Anorgaaniliste mineraalide kelaaditud vormid on väga sarnased bioloogiliselt aktiivsete ainetega. Seda kinnistut kasutatakse põllumajanduses lemmikloomadele mõeldud väetiste ja väärtuslike toidulisandite tootmiseks. Meditsiinis kasutatakse selliseid ühendeid vastumürkide ja toidulisanditena.
Mida tähendab "kelaatvorm"?
Kelaadid on kompleks, mis tekib positiivselt laetud metalliioonide (kompleksimoodustaja keskne aatom) interaktsiooni tulemusena ligandidega, mis moodustavad keemilisi ühendeid erinevat tüüpi biomolekulidega. Lihtsam alt öeldes on kelaadid mineraali ja kompleksse orgaanilise ühendi kombinatsioon. Ligandide hulka kuuluvad aminohapped, peptiidid, valgud, puriinid, porfüriinid, makroliidid, aga ka nende sünteetilised analoogid (krooneetrid, krüptandid).
Kelaadivatel ligandidel peab olema rohkem kui 2 funktsionaalset rühma, mis on võimelised looma kovalentseid sidemeid ja tsüklistruktuuri metalliga. Sõna "kelaat" pärineb ladinakeelsest sõnast chela ("küünis"). Väliselt on nende keemiliste ühendite kuju sarnane mineraali hoidva krabi küünistega.
Looduses kõige säravamSeda tüüpi porfüriinil põhinevate ühendite esindajad on inimese hemoglobiin, kus kompleksi moodustava aine keskpunktiks on Fe (raudkelaat) ja klorofüll (magneesiumkelaat). Kaasaegsed biokeemilised tehnoloogiad võimaldavad saada selliseid aineid erineval kujul.
Näited
Kelaatvorme on 3 rühma (olenev alt ligandi ja metalliiooni laengu suhtest).
- Katioonne. Levinumad esindajad on polüamiinide ühendid metalliioonidega. Ligandiaine on sel juhul neutraalne, seega määrab ühendi kogulaengu tsentraalne ioon.
- Anioonne. Tüüpilised anioonsed kelaadid on etüleendiaminotetraäädikhappel (EDTA) põhinevad kompleksid.
- Neutraalne (kompleksisisesed ühendid). Tsentraalne positiivne laeng neutraliseeritakse võrdse arvu negatiivselt laetud ligandide lisamisega, moodustades nii "sisemise soola".
Paljud metallid moodustavad stabiilseid kelaate, mis on võimelised ühinema makromolekulaarseteks aineteks. Seda efekti rakendatakse dielektrikute, kõrgtemperatuursete ülijuhtide ja katete tootmiseks kasutatavate mitmekomponentsete suure hajutusega oksiidmaterjalide sünteesil.
Bioloogilised omadused
Kelaaditud mineraalid on ained, millel on mitmeid väärtuslikke omadusi, näiteks:
- Kõrge vastupidavus keskkonna erinevatele happesustele ja mikroorganismide mõjule.
- Hea adsorptsioon ja lahustuvus vees.
- Metallide bioloogiline aktiivsus, nende jaoks vabas olekus ebatavaline.
- Vähem toksilisus võrreldes muude ühendite vormidega.
- Kõrge biosaadavus, st hea seeduvus nii taimedele kui loomadele.
- Lahustumatut setet pole.
Mineraalid imenduvad enamasti peensooles ja stabiilsem kelaatvorm kaitseb neid maos soolhappe poolt hävitamise eest. Seda omadust kasutatakse meditsiinis ja loomakasvatuses mikroelementide puuduse kompenseerimiseks.
Tootmine
Ühendite kelaaditud vormid saadakse kelaadi (või kelaatimise) teel. Seda terminit keemiateaduses üldiselt ei tunnustata. Lihtsaim meetod on metallisoolade lahuste segamine kelaativate ainetega. Viimasena kasutatakse orgaanilisi aineid nagu:
- nitrilotriäädik-, etüleendiamiintetraäädik- ja etüleenglükooltetraäädikhape;
- tris(karboksümetüül)etüleendiamiin;
- hüdroksüetülideendifosfoonhape;
- lüsiin;
- metioniin ja teised.
Aminohapped ja väikesed peptiidid valmistatakse ensüümide mõjul laboris. Kelaatimisprotsessi rakendamisel võetakse arvesse järgmisi parameetreid:
- keskkonna happesus (vajadusel lisa leelist);
- temperatuur;
- aine suhe;
- aminohapete lahustuvus.
Sadestunud kelaadikompleks pestakse destilleeritud veega ja seejärel kuivatatakse.
Agronoomilised rakendused
Kelaaditud väetistel on järgmised eelised:
- Tihe afiinsus bioloogiliste struktuuridega, tänu millele tungivad ained kergesti taimerakumembraanidesse.
- Parem lahustuvus.
- Vähem kelaaditud väetisi tarbimine võrreldes tavaliste sooladega.
- Võimalik nii juure kui ka lehestiku toitmine.
- Suurendage seemnete idanemist.
- Madal fütotoksilisus.
- Stabiilsus mulla erinevatel happesuse tasemetel.
- Hea ühilduvus teiste kemikaalide, pestitsiididega.
Klaaditud raud on kõige olulisem, kuna seda elementi leidub taimekudedes suuremas koguses kui teisi metalle. Selle puudus põhjustab paljude haiguste, sealhulgas kloroosi arengut. Kasutatakse ka teisi kelaate – vaske, tsinki, boori, mis stimuleerivad taimede kasvu ja munasarjade teket. Kasvuperioodi varases staadiumis on soovitatav toita kelaaditud k altsiumiga, mis soodustab juurestiku arengut.
Loomade kasutamine
Mikroelementide kelaadivorme kasutatakse igat tüüpi põllumajandusloomade ja lindude toitumise tugevdamiseks. Need ained võivad väikestes kontsentratsioonides asendada kuni 40% anorgaanilistest mineraalidest ja neil on järgmine toime:
- tugevdage immuunsüsteemitugevus haiguse, emaste tiinuse või ebasoodsates tingimustes;
- reproduktiivfunktsiooni parandamine;
- somaatiliste rakkude arvu vähenemine piimas, mis parandab selle kvaliteeti (termiline stabiilsus ja muud tehnoloogilised omadused);
- noorte loomade kasvu kiirendamine.
Kelaaditud raud, erinev alt selle sulfaadist, võib kergesti läbida platsentaarbarjääri. Uuringud on näidanud, et selle vitamiini lisamine emiste toidule soodustab suure kaaluga põrsaste hilisemat sündi ja hoiab ära rauapuuduse tekke.
Magneesiumkelaadi kasutamise tulemusena paraneb loomakorjuste kvaliteet, väheneb keharasvasisaldus. Vase- ja mangaaniühendid aitavad ära hoida kodulindude luukondromatoosi ja südame-veresoonkonna haigusi.
Narkootikumid
Meditsiinis kasutatakse ühendite kelaatvorme järgmistel eesmärkidel:
- Akuutse ja kroonilise raskemetallide ja muude mürkidega mürgistuse ("Unithiol", "Tetacin-calcium") vastumürgid. Nende võtmisel seotakse kahjulikud ained suletud kelaadi tüüpi kompleksideks.
- Antineoplastilised ravimid ("tsisplatiin" ja teised). Ravimid tungivad mõjutatud rakkude tuumadesse, moodustavad stabiilse ühenduse DNA-ga, mis takistab neil isepaljunemist.
- Vitamiinipreparaadid (kõige sagedamini kelaaditud k altsium ja raud).
Erinev alt vabadest metalliioonidest need ained ei moodustuühendid teiste maos ja sooltes leiduvate keemiliste elementidega, nii et need imenduvad inimkehas paremini. Sellega seoses on kelaatide baasil võimalik luua uue põlvkonna ravimeid ja toidulisandeid.
