Kelaatio

Kelaatio on ilmiö, jossa Lewis-hapan metalli-ioni tarttuu saman molekyylin useampaan Lewis-emäksiseen ryhmään, muodostaen metallikompleksin. Syntyvä aine on kelaatti. Tavallisia kelaatteja ovat hemoglobiinin hemi (raudan ja porfyriiniryhmän kelaatti) ja vitamiinin B₁₂ eli syanokobalamiini (koboltin ja porfyriininsukuisen ryhmän kelaatti). Kelaation tehtävänä on joko viedä metallikationi reaktioon tai poistaa se; kyseessä on siis faasinsiirtokatalyysi.

Kompleksin muodostus monihampaisen ligandin kanssa on huomattavasti suositumpaa kuin useamman samankaltaisen mutta yksihampaisen, mikä on ns. kelaatti-ilmiö. Siten esim. kaksi metyyliamiinia sitoutuu heikommin kuin yksi kaksihampainen dietyleeniamiini. Tämä johtuu siitä, että vaikka entalpia olisi sama, monihampainen ligandi on yhtenäinen molekyyli, mikä rajoittaa hampaiden liikettä. Siten se ei menetä entropiaa yhtä paljon sitoutuessaan kelaation vaatimaan yhteen tiettyyn konformaatioon, koska se on siinä jo suurimmaksi osaksi. Useamman yksihampaisen sen sijaan on valittava hyvin erityinen järjestys, jossa useampi ligandi hampaineen on sattumalta yhtä aikaa metallilla poissa liuottimesta, eikä esim. yksi puutu. Siten useampi yksihampainen menettää enemmän entropiaa muodostaessaan kompleksin. Reaktion tasapainon määräävä Gibbsin energian muutos muodostuu entalpia- ja entropiatermistä lausekkeella ΔG = ΔH – TΔS, missä ΔG on Gibbsin energian muutos, ΔH on entalpian muutos, T on lämpötila ja ΔS on entropian muutos. ΔS on negatiivinen eli epäjärjestys vähenee, kun järjestetään molekyylejä kelaatiksi, ja se on enemmän negatiivinen usealle yksihampaiselle, joten –TΔS on enemmän positiivinen ja ΔG siirtyy positiiviseen eli epäsuosittuun suuntaan yksihampaiseen vaihdettaessa. Siten reaktion tasapaino on vähemmän täydellisen kompleksin puolella.

Farmakologiassa kelaatiolla voidaan parantaa annostellun metallin imeytymistä tai poistaa myrkyllistä metallia elimistöstä. Kalsium esimerkiksi imeytyy paremmin sitraattina, joka on "kolmihampainen", koska siinä on yksi hydroksyyli- ja kaksi karboksyylihapporyhmää, joiden avulla kalsium kulkeutuu paremmin suolistosta verenkiertoon. Metallin poistamisesta esimerkki on EDTA-hoito lyijy-, elohopea-, rauta-, tms. myrkytykseen. Kelaatio voi olla myös yhteisvaikutus, jossa metallin ja lääkeaineen kelaatti ei toimi tai imeydy suolistosta.^[1]

Kelaatiota tapahtuu myös luonnossa maaperässä, jossa kelaatteja muodostavat eniten sienijuuret ja mikrobit. Kelaatio edistää mikroravinteiden (mm. kupari, sinkki) liukenevuutta, mutta myös estää joidenkin metallien (ainakin kadmiumin ja elohopean) toksisuuden ja siten estää niiden päätymistä kasveihin.^[2] Tämä kenties selittää että tuhkalannoitetun metsän marjojen, sienten tai kasvien raskasmetallipitoisuudet eivät poikkea merkittävästi normaalista.^[3]

1. ↑ Laine Kari. "Lääkkeiden yhteisvaikutukset.", sivu 126. Kustannusosakeyhtiö Tammi, 2005.
2. ↑ Jacke Dave. "Edible Forest Gardens - Volume One", sivu 117. Chelesea Green Publishing, 2005
3. ↑ Metsän tuhkalannoitus ei saastuta marjoja ja sieniä (Arkistoitu – Internet Archive). Metsäntutkimuslaitos 2006.