Kelirane oblike anorganskih mineralov so zelo podobne biološko aktivnim snovem. Ta lastnost se uporablja v kmetijstvu za proizvodnjo gnojil in dragocenih prehranskih dopolnil za hišne ljubljenčke. V medicini se takšne spojine uporabljajo kot protistrupi in prehranska dopolnila.
Kaj pomeni "kelirana oblika"?
Kelati so kompleks, ki nastane kot posledica interakcije pozitivno nabitih kovinskih ionov (osrednji atom kompleksirnega sredstva) z ligandi, ki tvorijo kemične spojine z različnimi vrstami biomolekul. Preprosto povedano, kelati so kombinacija minerala in kompleksne organske spojine. Ligandi vključujejo aminokisline, peptide, beljakovine, purine, porfirine, makrolide, pa tudi njihove sintetične analoge (kronski etri, kriptande).
Kelacijski ligandi morajo imeti več kot 2 funkcionalni skupini, ki sta sposobni ustvariti kovalentne vezi in obročno strukturo s kovino. Beseda "kelat" izvira iz latinskega chela ("krepelj"). Navzven je oblika teh kemičnih spojin podobna krempljem raka, ki drži mineral.
V naravi najsvetlejšipredstavniki te vrste spojin na osnovi porfirina so človeški hemoglobin, kjer Fe (železov kelat) in klorofil (magnezijev kelat) delujeta kot središče tvorbe kompleksov. Sodobne biokemične tehnologije omogočajo pridobivanje različnih oblik tovrstnih snovi.
Primeri
Obstajajo 3 skupine kelatnih oblik (odvisno od razmerja naboja liganda in kovinskega iona).
- Kationski. Najpogostejši predstavniki so spojine poliaminov s kovinskimi ioni. Ligandno sredstvo je v tem primeru nevtralno, zato je celoten naboj spojine določen s centralnim ionom.
- Anionski. Tipični anionski kelati so kompleksi na osnovi etilendiaminotetraocetne kisline (EDTA).
- Nevtralno (intrakompleksne spojine). Osrednji pozitivni naboj se nevtralizira z dodajanjem enakega števila negativno nabitih ligandov, s čimer nastane "notranja sol".
Številne kovine tvorijo stabilne kelate, ki se lahko združijo v makromolekularne snovi. Ta učinek se uporablja za sintezo večkomponentnih visoko dispergiranih oksidnih materialov, ki se uporabljajo za proizvodnjo dielektrikov, visokotemperaturnih superprevodnikov in premazov.
Biološke lastnosti
Kelirani minerali so snovi, ki imajo številne dragocene lastnosti, kot so:
- Visoka odpornost na različne kislosti okolja in pod vplivom mikroorganizmov.
- Dobra adsorpcija in topnost v vodi.
- Biološka aktivnost kovin, nenavadna zanje v prostem stanju.
- Manj toksičnosti v primerjavi z drugimi oblikami spojin.
- Visoka biološka uporabnost, torej dobra prebavljivost za rastline in živali.
- Brez netopne usedline.
Minerali se večinoma absorbirajo v tankem črevesu, stabilnejša oblika kelata pa jih ščiti pred uničenjem klorovodikove kisline v želodcu. Ta lastnost se uporablja v medicini in živinoreji za kompenzacijo pomanjkanja mikrohranil.
Proizvodnja
Kelirane oblike spojin dobimo s kelacijo (ali kelacijo). Ta izraz v kemijski znanosti ni splošno priznan. Najenostavnejša metoda je mešanje raztopin kovinskih soli s kelatnimi sredstvi. Kot slednje, organske snovi, kot so:
- nitrilotriocetna, etilendiamintetraocetna in etilen glikoltetraocetna kislina;
- tris (karboksimetil) etilendiamin;
- hidroksietiliden difosfonska kislina;
- lizin;
- metionin in drugi.
Aminokisline in majhni peptidi se pripravljajo pod vplivom encimov v laboratoriju. Pri izvajanju postopka kelacije se upoštevajo naslednji parametri:
- kislost okolja (po potrebi dodajte alkalijo);
- temperatura;
- razmerje snovi;
- topnost aminokislin.
Oborjeni kelatni kompleks speremo v destilirani vodi in nato posušimo.
Agronomske aplikacije
Kelirana gnojila imajo naslednje prednosti:
- Tesna afiniteta z biološkimi strukturami, zaradi katerih snovi zlahka prodrejo v membrane rastlinskih celic.
- Izboljšana topnost.
- Manjša poraba kelatnih gnojil v primerjavi z običajnimi solmi.
- Možnost tako koreninskega kot listnega hranjenja.
- Povečajte kalitev semen.
- Nizka fitotoksičnost.
- Stabilnost pri različnih ravneh kislosti tal.
- Dobra združljivost z drugimi kemikalijami, pesticidi.
Kelirano železo je največjega pomena, saj se ta element nahaja v rastlinskih tkivih v večjih količinah kot druge kovine. Njegovo pomanjkanje vodi v razvoj številnih bolezni, vključno s klorozo. Uporabljajo se tudi drugi kelati – baker, cink, bor, ki spodbujajo rast rastlin in nastanek jajčnikov. V zgodnjih fazah rastne sezone je priporočljivo hraniti s keliranim kalcijem, ki spodbuja razvoj koreninskega sistema.
uporaba živali
Kelirane oblike mikroelementov se uporabljajo za krepitev prehrane vseh vrst domačih živali in ptic. Te snovi v majhnih koncentracijah lahko nadomestijo do 40% anorganskih mineralov in imajo naslednji učinek:
- okrepite imunitetomoč med boleznijo, nosečnostjo samic ali v neugodnih razmerah;
- izboljšanje reproduktivne funkcije;
- zmanjšanje števila somatskih celic v mleku, kar izboljša njegovo kakovost (termična stabilnost in druge tehnološke lastnosti);
- pospeševanje rasti mladih živali.
Kelirano železo, za razliko od sulfata, lahko zlahka prečka placentno pregrado. Študije so pokazale, da dodajanje tega vitamina v prehrano svinj pospešuje kasnejše rojstvo pujskov z veliko težo in preprečuje, da bi razvili pomanjkanje železa.
Zaradi uporabe magnezijevega kelata se izboljša kakovost živalskih trupov, zmanjša se telesna maščoba. Bakrove in manganove spojine pomagajo preprečevati kostno hondromatozo in bolezni srca in ožilja pri perutnini.
Droge
V medicini se kelatne oblike spojin uporabljajo za naslednje namene:
- Protistrupi za akutne in kronične zastrupitve s težkimi kovinami in drugimi strupi ("Unithiol", "Tetacin-kalcij"). Ko jih zaužijemo, se škodljive snovi vežejo v zaprte komplekse kelatnega tipa.
- Antineoplastična zdravila ("Cisplatin" in drugi). Droge prodrejo v jedra prizadetih celic, tvorijo stabilno povezavo z DNK, kar preprečuje njihovo samorazmnoževanje.
- Vitaminski pripravki (najpogosteje kelirani kalcij in železo).
Za razliko od prostih kovinskih ionov te snovi ne nastajajospojine z drugimi kemičnimi elementi v želodcu in črevesju, zato se v človeškem telesu bolje absorbirajo. V zvezi s tem je na osnovi kelatov mogoče ustvarjati zdravila in prehranska dopolnila nove generacije.
