Neorganisko minerālvielu helātu formas ir ļoti līdzīgas bioloģiski aktīvām vielām. Šo īpašumu izmanto lauksaimniecībā, lai ražotu mēslojumu un vērtīgus uztura bagātinātājus mājdzīvniekiem. Medicīnā šādus savienojumus izmanto kā pretindes un uztura bagātinātājus.
Ko nozīmē “helātu forma”?
Helāti ir komplekss, kas rodas pozitīvi lādētu metālu jonu (kompleksveidotāja centrālais atoms) mijiedarbības rezultātā ar ligandiem, kas veido ķīmiskus savienojumus ar dažāda veida biomolekulām. Vienkārši sakot, helāti ir minerāla un sarežģīta organiska savienojuma kombinācija. Ligandos ietilpst aminoskābes, peptīdi, olb altumvielas, purīni, porfirīni, makrolīdi, kā arī to sintētiskie analogi (kroņa ēteri, kriptandi).
Helātu veidojošajiem ligandiem ir jābūt vairāk nekā 2 funkcionālām grupām, kas spēj radīt kovalentās saites un gredzena struktūru ar metālu. Vārds "helāts" cēlies no latīņu valodas chela ("spīle"). Ārēji šo ķīmisko savienojumu forma ir līdzīga krabja nagiem, kas tur minerālu.
Dabā visspilgtākaisšāda veida porfirīna bāzes savienojumu pārstāvji ir cilvēka hemoglobīns, kur Fe (dzelzs helāts) un hlorofils (magnija helāts) darbojas kā kompleksveidotāja centrs. Mūsdienu bioķīmiskās tehnoloģijas ļauj iegūt dažādas šādu vielu formas.
Piemēri
Ir 3 helātu formu grupas (atkarībā no ligandas un metāla jona lādiņa attiecības).
- Katjonu. Visizplatītākie pārstāvji ir poliamīnu savienojumi ar metāla joniem. Ligandare šajā gadījumā ir neitrāla, tāpēc savienojuma kopējo lādiņu nosaka centrālais jons.
- Anjonu. Tipiski anjonu helāti ir kompleksi, kuru pamatā ir etilēndiaminotetraetiķskābe (EDTA).
- Neitrāls (intrakompleksu savienojumi). Centrālais pozitīvais lādiņš tiek neitralizēts, pievienojot vienādu skaitu negatīvi lādētu ligandu, tādējādi veidojot "iekšējo sāli".
Daudzi metāli veido stabilus helātus, kas spēj apvienoties makromolekulārās vielās. Šo efektu izmanto daudzkomponentu ļoti izkliedētu oksīdu materiālu sintēzei, ko izmanto dielektriķu, augstas temperatūras supravadītāju un pārklājumu ražošanā.
Bioloģiskās īpašības
Helātu minerāli ir vielas, kurām ir vairākas vērtīgas īpašības, piemēram:
- Augsta izturība pret dažādiem vides skābumiem un mikroorganismu ietekmē.
- Laba adsorbcija un šķīdība ūdenī.
- Metālu bioloģiskā aktivitāte, tiem neparasti brīvā stāvoklī.
- Mazāka toksicitāte salīdzinājumā ar citiem savienojumu veidiem.
- Augsta biopieejamība, t.i., laba sagremojamība gan augiem, gan dzīvniekiem.
- Nav nešķīstošu nogulumu.
Minerālvielas pārsvarā uzsūcas tievajās zarnās, un stabilākā helātu forma pasargā tos no sālsskābes iznīcināšanas kuņģī. Šo īpašumu izmanto medicīnā un lopkopībā, lai kompensētu mikroelementu trūkumus.
Ražošana
Savienojumu helātu formas iegūst helātu (vai helātu) veidošanā. Šis termins ķīmijas zinātnē nav vispāratzīts. Vienkāršākā metode ir metālu sāļu šķīdumu sajaukšana ar helātus veidojošiem līdzekļiem. Kā pēdējās, organiskās vielas, piemēram:
- nitrilotrietiķskābe, etilēndiamīntetraetiķskābe un etilēnglikoltetraetiķskābe;
- tris (karboksimetil)etilēndiamīns;
- hidroksietilidēndifosfonskābe;
- lizīns;
- metionīns un citi.
Laboratorijā fermentu ietekmē tiek sagatavotas aminoskābes un mazie peptīdi. Īstenojot helātu veidošanas procesu, tiek ņemti vērā šādi parametri:
- vides skābums (ja nepieciešams, pievieno sārmu);
- temperatūra;
- vielu attiecība;
- aminoskābju šķīdība.
Izgulsnēto helātu kompleksu mazgā destilētā ūdenī un pēc tam žāvē.
Agronomijas pielietojumi
Helātu saturošajiem mēslošanas līdzekļiem ir šādas priekšrocības:
- Cieša afinitāte ar bioloģiskajām struktūrām, kuru dēļ vielas viegli iekļūst augu šūnu membrānās.
- Uzlabota šķīdība.
- Mazāks helātu mēslošanas līdzekļu patēriņš salīdzinājumā ar parastajiem sāļiem.
- Iespēja barot gan saknes, gan lapas.
- Palieliniet sēklu dīgtspēju.
- Zema fitotoksicitāte.
- Stabilitāte dažādos augsnes skābuma līmeņos.
- Laba saderība ar citām ķīmiskām vielām, pesticīdiem.
Helātu dzelzs ir vislielākā nozīme, jo šis elements augu audos ir atrodams lielākā daudzumā nekā citi metāli. Tā trūkums izraisa daudzu slimību attīstību, tostarp hlorozi. Tiek izmantoti arī citi helāti – varš, cinks, bors, kas stimulē augu augšanu un olnīcu veidošanos. Augšanas sezonas sākumposmā vēlams barot ar helātu veidojošo kalciju, kas veicina sakņu sistēmas attīstību.
Izmantošanai dzīvniekiem
Mikroelementu helātu formas izmanto visu veidu lauksaimniecības dzīvnieku un putnu uztura bagātināšanai. Šīs vielas nelielā koncentrācijā var aizstāt līdz pat 40% neorganisko minerālvielu, un tām ir šāda iedarbība:
- pastipriniet imunitātispēks slimības, mātīšu grūtniecības laikā vai nelabvēlīgos apstākļos;
- reproduktīvās funkcijas uzlabošana;
- somatisko šūnu skaita samazināšanās pienā, kas uzlabo tā kvalitāti (termiskā stabilitāte un citas tehnoloģiskās īpašības);
- jaunu dzīvnieku augšanas paātrināšana.
Helāts dzelzs, atšķirībā no tā sulfāta, var viegli šķērsot placentas barjeru. Pētījumi liecina, ka šī vitamīna pievienošana sivēnmāšu barībai veicina vēlāku sivēniņu ar lielu svaru piedzimšanu un neļauj tiem attīstīties dzelzs deficītam.
Magnija helāta lietošanas rezultātā uzlabojas dzīvnieku līķu kvalitāte, samazinās ķermeņa tauku daudzums. Vara un mangāna savienojumi palīdz novērst kaulu hondromatozi un sirds un asinsvadu slimības mājputniem.
Narkotikas
Medicīnā savienojumu helātu formas izmanto šādiem mērķiem:
- Pretlīdzekļi akūtu un hronisku saindēšanos ar smagajiem metāliem un citām indēm ("Unithiol", "Tetacin-calcium"). Tos uzņemot, kaitīgās vielas saistās slēgtos helātu tipa kompleksos.
- Pretvēža zāles ("Cisplatīns" un citi). Narkotikas iekļūst skarto šūnu kodolos, veido stabilu savienojumu ar DNS, kas neļauj tām pašatražoties.
- Vitamīnu preparāti (visbiežāk helātu kalcijs un dzelzs).
Atšķirībā no brīvajiem metālu joniem šīs vielas neveidojassavienojumi ar citiem ķīmiskajiem elementiem kuņģī un zarnās, tāpēc tie labāk uzsūcas cilvēka organismā. Šajā sakarā, pamatojoties uz helātiem, ir iespējams radīt jaunas paaudzes medikamentus un uztura bagātinātājus.
