Le forme chelate di minerali inorganici sono molto simili alle sostanze biologicamente attive. Questa proprietà è utilizzata in agricoltura per la produzione di fertilizzanti e preziosi integratori alimentari per animali da compagnia. In medicina, tali composti sono usati come antidoti e integratori alimentari.
Cosa significa "forma chelata"?
I chelati sono un complesso che appare come risultato dell'interazione di ioni metallici caricati positivamente (l'atomo centrale dell'agente complessante) con ligandi che formano composti chimici con vari tipi di biomolecole. In poche parole, i chelati sono una combinazione di un minerale e un composto organico complesso. I ligandi includono aminoacidi, peptidi, proteine, purine, porfirine, macrolidi e loro analoghi sintetici (eteri della corona, criptandi).
I ligandi chelanti devono avere più di 2 gruppi funzionali in grado di creare legami covalenti e una struttura ad anello con il metallo. La parola "chelato" deriva dal latino chela ("artiglio"). Esternamente, la forma di questi composti chimici è simile alle chele di un granchio che tiene un minerale.
In natura, il più luminosorappresentanti di questo tipo di composti a base di porfirina sono l'emoglobina umana, dove Fe (chelato di ferro) e clorofilla (chelato di magnesio) agiscono come centro dell'agente complessante. Le moderne tecnologie biochimiche consentono di ottenere varie forme di tali sostanze.
Esempi
Esistono 3 gruppi di forme chelate (a seconda del rapporto tra la carica del ligando e lo ione metallico).
- Cationico. I rappresentanti più comuni sono composti di poliammine con ioni metallici. L'agente legante in questo caso è neutro, quindi la carica totale del composto è determinata dallo ione centrale.
- Anionico. Tipici chelati anionici sono complessi a base di acido etilendiamminotetraacetico (EDTA).
- Neutro (composti intra-complessi). La carica positiva centrale viene neutralizzata aggiungendo un numero uguale di ligandi caricati negativamente, formando così un "sale interno".
Molti metalli formano chelati stabili che sono in grado di combinarsi in sostanze macromolecolari. Questo effetto viene applicato alla sintesi di ossidi multicomponenti altamente dispersi utilizzati per la produzione di dielettrici, superconduttori ad alta temperatura e rivestimenti.
Proprietà biologiche
I minerali chelati sono sostanze che hanno una serie di caratteristiche preziose, come ad esempio:
- Elevata resistenza alle varie acidità dell'ambiente e sotto l'influenza di microrganismi.
- Buon assorbimento e solubilità in acqua.
- Attività biologica dei metalli, insolita per loro allo stato libero.
- Meno tossicità rispetto ad altre forme di composti.
- Elevata biodisponibilità, ovvero buona digeribilità sia per le piante che per gli animali.
- Nessun sedimento insolubile.
I minerali sono per lo più assorbiti nell'intestino tenue e la forma chelata più stabile li protegge dall'essere distrutti dall'acido cloridrico nello stomaco. Questa proprietà viene utilizzata in medicina e zootecnia per compensare le carenze di micronutrienti.
Produzione
Le forme chelate dei composti si ottengono per chelazione (o chelazione). Questo termine non è generalmente riconosciuto nella scienza chimica. Il metodo più semplice è mescolare soluzioni di sali metallici con agenti chelanti. Come quest'ultimo, sostanze organiche come:
- acido nitrilotriacetico, etilendiamminotetraacetico ed etilene glicoltetraacetico;
- tris (carbossimetil)etilendiammina;
- acido idrossietilidendifosfonico;
- lisina;
- metionina e altri.
Aminoacidi e piccoli peptidi vengono preparati in laboratorio sotto l'influenza di enzimi. Quando si implementa il processo di chelazione, vengono presi in considerazione i seguenti parametri:
- acidità dell'ambiente (se necessario aggiungere alcali);
- temperatura;
- rapporto di sostanza;
- solubilità degli aminoacidi.
Il complesso chelato precipitato viene lavato in acqua distillata e quindi essiccato.
Applicazioni agronomiche
I fertilizzanti chelati hanno i seguenti vantaggi:
- Stretta affinità con le strutture biologiche, grazie alle quali le sostanze penetrano facilmente nelle membrane delle cellule vegetali.
- Solubilità migliorata.
- Meno consumo di fertilizzanti chelati rispetto ai sali convenzionali.
- Possibilità di alimentazione sia radicale che fogliare.
- Aumenta la germinazione dei semi.
- Bassa fitotossicità.
- Stabilità a vari livelli di acidità del suolo.
- Buona compatibilità con altri prodotti chimici e pesticidi.
Il ferro chelato è della massima importanza, poiché questo elemento si trova nei tessuti vegetali in quantità maggiore rispetto ad altri metalli. La sua carenza porta allo sviluppo di molte malattie, inclusa la clorosi. Vengono utilizzati anche altri chelati: rame, zinco, boro, che stimolano la crescita delle piante e la formazione delle ovaie. Nelle prime fasi della stagione vegetativa, è consigliabile nutrire con calcio chelato, che favorisce lo sviluppo dell'apparato radicale.
Uso degli animali
Le forme chelate di microelementi vengono utilizzate per fortificare la nutrizione di tutti i tipi di animali da fattoria e uccelli. Queste sostanze in piccole concentrazioni possono sostituire fino al 40% dei minerali inorganici e hanno il seguente effetto:
- potenzia il sistema immunitarioforza durante la malattia, la gravidanza delle femmine o in condizioni avverse;
- miglioramento della funzione riproduttiva;
- diminuzione del numero di cellule somatiche nel latte, che ne migliora la qualità (stabilità termica e altre proprietà tecnologiche);
- accelerazione della crescita degli animali giovani.
Il ferro chelato, a differenza del suo solfato, può attraversare facilmente la barriera placentare. Gli studi hanno dimostrato che l'aggiunta di questa vitamina alla dieta delle scrofe favorisce la nascita successiva di suinetti di peso elevato e impedisce loro di sviluppare carenza di ferro.
Come risultato dell'uso del chelato di magnesio, c'è un miglioramento della qualità delle carcasse degli animali, una diminuzione del grasso corporeo. I composti di rame e manganese aiutano a prevenire la condromatosi ossea e le malattie cardiovascolari nel pollame.
Droga
In medicina, le forme chelate dei composti sono utilizzate per i seguenti scopi:
- Antidoti per avvelenamento acuto e cronico con metalli pesanti e altri veleni ("Unithiol", "Tetacina-calcio"). Quando vengono assunte, le sostanze nocive si legano in complessi chiusi di tipo chelato.
- Farmaci antineoplastici ("Cisplatino" e altri). I farmaci penetrano nei nuclei delle cellule colpite, formano una connessione stabile con il DNA, che impedisce loro di riprodursi automaticamente.
- Preparati vitaminici (il più delle volte calcio e ferro chelati).
A differenza degli ioni metallici liberi, queste sostanze non si formanocomposti con altri elementi chimici nello stomaco e nell'intestino, quindi sono meglio assorbiti dal corpo umano. A tal proposito, a base di chelati, è possibile creare farmaci e integratori alimentari di nuova generazione.
