微量元素是什么意思（微量元素是指）

虽然业界存在各种混淆和矛盾的关于微量元素螯合的信息，但微量元素螯合其实是一种相对简单化学合成过程。研究者通过分析影响微量元素螯合的重要因素，就可以在生物稳定性和利用率的基础上对产品进行区分。

图1 “螯合物chelates”来源于希腊单词“chele”，代表螃蟹的螯

市场上有多种形式的为动物补充营养的金属络合物，根据微量元素是否为络合或以其他方式与有机分子相结合，来决定其是否命名为“有机微量元素”。由于络合和螯合越来越被人熟知，因而在动物饲料行业其概念常常被混淆。诸如金属氨基酸络合物，金属氨基酸螯合物，金属多糖络合物和金属蛋白盐比比皆是，并且官方并未给出明确的定义来区分。一般来讲，术语“络合物”可用于描述金属离子与一个分子或离子（配体）的反应所形成的物质，这种物质含有具有孤对电子的原子。在络合物中，配位体通过提供电子的原子如氧，氮或硫键结合到金属离子上。仅包含一个供体原子的配体被称为“单原子螯合配体”，而那些包含两个或更多的供电子原子键合至金属离子被称为二，三或四配位基的配体。这些多供体种类，也可以称为多配基配体。当这样的配体由两个或更多个供电子原子键合到金属离子上，所形成的络合物包含含有金属原子的一个或多个杂环。这种络合物被称为“螯合物”。值得注意的是，尽管所有螯合物是络合物，但所有的络合物未必是螯合物。虽然螯合原理很简单，但有一些标准必须满足，以确保稳定微量元素螯合物的形成：

`螯合配体至少含有两个原子能与金属离子成键

`配体必须与金属形成封闭杂环

`空间上必须能够螯合金属

`所述配体与微量元素的比值必须满足稳定性最低要求

真正的螯合物是具有金属离子与氨基酸的氨基和羧基末端形成的‘环状结构。

氨基酸和肽作为配基

许多不同观点认为在形成微量元素螯合物方面，氨基酸比肽更适宜、更具优势，认为这种产品的生物利用度更高。

当金属盐如硫酸铜溶解在水中与二齿配位体氨基酸配合，会形成一系列的络合物。这些络合物存在于溶液中的相对含量取决于该络合物的稳定性、配体和金属浓度、溶液pH值。pH值，微量元素与配体的比例及离子强度都是影响络合物和螯合物相对稳定性的因素。在许多情况下，金属和二或三肽之间形成的螯合物比由单个氨基酸与微量元素（金属）反应形成的络合物有更高的稳定性。

金属络合物的稳定性最终取决于金属离子和配体的化学性质。就金属离子对稳定性的影响而言，增加离子电荷和提高电子亲和力都会形成高稳定性的络合物。

该配体还具有影响络合物稳定性的特点，包括其碱度，金属-螯合环的数目，螯合环的大小，位阻效应，共振效应，和配体原子。由于配位化合物作为路易斯酸-碱反应的产物，其中金属离子是酸性而配体是碱性，它们结合一般的基本配体，形成更稳定的络合物。

图2 Richard Murphy：“微量元素的螯合过程是一些基于基础化学反应的过程。”

络合物与螯合物比较

在这种的情况下哪种是最好的？”当人们在比较络合物和螯合物的时候会考虑许多不同因素……但是，比较产品稳定性常数是考虑的重要因素之一。稳定性常数（也称为形成常数或结合常数）是指可以在溶液中形成配合物或螯合物的平衡值。我们可以通过测量微量元素[M]配体[L]和螯合物的相对比例[ML]，从而[L] + [M]?[ML]推导出这个值。最终的稳定常数β，可以被定义为结合的微量元素浓度与游离微量元素的浓度的比例。为了简化，可用如下公式表示：β= [ML] / [L] [M]。

这表明，稳定常数β的值越大，结合微量元素相对于游离配体[L]或游离微量元素[M]的比例就越大。通常情况下，稳定常数以log值表示。

稳定性常数

在各种配体，包括氨基酸，二肽，三肽等的稳定性常数很容易在NIST稳定常数数据库中获得，其计算要考虑到相对pH、离子强度、温度、配体类型、配体和金属浓度。比较不同的配位体如氨基酸，二肽和三肽时，稳定常数数据是很有用的参考。一般在给定的条件下，稳定常数的值越高，结合的微量元素比例相对更大当然，也有例外。同样地，络合化学控制螯合作用的性质决定将最终有助于配体微量元素络合物的稳定性。

相同的生理条件下，与铜络合的配体稳定常数的数据列于表1。这表明，不仅氨基酸的类型影响给定螯合物的稳定性，其中的氨基酸的构型也可以显著影响配体和微量元素的相互作用。在一些情况下，简单地增加配体氨基酸的数目可能不会增加金属络合物的稳定性，因此结合微量元素的相对比例不会增加……

鉴于这一点，如果你检查表中三肽螯合物（甘氨酸-甘氨酸-甘氨酸，甘氨酸-甘氨酸-组氨酸以及甘氨酸-组氨酸-甘氨酸）的稳定性，你可以发现肽链中氨基酸总序列和位置将大大影响螯合物的稳定性。

例如甘氨酸-甘氨酸-甘氨酸中一个甘氨酸用组氨酸取代，得到甘氨酸-甘氨酸-组氨酸，可增强其稳定值，从而提高结合微量元素的相对比例。此外，改变三肽序列中组氨酸的位置（例如形成甘氨酸-组氨酸-甘氨酸）可以使稳定常数进一步增加，因此增加结合的微量元素的比例。

配体的类型至关重要

实际上，相对于游离微量元素和配基，三肽中氨基酸简单构型的改变会导致更大比例的微量元素结合。与自由微量元素相比，与配位体结合的微量元素可更大比例的简单更改结构。从本质上讲，微量元素螯合物稳定性显著受到氨基酸的类型和肽序列中氨基酸结构的影响。在本质上，配体大小不是至关重要的，配体类型才是最重要的。

当与微量元素结合时，每种氨基酸表现出不同的稳定性常数，而且这些可以在各种数据库进行评估。合理，计算的情况下，可选择拥有更大供电子原子数目，因此当结合到金属离子时，形成潜在的螯合环，将会比单个氨基酸如甘氨酸形成的螯合环有更稳定。

当然，这依赖于肽是否能够形成一个以上的螯合环。对于氨基酸而言，肽也表现出一定范围的稳定性。在许多情况下，肽螯合物的稳定性比单一氨基酸螯合物更大。从生产的角度来看，必须注意蛋白质源的水解的类型和程度，其形成短的链肽，可以显著影响肽的氨基酸序列。在奥特奇欧洲生物科学中心开展的研究表明，通过选择水解条件来实现为微量元素螯合物提供‘最佳’蛋白水解物。这确保了百乐微量元素在广泛的pH值变化下保持稳定，不改变本身的无物理化学性质。

图3 当配体由两个或更多个供电子原子键合到金属离子上，所形成的络合物包含含有金属原子的一个或多个杂环，这种络合物被称为“螯合物”。