikalijama, pesticidima.
Kelirano željezo je od najveće važnosti, jer se ovaj element nalazi u biljnim tkivima u većim količinama od ostalih metala. Njegov nedostatak dovodi do razvoja mnogih bolesti, uključujući klorozu. Koriste se i drugi kelati – bakar, cink, bor, koji potiču rast biljaka i stvaranje jajnika. U ranim fazama vegetacije preporučljivo je hraniti se keliranim kalcijem, koji potiče razvoj korijenskog sustava.
Korištenje životinja
Kelirani oblici mikroelemenata koriste se za jačanje prehrane svih vrsta domaćih životinja i ptica. Ove tvari u malim koncentracijama mogu zamijeniti do 40% anorganskih minerala i imaju sljedeći učinak:
- pojačajte imunitetsnaga tijekom bolesti, trudnoće ženki ili u nepovoljnim uvjetima;
- poboljšanje reproduktivne funkcije;
- smanjenje broja somatskih stanica u mlijeku, čime se poboljšava njegova kvaliteta (termalna stabilnost i druga tehnološka svojstva);
- ubrzanje rasta mladih životinja.
Kelirano željezo, za razliku od svog sulfata, može lako proći placentnu barijeru. Istraživanja su pokazala da dodavanje ovog vitamina u prehranu krmača potiče kasnije rođenje prasadi s velikom težinom i sprječava ih da razviju nedostatak željeza.
Kao rezultat upotrebe magnezijevog kelata, dolazi do poboljšanja kvalitete životinjskih leševa, smanjenja tjelesne masti. Spojevi bakra i mangana pomažu u sprječavanju hondromatoze kostiju i kardiovaskularnih bolesti u peradi.
Droge
U medicini se kelatni oblici spojeva koriste u sljedeće svrhe:
- Protuotrovi za akutna i kronična trovanja teškim metalima i drugim otrovima ("Unithiol", "Tetacin-kalcij"). Kada se uzimaju, štetne tvari se vežu u zatvorene komplekse tipa kelata.
- Antineoplastični lijekovi ("Cisplatin" i drugi). Lijekovi prodiru u jezgre zahvaćenih stanica, stvaraju stabilnu vezu s DNK, što sprječava njihovu samoreprodukciju.
- Vitaminski pripravci (najčešće kelirani kalcij i željezo).
Za razliku od slobodnih metalnih iona, ove tvari ne nastajuspojeva s drugim kemijskim elementima u želucu i crijevima, pa se bolje apsorbiraju u ljudskom tijelu. U tom smislu, na temelju kelata moguće je kreirati lijekove i dodatke prehrani nove generacije.
