Pojem „organické mikroživiny“ je poměrně složitý, ale jakmile pochopíte vědecký základ tohoto konceptu, nebude srovnání biologické dostupnosti organických mikroživin tak obtížným úkolem.

Richard Murphy
Vedoucí výzkumné laboratoře Alltech, Irsko

Na trhu existují různé formy komplexních sloučenin kovů používaných ve výživě zvířat. Všechny tyto různé formy se nazývají „organické mikroživiny“, protože mikroživiny, které obsahují, tvoří komplexy nebo jiné typy chemických sloučenin s organickými molekulami.

Chemické procesy komplexace nebo chelace jsou různými odborníky v krmivářském průmyslu chápány odlišně, což vede k nejasnostem v termínech a interpretaci vlastností produktů. Často se používají termíny jako „komplex kovových aminokyselin“, „chelát kovových aminokyselin“, „komplex kovových polysacharidů“, „proteinát kovu“, ale oficiální definice těchto termínů jsou vágní a nevyjasňují situaci. Jako příklad Tabulka 1 ukazuje různé definice organických mikroživin používaných v zemědělství, jak je definuje Asociace amerických úředníků pro kontrolu krmiv (AAFCO, 1998).

Tabulka 1. Organické minerální komplexy – AAFCO definice pojmů.

Komplex kov-aminokyselina je produkt vytvořený, když se vytvoří komplex mezi rozpustnou solí kovu a aminokyselinou.

Chelát kov-aminokyselina je produkt vytvořený jako výsledek reakce kovového iontu z rozpustné soli kovu s aminokyselinami v molárním poměru jeden mol kovu k jednomu až třem (výhodně dvěma) molům aminokyselin, tvoří kovalentní koordinační vazby. Průměrná molekulová hmotnost hydrolyzovaných aminokyselin by měla být přibližně 150 a molekulová hmotnost výsledného chelátu by neměla přesáhnout 800.

Komplex kov-polysacharid je produkt vytvořený během tvorby komplexu mezi rozpustnou solí a rozpuštěným polysacharidem.

Proteinát kovu je produkt tvořený tvorbou chelátů mezi rozpustnou solí a aminokyselinami a/nebo částečně hydrolyzovaným proteinem.

Abychom porozuměli matoucím definicím charakterizujícím chemické a fyzikální vlastnosti mikroelementů, je nejprve nutné identifikovat rozdíly mezi pojmy „komplex“ a „chelát“.

Komplexy nebo cheláty

Termín “komplex” může být použit k popisu sloučenin vytvořených interakcí kovového iontu s molekulou nebo iontem (ligandem), který má volný elektronový pár. Takové kovové ionty se vážou k ligandu prostřednictvím donorových atomů, jako je kyslík, dusík nebo síra. Ligandy s pouze jedním donorovým atomem se nazývají monodentátní a ligandy se dvěma nebo více donorovými atomy se nazývají bi-, tri- nebo tetradentátní a někdy se také nazývají polydentátní.

ČTĚTE VÍCE
Jak uchovat šťovík v zimě?

Když se takové ligandy vážou ke kovovému iontu přes dva nebo více donorových atomů, vytvoří se komplex sestávající z jednoho nebo více heterocyklických kruhů, které obsahují atom kovu. Takové komplexy se nazývají „cheláty“ (z řeckého „chele“ – krabí dráp).

Aminokyseliny jsou bidentátní ligandy, které tvoří vazby s kovovými ionty prostřednictvím kyslíku karboxylové skupiny a dusíku aminoskupiny.

Kyselina ethylendiamintetraoctová (EDTA) je příkladem hexadentátního ligandu, který obsahuje šest donorových atomů. EDTA tvoří velmi silné komplexy s většinou kovových iontů a není příliš vhodná pro tvorbu minerálních chelátů, protože biologická dostupnost takových komplexů je nízká.

Ačkoli lze vytvořit cheláty obsahující čtyři, pět, šest nebo sedm kruhů, bylo zjištěno, že nejstabilnější jsou cheláty obsahující pět kruhů.

Je také důležité si uvědomit, že ačkoli jsou cheláty komplexy, ne všechny komplexy jsou cheláty. Přes jednoduchost teorie vysvětlující tvorbu chelátů je pro získání stabilního minerálního chelátu nutné přísné dodržování mnoha podmínek.

Ligand musí obsahovat dva atomy schopné tvořit vazby s kovovým iontem.

Ligand musí tvořit heterocyklický kruh a kov musí být umístěn „na konci“ tohoto kruhu.

Vznik kovového chelátu musí být prostorově (stericky) možný. Pro dosažení stability musí být zachován poměr ligandu k minerálu.

Pravé cheláty mají “kruhovou strukturu” tvořenou kovalentní koordinační vazbou mezi aminovou a karboxylovou skupinou aminokyseliny a kovového iontu.

Typicky se cheláty tvoří reakcí anorganických minerálních solí s enzymem produkovanou směsí aminokyselin a malých peptidů za kontrolovaných podmínek. Takové aminokyselinové a peptidové ligandy se nevážou na kovový iont v jednom bodě, ale v několika, v důsledku čehož se atom kovu stává součástí biologicky stabilní kruhové struktury. Aminokyseliny a produkty enzymatického štěpení proteinů, jako jsou malé peptidy, jsou ideálními ligandy, protože mají alespoň dvě funkční skupiny (aminové a hydroxylové) nezbytné k vytvoření kruhové struktury s minerálem. Pouze „přechodné prvky“, například měď, železo, mangan a zinek, mají nezbytné fyzikálně-chemické vlastnosti, které jim umožňují vytvářet kovalentní koordinační vazby s aminokyselinami a peptidy za vzniku biologicky stabilních komplexů.

Aminokyseliny a peptidy jako ligandy

Existují různé názory na výhody používání aminokyselin oproti peptidům při tvorbě minerálních chelátů a ještě více se diskutuje o biologické dostupnosti takových produktů. Obecné podmínky nutné pro tvorbu biologicky stabilních minerálních chelátů jsme již zvažovali, ale je třeba vzít v úvahu i další faktory, které tvorbu chelátů ovlivňují, hlavní jsou:

  1. Stav rovnováhy mezi množstvím kovových iontů a množstvím ligandu.
  2. Kinetika substitučních reakcí mezi hydratovanými kovovými ionty a existujícími komplexy.
  3. Redoxní vlastnosti kovového iontu a jeho komplexů.
  4. Reakce zahrnující koordinované ligandy.
ČTĚTE VÍCE
Proč se najednou objevili mravenci?

Je zřejmé, že takto složitý chemický jev by se neměl příliš zjednodušovat. Abychom však objasnili situaci ohledně výhod aminokyselin nebo peptidů při tvorbě minerálních chelátů, budeme uvažovat faktory ovlivňující stav rovnováhy a stabilitu takových komplexů.

Když se sůl kovu, jako je síran měďnatý, rozpustí ve vodě s přidáním aminokyseliny jako bidentátního ligandu, vytvoří se řada komplexů, z nichž každý má svou vlastní konstantu stability, která závisí na pH. řešení. To je znázorněno na obrázku 1 (reakce síranu měďnatého s glycinem). Z údajů uvedených na tomto obrázku lze vyvodit některé důležité závěry:

  1. Množství různých sloučenin obsahujících kovy při daných koncentracích kovu a aminokyselin závisí na pH roztoku.
  2. Cheláty kovových iontů s dvojitým kladným nábojem nejsou vždy neutrální.
  3. Různé kovové ionty mají různé konstanty stability, takže množství kovu v určitých sloučeninách závisí nejen na pH roztoku, ale také na konstantě stability komplexu.

Obrázek 1. Graf změn obsahu mědi obsažené v různých sloučeninách se změnami pH v roztoku obsahujícím měď (II) (0,001 M) a glycin (0,002 M). Vodorovná osa: pH. Vertikální osa: % Cu++

Různé kovové ionty mají různé konstanty stability. Proto množství kovu obsaženého v konkrétní sloučenině závisí nejen na hodnotě pH roztoku, ale také na konstantě stability komplexu.

Stabilita komplexu obsahujícího kov závisí jak na vlastnostech kovu, tak na vlastnostech ligandu. Zvýšení náboje iontu, zmenšení velikosti a zvýšení elektronové afinity podporuje větší stabilitu. Stabilita komplexů je také ovlivněna několika charakteristikami ligandů: (1) alkalita ligandu, (2) počet kovových chelátových kruhů na jednotku ligandu, (3) velikost chelátového kruhu, (4) sterické efekty, (5) rezonance účinky a (6) atomový ligand. Protože komplexy jsou tvořeny acidobazickými reakcemi, obecně alkalickější ligandy tvoří stabilnější komplexy. Velký význam má také velikost chelátového prstence.

Při ještě hlubším pohledu na obrázek 1 existují významné rozdíly mezi relativní stabilitou kovových chelátů tvořených aminokyselinami a stabilitou kovových proteinátů. Vzhledem k tomu, že proteinát kovu je produktem chelatační reakce mezi rozpustnou solí a aminokyselinami a/nebo částečně hydrolyzovaným proteinem, lze předpokládat, že pro daný kovový iont počet grafů charakterizujících vznik různých kovových sloučenin při tvorbě proteinát bude mnohem větší, než když se vytvoří chelát stejného kovu s aminokyselinou. Pokud za indikátor relativní stability při dané hodnotě pH budeme uvažovat graf odrážející rozložení množství mědi mezi různými sloučeninami a vezmeme-li v úvahu nekonečné množství možných kombinací v důsledku interakce obou jednotlivých aminokyselin a di-, tri- a dokonce i tetrapeptidy, pak teoreticky celkem Stabilita proteinátu v širokém rozmezí pH by měla být mnohem větší než stabilita daného kovového chelátu s aminokyselinou.

ČTĚTE VÍCE
Co léčí ibiškový čaj?

Biologická stabilita

Je zřejmé, že v reálných podmínkách uvažované další faktory ovlivní stabilitu chelátu. Lze však očekávat, že proteináty kovů budou mít fyzikálně-chemické vlastnosti nezbytné pro udržení konstantních charakteristik při změně pH.

Ačkoli existují některé protichůdné informace, tvorba kovových chelátů není příliš složitý proces, který je založen na základních chemických zákonech. Můžeme rozlišit dvě formy pravých minerálních chelátů, z nichž každá má specifické chemické a biofyzikální vlastnosti. Pečlivým studiem faktorů ovlivňujících tvorbu minerálních chelátů je možné identifikovat rozdíly mezi produkty z hlediska biologické stability a tím i biologické dostupnosti.

Cheláty aminokyselin železa, jako jsou cheláty glycinátu železa, byly vyvinuty pro použití jako doplňky stravy a terapeutická činidla při prevenci a léčbě anémie z nedostatku železa.

Bisglycinát železa je nejvíce studovaná a používaná forma. Absorpce železa z bisglycinátu je ovlivněna zesilovači a inhibitory absorpce železa, ale v menší míře než ze síranu železnatého. Bisglycinát železitý se lépe vstřebává z mléka, pšenice, celozrnné kukuřičné mouky a předvařené kukuřičné moučky než síran železnatý. Doplňkové studie ukázaly, že bisglycinát železitý je při léčbě anémie z nedostatku železa účinnější než minerální soli železa.

Vápník je jedním z nejběžnějších makroprvků v těle rostlin, zvířat i lidí, nejvíce se ho nachází v kostře a zubech. Tento chemický prvek se podílí na klíčových fyziologických a biochemických procesech buňky. Ionty vápníku se podílejí na procesech srážení krve, slouží také jako jeden z univerzálních druhých poslů uvnitř buněk a regulují celou řadu intracelulárních procesů – svalovou kontrakci, včetně sekrece hormonů a neurotransmiterů. Biologická dostupnost vápníku z léků a doplňků stravy je extrémně nízká. Proto byla vynalezena chelátová forma vápníku, která je dnes nejvíce biologicky dostupnou formou. Výhody chelátové formy vápníku · Vysoká biologická dostupnost – vstřebává se z 90-98%. · Rychle doplňuje nedostatek vápníku v těle; · Udržuje normální stav kostní tkáně a zubů; · Pomáhá zlepšit funkční stav cév a srdce · Neovlivňuje žaludeční sliznici a hladinu kyselosti. · Nezpůsobuje nadýmání ani zažívací potíže. · Nezpůsobuje usazování nerozpustných solí na stěnách cév. · Proniká placentární bariérou, což podporuje lepší vývoj plodu.

    • Pomáhá udržovat správnou funkci svalů
    • Pomáhá při vývoji a udržování kostí a zubů
    • Pomáhá při tvorbě tkáně
    • Pomáhá tělu absorbovat sacharidy, tuky a bílkoviny
    • Faktor pro udržení dobrého zdraví

    Chelátové minerální sloučeniny jsou nyní často součástí základních lidských potravin. Tyto speciální organické formy anorganických minerálních prvků jsou cheláty minerálních aminokyselin. Aminokyselinové cheláty, používané v minerálních doplňcích a obohacování potravin, poskytují kompletní organickou minerální výživu a poskytují největší šanci na vstřebávání minerálů.

    Chelát kov-aminokyselina je produkt vzniklý jako výsledek reakce iontu kovu z rozpustné soli kovu s aminokyselinami v molárním poměru jeden ion kovu k jedné až třem (výhodně dvěma) molekulám aminokyselin, přičemž tvorba kovalentních koordinačních vazeb. Průměrná molekulová hmotnost hydrolyzovaných aminokyselin by měla být přibližně 150 a molekulová hmotnost výsledného chelátu by neměla přesáhnout 800.

    Navenek se sloučenina podobá krabímu drápu, a proto se nazývá „chelát“ (z latinského „chele“ – dráp).

    Když se ligand naváže na kovový iont takovým způsobem, že vytvoří kruh, sloučenina kov-ligand je stabilnější. Jinými slovy, můžeme říci, že komplexy obsahující chelátové kruhy jsou stabilnější než komplexy bez kruhů. Toto je známé jako chelatační efekt.

    Zatímco minerály často chutnají špatně, mají nízkou biologickou dostupnost a urychlují degradaci potravin, ukázalo se, že chelátové formy nemají žádný vliv na oxidaci a poskytují minimální chuť (výborné senzorické vlastnosti).

    Klinické studie bisglycinátu železnatého ukázaly, že tato forma minerálu zlepšuje hladiny hemoglobinu a feritinu při nižších dávkách než síran železnatý nebo askorbát železnatý; nižší dávky znamenají méně vedlejších účinků a žádné interakce s jinými živinami.

    Tenké střevo, kde dochází k hlavnímu procesu vstřebávání minerálů, je schopno vstřebávat jednotlivé minerální ionty pouze při jejich kombinaci s aminokyselinami. V chelátové formě jsou minerální ionty již v aminokyselinovém obalu a nevyžadují další přeměny, tzn. připravena k absorpci buňkami tenkého střeva. Proto je dnes chelátová forma považována za nejstravitelnější.

    Výhody chelátů ve srovnání s anorganickými formami minerálních solí:

    1. Vyšší biologická dostupnost

    2. Snadnější snášenlivost – žádné žaludeční potíže

    3. Vyšší bezpečnost

    4. Neinteraguje se žaludečním obsahem, stejně jako potravou a dalšími dietními složkami potravy

    5. Lepší fyziologické účinky

    6. 100% nutriční hodnota

    Chelát aminokyseliny může zahrnovat železo, zinek, mangan, hořčík, měď, vápník a jejich směsi.

    Chelátové minerální sloučeniny jsou nyní široce používány při výrobě potravinářských přídatných látek k obohacení nápojů, hotových jídel, mléčných výrobků a cukrářských výrobků; při výrobě sportovní výživy, v kosmetologii a při výrobě léčiv.