Leivänteko: Fytiinin mineraalit

Fytiini IP6 kelaattina ja mineraalikomplekseja muodostavana

Jatkoa: LÄHDE: Turk (Larsen) Maria. Cereal- and Microbial Phytases. Phytate Degradation. Mineral binding and Absorption 1999 GU, Chalmers University of technology. Department of Food Science)

IP6 muodostaa 2+ arvoisten mineraalien Fe, Zn, Mg, Ca, Cd, Cu kanssa komplekseja. Fytaattimolekyyli voi muodostaa fytaatti-mineraalikelaatin neutraalissa pH:ssa. Sitoutumalla yhteen fosfaattiryhmään tai tekemällä sillan kahden fosfaattiryhmän välillä eri kationit voivat muodostaa kelaattikomplekseja yhden fosfaatin sisällä, tai inositolimolekyylin sisällä tai mahdollisesti eri inositolimolekyylien fosfaattiryhmien kesken, jolloin tulee isompia kompleksiverkkoja.

Divalenttien kationien sarjassa Irwing-Williamsin mukaan metalli-ligandikompleksien stabiliteetti menee seuraavan järjestyksen mukaan:

Mangaani 2+ <>

Stabiliteettijärjestys IP6-molekyylin metallikomplekseille Vohran mukaan (pH 7.4)

on seuraava Ca 2+ <>

jollain toisella menetelmällä Maddaiah sai seuraavan stabiliteettijärjestyksen:

Ca 2+ <>Kuitenkin molemmissa tutkimuksissa kuparilla ja sinkillä oli korkea affiniteetti fytiiniin. Metallin sitoutuminen fytiiniin ja kompleksin liukoisuus olivat riippuvaisia pH-arvosta.

Alempien polyfosfaattien metallien sitomiskyvystä saadut tiedot ovat vähäisempiä

Tässä tutkimuksessa osaltaan keskityttiin IP6, IP5, IP4 ja IP3 polyfosfaattien mineraalinsitomiskykyyn.

Ca2+ja polyfosfaatit

Kaufman ja Kleinberg tutkivat calsiumin (Ca2+) sitoutumista pH-alueessa 2.0-12.0.

Kun fosfaatiryhmien lukumäärä väheni, se pH, missä IPx ensin sakkautui, puolestaan nousi ( oli alkaalisempi) osoittaen, että mineraalin sitoumiskyky täten progressiivisesti aleni.

Fosfaattiryhmän asema inositolirenkaasssa on olennaisen tärkeä mineraalien sitoutumisessa.

Mernissi – Arifi et al. Tutkivat eräitten IP3 trifosfaatti-isomeerien kompleksiutumisominaisuuksia kuparijonin Cu2+, sinkkijonin Zn2+ ja rautajonien Fe2+ ja Fe3+ kanssa. He osoittivat että IP 3 kolme sitoi vahvemmin kationeja kolmeen vierekkäiseen fosfaattiin kuin kolmeen alternoivaan fosfaattiin. Tässä tapauksessa alternoivan fosfaatin 1-asema axiaalisesti stabiloi yhdistystä parhaiten.

Hawkins et al. osoittivat, että fosfaattien asettuminen 1,2,3-asemiin(ekvatoriaalinen, aksiaalinen, ekvatoriaalinen) oli korkea-affiniteettinen interaktiossa rautajonin kanssa.

IP6- kompleksien muodostuksessa oli tärkeää

pH ja IP6:n molaariset suhteet mineraaleihin.

Fytaatin dissosiaatiovakioista esitetään taulukkona fosforihappojärjestelmän dissosiatiokäyrät pH 1-16.

Fosforihappo H3PO4 on triproottinen ja dissosioituu kolmessa askeleessa.

H3PO4, H2PO4-, HPO4=, PO4(3-)

Polyproottiisten happojen ominaisuus on se, että ensimäisessä askeleessa ne dissosioituvat voimakkaammin kuin toisessa ja toisessa voimakkaammin kuin kolmannessa.Joka askeleesta vapautuu protoni.(ykkösH+)(kakkosH+) Varautumaton molekyyli vapauttaa protonia helpommin kuin varautunut. Ja yhden negatiivisen varauksen omaava helpommin kuin kahden varauksen omaava.

Fytiinihappo(PA) sisältää inositolirenkaan, jossa on kuusi fosforihapporyhmää liittyneenä.Jokainen näistä kuudesta ryhmästä omaa (ykkös) H+ ja (kakkos)H+ protonit. ,joiden teoreettisesti voidaan odotaa dissosioiuvatn tuon kolmiaskeljärjestelmän kahden ensimmäsen askeleen mukaan.( KUVA) PH arvon ollessa 7, voi olettaa että 6 kpl ykkös H+ ja 3 kakkosH+ voi olla protonoituna. Teoreettisesti neutraalissa pH 7- miljöössä inositolimolekyyli omaa negatiivisen varauksen 9 ( 6 ja 3 dissosioitunutta protonia).

On paljon tutkittu näitten 12 protonin mahdollista korvautuvuutta eri dissosiaatio

vakioilla. On käytetty erilaisia elektrolyyttimedioita ja eri joniväkevyyksiä.

Pienet kationit, joilla on matala polarisoituvuus, kuten alkalimetalleilla ( Li+, Na+, K+),

muodostavat mitä sabiilimman kompleksin jonisidoksilla elektronegatiivisiin atomeihin kuten O, N ja F.

Fytiini sisältää 18 donorihappiatomia. Ja näyttää suosivan komplekseja alkalimetallien kanssa( Li +, Na +, K+).

Kun kantava elektolyytti (supporting elektrolyte) sisältää alkalijoneja, tulee kilpailu protonin ja metallin kesken IP6 molekyylin koordinaatiopaikoista ja protonaatiovakio on sen takia riippuvainen myös väliaineen (medium) jonivahvuudesta. Kun lisää alkalimetallien pitoisuutta miljöössä (medium), pKa kasvaa. Taulukolla on osoitettu fytiinihapon 12 pKa arvoa ( K arvo jokaiselle vaihdettavalle protonille; K1-K12).

Fytiinihappo sisältää kuusi vahvasti dissosioituvaa protonia (pKa(1-6) ) ja kuusi heikosti dissosioituvaa protonia ( pKa(7-12)).

Nämä tutkimukset ovat tehty yksinkertaistetussa miljöössä. Ihmisen suolistossa ruoansulatusjärjestelmässä miljöö on varsin monimutkainen. On läsnä suuret määrät alkalikationeja kuten Na+ ja K+. Sen sijaan että suoliston pH olisi fiksoitunut johonkin yhteen tasoon, se vaihtelee tietyissä rajoissa. Mahalaukun pH voi olla noin 2.0 ja suoliston puolella pH voi olla 6-8. Kuitenkin verrattaesa tutkimusmiljööstä saatuihin taulukoihin, voidaan odottaa fytiinin (IP6) omaavan ainakin 6 ehkä enemmänkin dissosiaatiokykyistä protonia niissä tienoissa, missä mineraaleja tapaa imeytyä ( pohjukaissuolessa duodenumissa, pH5) ja sen takia IP6 voi helposti olla interaktiossa kationien kanssa. (Jossain sanotaan , että fytiini on vahvimpia antioksidantteja solussa. Se voi todellakin protonoitumiskykyjensä takia "fiksoida" solunesteen kationeja ja muodostaa elektroneutraliteettia verkkoutumalla molekyyleineen kationien välityksellä solulimaan).

Raudan, sinkin, kuparin ja kadmiumin sitoutumisominaisuuksista

Fe, Zn. Cu ja Cd ovat suhteellisen pieniä molekyylejä ja niitten kationit ovat vahvasti varautuneita., sen takia niiden kyky polarisoida anioneja, esim muodostaa kovalentteja sidokseja, on suuri.

Rauta (Fe, Ferrum) on siirtymäalkuaine ja sellaisena se on vahva polarisoimisominaisuuksiltaan. Näille siirtymäalkuaineille on ominaista d-orbitaalin osittainen miehitys. Sentakia ne pystyvät hankkimaan useampia oksidaatiotiloja.Ferri (Fe3+) omaa d-orbitaalilla viisi d-elektronia ja ferro ( Fe 2+) oma kuusi d-elektronia.

5 d-orbitaalia voivat kantaa yhteensä 10 elektronia. Sinkillä (Zn 2+) ja kadmiumilla (Cd 2+) on d-orbitaaleilla täydet 10 elektronia.

Kuparilla (Cu) nousee yksi 4s-elektroneista täyttämään 3d-orbitaalia . Cu+ ( cupro) omaa 10 elektronia d-orbitaalilla ja Cu2+( Cupri) omaa 9 elektronia d-orbitaalilla.

(Kirja esittää kuvan alkuaineista 1-48 ja niiden s, p ja d-orbitaalien elektronimääristä)

Metallijonin koordinaatioluku on sama kuin kelaattiyhdisteessä sitä ympäröivien ligandien totaali lukumäärä.. Metallikelaatin suosima geometria selittyy ytimen polarisaatiosta ja ytimeen sitoutumisesta kuten myös metallijonin orbitaaleista. Totaali molekulaarinen polarisaatio on summa polarisaatiosta, joka on peräisin dipolimomenttien, elektronien ja tuman orientaatiosta.

Sinkki (Zn, Zinconum), jolla on 10 ulompaa elektronia d-orbitaalillaan, muodostaa tetrahedraalisen kelaattikonfiguraation ja harrastaa koordinaatiolukua neljä.

Nämä parametit toimivat myös Cu+ ja Cd2+ molekyylien suhteen identtisesti.

Mutta kupari (Cu2+) muodostaakin kvadraattisen kelaatin, neliömäisen.

Rauta esiintyy myös useassa tilassa. Ferro joni Fe2+ ottaa mielellään oktahedraalisen järjestyksen ja koordinaatioluku on kuusi.

Ferrijoni (Fe3+) valitsee tetrahedraalisen koordinoitumisen.

Näinpä Fe, Zn, Cu ja Cd omaavat vahvan tendenssin tehdä kelaattikomplekseja. Erityisesti raudalle (Fe) on tyypillistä oksidaatiotilojen ja koordinaatiolukujen variaatiot ja tästä seuraa monia kompleksinmuodostuksen mahdollisuuksia. .

Myo-inositolifosfaattien konformaatioista

Tutkittaessa IP6-metallikomplekseja tulee ottaa huomioon inositolifosfaattien konfiguraatiokin. IP6 on olemassa kahdessa eri konfiguraatiossa.

1ax/5eq tarkoittaa. Yksi fosfaatti on aksiaaliasemassa (pystyssä) ja 5 on ekvatoriaalisessa asemassa.(tasossa)

5ax/1eq tarkoittaa: viisi fosfaattia on aksiaalisessa asemassa (pystyssä, kuin supussa) ja yksi on ekvatoriaalisesti ( horisontaalitasossa). Kun IP6 fytiini on kiinteässä muodossaan, se valitsee steerisesti estyneen aksiaalisen muodon, joka on 5ax/1eq. Mutta kun fytiini on nesteessä, konfiguraatioon vaikuttaa pH. Jos inositolifosfaatit pystyvät olemaan näissä molemmissa konfiguraatioissaan fysiologisessa pH-miljöössä, toinen näistä muodoista saattaa olla eri metallien suhteen enemmän suosiossa kuin toinen. Sen takia inositolin steerisillä conformaatioilla voi olla merkitystä niitten vaikutuksessa mineraalien biologiseen saatavuuteen.

Käsillä olevassa tutkimuksessa

Fytiini IP6 IP1 havaittiin olevan 1ax/5eq (Agranofs turtle) konfrontaatiomuodossa, kun pH oli välillä 3-9. Siis kilpionna on aivan oikein päin pää, pystyssä. ( pääpystys0 aksiaaliseti, tassut ja pyrstö horisontaalisesti, ekvatoriaalisesti)

Kuitenkin inositolifosfaateille, joilla oli viisi tai useampi ekvatoriaalinen fosfaatti (IP6 ja IP5), konformaatio muuttui steerisesti stabiilista 1ax/5eq konformaatiosta steerisesti estyneeksi 5ax/1eq konformatioon, kun pH ylitti 9. Tämä steerisesti estyneen konformaation valinta , kun pH nousee alkaaliseksi, yli 9, sai selvityksensä elektrostaattisesta repulsiosta, joka vallitsi negatiivisesti varattujen ekvatoriaalisten vierekkäisten fosfaattien välillä 1ax/5eq tilassa ja stabilisaatiosta 5ax/1eq konformaation vetysiltoja muodostamalla ja ( tai) samaan suuntaan sojottavien, orientoituneitten, fosfaattien natriumjoniliitoksilla. Kun fosfaatit ovat tällä tavalla samoin orientoituneet ( syn-axiaalisesti), niillä on kyky muodostaa vahvoja koordinaatiosidoksia natrium-vastajoniin ja siten vähentää minimiin elektrostaattista repulsiota.

Täten konformaatio 5ax/1eq saattaisi olla suotuisa divalenttien kationien sitomiseen , arvelee tutkija.

Mitään merkkiä tämä 5ax/1eq konformaation prioriteetistä ei havaittu molekyyleissä IP4, IP3, IP2 tai IP1. Tämä konformaation muutos tapahtui pH alueella yli 9. Siis ihmissuolistossa liikutaan vain alueella pH 6-8.

Kuitenkin erään toisen tutkimuksen mukaan IP6 voi esiintyä molempia konformaatioitaan nopeasti vaihdellen pH 7 miljöössä. (Tämä teoria on mielenkiintoinen. Se voisi osallistua soluoskillaation luomiseen).

Lisäksi ehdotetaan , että Zn2+ olisi ensisijaisesti sitoutuneena 5ax /1eq konformaatiossa olevaan fytiiniin, jota on tasapainotilassa pienempiä määriä kelaattina, kun pH on 5-7. IPx on mahalaukussa suolahapon vaikutuksesta täysin protonoituna (pH<3,2).> pohjukaissuolessa mineraalikomplekseja, koska pH nousee 3,2:sta kohti 7,7:ää. Tämän takia fytaasientsyymin läsnäolo ruoassa parantaa raudan imeytymistä..

MYO-INOSITOLI ollessaan protonoituna ottaa eri asemiin eri mineraaleja.

5C-6C asemaan menee mielellään kalsium (Ca++)

2C asemaan menee sinkki, (Zn++)

Magnesium(Mg++) menee mielellään 6C asemaan ja

Rauta (Fe++) tavataan myo-inositolin 5C asemassa.