Gechelateerde vormen van anorganische mineralen lijken erg op biologisch actieve stoffen. Deze eigenschap wordt in de landbouw gebruikt voor de productie van meststoffen en waardevolle voedingssupplementen voor huisdieren. In de geneeskunde worden dergelijke verbindingen gebruikt als tege-g.webp
Wat betekent "gechelateerde vorm"?
Chelaten zijn een complex dat ontstaat als gevolg van de interactie van positief geladen metaalionen (het centrale atoom van het complexvormende middel) met liganden die chemische verbindingen vormen met verschillende soorten biomoleculen. Simpel gezegd, chelaten zijn een combinatie van een mineraal en een complexe organische verbinding. Liganden omvatten aminozuren, peptiden, eiwitten, purines, porfyrinen, macroliden, evenals hun synthetische analogen (kroonethers, cryptanden).
Chelerende liganden moeten meer dan 2 functionele groepen hebben die in staat zijn om covalente bindingen en een ringstructuur met het metaal te creëren. Het woord "chelaat" komt van het Latijnse chela ("klauw"). Uiterlijk is de vorm van deze chemische verbindingen vergelijkbaar met de klauwen van een krab die een mineraal vasthoudt.
In de natuur, de slimstevertegenwoordigers van dit type op porfyrine gebaseerde verbindingen zijn humaan hemoglobine, waarbij Fe (ijzerchelaat) en chlorofyl (magnesiumchelaat) fungeren als het centrum van het complexvormende middel. Moderne biochemische technologieën maken het mogelijk om verschillende vormen van dergelijke stoffen te verkrijgen.
Voorbeelden
Er zijn 3 groepen chelaatvormen (afhankelijk van de verhouding van de lading van het ligand en het metaalion).
- Kationisch. De meest voorkomende vertegenwoordigers zijn verbindingen van polyaminen met metaalionen. Het ligandmiddel is in dit geval neutraal, dus de totale lading van de verbinding wordt bepaald door het centrale ion.
- Anionisch. Typische anionische chelaten zijn complexen op basis van ethyleendiaminotetra-azijnzuur (EDTA).
- Neutraal (intra-complexe verbindingen). De centrale positieve lading wordt geneutraliseerd door een gelijk aantal negatief geladen liganden toe te voegen, waardoor een "inwendig zout" wordt gevormd.
Veel metalen vormen stabiele chelaten die zich kunnen combineren tot macromoleculaire stoffen. Dit effect wordt toegepast op de synthese van sterk gedispergeerde oxidematerialen met meerdere componenten die worden gebruikt voor de productie van diëlektrica, supergeleiders voor hoge temperaturen en coatings.
Biologische eigenschappen
Chelated mineralen zijn stoffen die een aantal waardevolle eigenschappen hebben, zoals:
- Hoge weerstand tegen verschillende zuren van het milieu en onder invloed van micro-organismen.
- Goede adsorptie en oplosbaarheid in water.
- Biologische activiteit van metalen, ongebruikelijk voor hen in de vrije staat.
- Minder toxiciteit vergeleken met andere vormen van verbindingen.
- Hoge biologische beschikbaarheid, d.w.z. goede verteerbaarheid voor zowel plant als dier.
- Geen onoplosbaar sediment.
Mineralen worden meestal geabsorbeerd in de dunne darm, en de stabielere chelaatvorm beschermt ze tegen vernietiging door zoutzuur in de maag. Deze eigenschap wordt gebruikt in de geneeskunde en de veeteelt om tekorten aan micronutriënten te compenseren.
Productie
Gechelateerde vormen van verbindingen worden verkregen door chelatie (of chelatie). Deze term wordt niet algemeen erkend in de chemische wetenschap. De eenvoudigste methode is het mengen van oplossingen van metaalzouten met chelaatvormers. Als laatste, organische stoffen zoals:
- nitrilotriazijnzuur, ethyleendiaminetetraazijnzuur en ethyleenglycoltetraazijnzuur;
- tris (carboxymethyl) ethyleendiamine;
- hydroxyethylideendifosfonzuur;
- lysine;
- methionine en anderen.
Aminozuren en kleine peptiden worden in het laboratorium onder invloed van enzymen bereid. Bij het implementeren van het chelatieproces wordt rekening gehouden met de volgende parameters:
- zuurgraad van het milieu (indien nodig alkali toevoegen);
- temperatuur;
- stofverhouding;
- aminozuuroplosbaarheid.
Het neergeslagen chelaatcomplex wordt gewassen in gedestilleerd water en vervolgens gedroogd.
Agronomische toepassingen
Chelated meststoffen hebben de volgende voordelen:
- Nauwe affiniteit met biologische structuren, waardoor stoffen gemakkelijk de celmembranen van planten binnendringen.
- Verbeterde oplosbaarheid.
- Minder verbruik van gecheleerde meststoffen in vergelijking met conventionele zouten.
- Mogelijkheid tot zowel wortel- als bladvoeding.
- Verhoog de ontkieming van zaden.
- Lage fytotoxiciteit.
- Stabiliteit bij verschillende niveaus van bodemzuurgraad.
- Goede compatibiliteit met andere chemicaliën, pesticiden.
Gechelateerd ijzer is van het grootste belang, omdat dit element in grotere hoeveelheden in plantenweefsels wordt aangetroffen dan andere metalen. Het tekort leidt tot de ontwikkeling van vele ziekten, waaronder chlorose. Andere chelaten worden ook gebruikt - koper, zink, boor, die de plantengroei en de vorming van eierstokken stimuleren. In de vroege stadia van het groeiseizoen is het raadzaam om gechelateerd calcium te voeren, wat de ontwikkeling van het wortelstelsel bevordert.
Dierengebruik
Chelated vormen van micro-elementen worden gebruikt om de voeding van alle soorten landbouwhuisdieren en vogels te versterken. Deze stoffen kunnen in kleine concentraties tot 40% van de anorganische mineralen vervangen en hebben het volgende effect:
- immuun verhogenkracht tijdens ziekte, zwangerschap van vrouwen of in ongunstige omstandigheden;
- verbetering van de voortplantingsfunctie;
- afname van het aantal somatische cellen in melk, wat de kwaliteit verbetert (thermische stabiliteit en andere technologische eigenschappen);
- groeiversnelling van jonge dieren.
Gechelateerd ijzer kan, in tegenstelling tot zijn sulfaat, gemakkelijk de placentabarrière passeren. Studies hebben aangetoond dat het toevoegen van deze vitamine aan het dieet van zeugen de latere geboorte van biggen met een groot gewicht bevordert en voorkomt dat ze een ijzertekort ontwikkelen.
Als gevolg van het gebruik van magnesiumchelaat is er een verbetering van de kwaliteit van kadavers, een afname van lichaamsvet. Koper- en mangaanverbindingen helpen botchondromatose en hart- en vaatziekten bij pluimvee te voorkomen.
Drugs
In de geneeskunde worden chelaatvormen van verbindingen gebruikt voor de volgende doeleinden:
- Antidota voor acute en chronische vergiftiging met zware metalen en andere vergiften ("Unithiol", "Tetacin-calcium"). Wanneer ze worden ingenomen, worden schadelijke stoffen gebonden in gesloten complexen van het chelaattype.
- Antineoplastische medicijnen ("Cisplatine" en andere). Geneesmiddelen dringen de kernen van aangetaste cellen binnen, vormen een stabiele verbinding met DNA, waardoor ze zichzelf niet kunnen reproduceren.
- Vitaminepreparaten (meestal gechelateerd calcium en ijzer).
In tegenstelling tot vrije metaalionen vormen deze stoffen geenverbindingen met andere chemische elementen in de maag en darmen, zodat ze beter in het menselijk lichaam worden opgenomen. In dit opzicht is het op basis van chelaten mogelijk om medicijnen en voedingssupplementen van een nieuwe generatie te maken.
