Chelátové formy anorganických minerálů jsou velmi podobné biologicky aktivním látkám. Tato vlastnost se využívá v zemědělství k výrobě hnojiv a cenných doplňků stravy pro domácí mazlíčky. V lékařství se takové sloučeniny používají jako protilátky a doplňky stravy.
Co znamená „chelátovaná forma“?
Cheláty jsou komplex, který vzniká jako výsledek interakce kladně nabitých kovových iontů (centrálního atomu komplexotvorného činidla) s ligandy, které tvoří chemické sloučeniny s různými typy biomolekul. Jednoduše řečeno, cheláty jsou kombinací minerálu a komplexní organické sloučeniny. Ligandy zahrnují aminokyseliny, peptidy, proteiny, puriny, porfyriny, makrolidy a také jejich syntetické analogy (crown ethery, kryptandy).
Chelační ligandy musí mít více než 2 funkční skupiny schopné vytvářet kovalentní vazby a kruhovou strukturu s kovem. Slovo "chelát" pochází z latinského chela ("dráp"). Navenek je tvar těchto chemických sloučenin podobný drápům kraba držícího minerál.
V přírodě nejjasnějšípředstaviteli tohoto typu sloučenin na bázi porfyrinu jsou lidský hemoglobin, kde Fe (chelát železa) a chlorofyl (chelát hořčíku) působí jako centrum komplexotvorného činidla. Moderní biochemické technologie umožňují získat různé formy takových látek.
Příklady
Existují 3 skupiny chelátových forem (v závislosti na poměru náboje ligandu a kovového iontu).
- Kationtové. Nejčastějšími zástupci jsou sloučeniny polyaminů s kovovými ionty. Ligandové činidlo je v tomto případě neutrální, takže celkový náboj sloučeniny je určen centrálním iontem.
- Aniontové. Typické aniontové cheláty jsou komplexy na bázi kyseliny ethylendiaminotetraoctové (EDTA).
- Neutrální (vnitrokomplexní sloučeniny). Centrální kladný náboj je neutralizován přidáním stejného počtu záporně nabitých ligandů, čímž se vytvoří „vnitřní sůl“.
Mnoho kovů tvoří stabilní cheláty, které se mohou slučovat do makromolekulárních látek. Tento efekt se uplatňuje při syntéze vícesložkových vysoce disperzních oxidových materiálů používaných pro výrobu dielektrik, vysokoteplotních supravodičů a povlaků.
Biologické vlastnosti
Chelátové minerály jsou látky, které mají řadu cenných vlastností, jako jsou:
- Vysoká odolnost vůči různé kyselosti prostředí a působení mikroorganismů.
- Dobrá adsorpce a rozpustnost ve vodě.
- Biologická aktivita kovů, pro ně ve volném stavu neobvyklá.
- Menší toxicita ve srovnání s jinými formami sloučenin.
- Vysoká biologická dostupnost, tj. dobrá stravitelnost pro rostliny i zvířata.
- Žádný nerozpustný sediment.
Minerály se většinou vstřebávají v tenkém střevě a stabilnější chelátová forma je chrání před zničením kyselinou chlorovodíkovou v žaludku. Tato vlastnost se používá v lékařství a chovu zvířat ke kompenzaci nedostatků mikroživin.
Produkce
Chelované formy sloučenin se získávají chelací (neboli chelací). Tento termín není v chemické vědě obecně uznáván. Nejjednodušší metodou je smíchání roztoků solí kovů s chelatačními činidly. Jako posledně uvedené organické látky jako:
- kyselina nitrilotrioctová, ethylendiamintetraoctová a ethylenglykoltetraoctová;
- tris (karboxymethyl) ethylendiamin;
- kyselina hydroxyethylidendifosfonová;
- lysin;
- methionin a další.
Aminokyseliny a malé peptidy se připravují pod vlivem enzymů v laboratoři. Při implementaci chelatačního procesu se berou v úvahu následující parametry:
- kyselost prostředí (v případě potřeby přidejte alkálie);
- teplota;
- poměr látek;
- rozpustnost aminokyselin.
Vysrážený chelátový komplex se promyje v destilované vodě a poté se suší.
Agronomické aplikace
Chelátová hnojiva mají následující výhody:
- Blízká afinita s biologickými strukturami, díky nimž látky snadno pronikají membránami rostlinných buněk.
- Vylepšená rozpustnost.
- Menší spotřeba chelátových hnojiv ve srovnání s konvenčními solemi.
- Možnost krmení kořenem i listem.
- Zvyšte klíčivost semen.
- Nízká fytotoxicita.
- Stabilita na různých úrovních kyselosti půdy.
- Dobrá kompatibilita s jinými chemikáliemi, pesticidy.
Chelátové železo má největší význam, protože tento prvek se nachází v rostlinných tkáních ve větším množství než jiné kovy. Jeho nedostatek vede k rozvoji mnoha onemocnění, včetně chlorózy. Používají se i další cheláty – měď, zinek, bór, které stimulují růst rostlin a tvorbu vaječníků. V raných fázích vegetačního období je vhodné krmit chelátovým vápníkem, který podporuje vývoj kořenového systému.
Použití pro zvířata
Chelátové formy mikroprvků se používají k posílení výživy všech druhů hospodářských zvířat a ptáků. Tyto látky v malých koncentracích mohou nahradit až 40 % anorganických minerálů a mají následující účinek:
- posílení imunitysíla během nemoci, březosti samic nebo v nepříznivých podmínkách;
- zlepšení reprodukční funkce;
- snížení počtu somatických buněk v mléce, čímž se zlepšuje jeho kvalita (tepelná stabilita a další technologické vlastnosti);
- zrychlení růstu mladých zvířat.
Chelované železo, na rozdíl od svého síranu, může snadno procházet placentární bariérou. Studie prokázaly, že přidání tohoto vitamínu do stravy prasnic podporuje pozdější porod selat s velkou hmotností a zabraňuje u nich rozvoji nedostatku železa.
V důsledku použití chelátu hořčíku dochází ke zlepšení kvality jatečně upravených těl zvířat, ke snížení tělesného tuku. Sloučeniny mědi a manganu pomáhají předcházet kostní chondromatóze a kardiovaskulárním onemocněním u drůbeže.
Drogy
V lékařství se chelátové formy sloučenin používají pro následující účely:
- Protidota pro akutní a chronické otravy těžkými kovy a jinými jedy ("Unithiol", "Tetacin-kalcium"). Při jejich příjmu se škodlivé látky vážou do uzavřených komplexů chelátového typu.
- Antineoplastické léky ("Cisplatina" a další). Léky pronikají do jader postižených buněk, vytvářejí stabilní spojení s DNA, které jim brání v samoreprodukci.
- Vitaminové přípravky (nejčastěji chelátovaný vápník a železo).
Na rozdíl od volných kovových iontů se tyto látky netvořísloučeniny s jinými chemickými prvky v žaludku a střevech, takže se v lidském těle lépe vstřebávají. V tomto ohledu je na bázi chelátů možné vytvářet léky a doplňky stravy nové generace.
