Kupfer von R.Borgacci

Was

Was ist Kupfer?

Kupfer (im Englischen "Kupfer") ist ein chemisches Element mit dem Symbol Cu (vom lateinischen "Cuprum") und der Ordnungszahl 29.

Wie Eisen und Zink ist Kupfer auch ein Metall-Mikronährstoff, der für alle höher lebenden Organismen essentiell ist - das gilt nicht für Mikroorganismen. Vor allem bei Oxidations-Reduktions-Reaktionen und bei der Proteinsynthese, beispielsweise zur Herstellung bestimmter Enzyme, spielt es im menschlichen Organismus eine wesentliche Rolle für die Konstitution des biologischen respiratorischen Cytochrom-C-Oxidase- Katalysators - auch Komplex IV genannt, EC 1.9.3.1. Der Körper eines Erwachsenen enthält 1, 4 - 2, 1 Milligramm Kupfer pro Kilogramm Gewicht und die reichsten Gewebe sind: Leber-, Muskel- und Knochenparenchym.

Wussten Sie, dass ...

Kupfer ist bei Weichtieren und Krebstieren ein Bestandteil des Hämocyanins des Blutpigments; In diesen Organismen hat es die gleiche Funktion wie Eisen für das Hämoglobin des Menschen und viele andere Wirbeltiere.

Der Nährstoffbedarf von Kupfer für unseren Körper ist objektiv mäßig und kein Nährstoff, der normalerweise leicht ins Defizit gerät. sein Mangel ist wahrscheinlicher, wenn er mit allgemeinen Unterernährungsbildern in Verbindung gebracht wird. Zu den kupferreichsten Lebensmitteln zählen Innereien, Weichtiere, Krebstiere, Ölsaaten und stärkehaltige Keime. Die Resorption - im Darm - wird ebenso wie das Vorhandensein in der Nahrung auch von der allgemeinen Zusammensetzung der Mahlzeiten beeinflusst - beispielsweise durch das mögliche Vorhandensein großer Mengen von Eisen, Zink oder Chelatbildnern gegen die Ernährung. Sein Stoffwechsel kann durch Erbkrankheiten auch schwerwiegender Art beeinträchtigt werden.

Biologische Rolle

Biologische Rolle von Kupfer

Die biologische Rolle von Kupfer begann mit dem Auftreten von Sauerstoff in der Erdatmosphäre. Kupfer ist sowohl im Tier- als auch im Pflanzenreich ein essentielles Spurenelement, nicht jedoch in Bakterien und Viren.

Kupfer besteht in der Natur hauptsächlich aus Proteinen wie Enzymen und Transportern, die bei der Katalyse und dem Transfer von biologischen Elektronen oder Sauerstoffelektronen eine unterschiedliche Rolle spielen. Diese Prozesse nutzen die einfache gegenseitige Umwandlung der Kupfertypen I und II - Cu (I) und Cu (II) .

Kupfer ist für die aerobe Atmung aller eukaryotischen Zellen von wesentlicher Bedeutung. In den Mitochondrien befindet sich das Cytochrom-C-Oxidase- Enzym, das letzte Protein bei der oxidativen Phosphorylierung, das O2 zwischen einem Kupfer- und einem Eisenion bindet, 8 Elektronen auf das O2-Molekül überträgt und es so reduziert, um die Verbindung mit herzustellen Wasserstoff, mit zwei Molekülen Wasser.

Kupfer kommt auch in vielen Superoxiddismutaseenzymen vor, Proteinen, die den Abbau von Superoxiden katalysieren, indem sie durch Dismutation in Sauerstoff und Wasserstoffperoxid umgewandelt werden.

Vertiefung

Die Reaktion des Superoxiddismutaseenzyms ist wie folgt:

Cu2 + -SOD + O2- → Cu + -SOD + O2 (Kupferreduktion, Superoxidoxidation)

Cu + -SOD + O2- + 2H + → Cu2 + -SOD + H2O2 (Kupferoxidation, Superoxidreduktion)

Das Hämocyaninprotein ist der Sauerstoffträger bei den meisten Weichtieren und einigen Arthropoden, wie dem prähistorischen Krebstier Limulus polyphemus . Da Hämocyanin blau ist, haben diese Organismen Blut der gleichen Farbe und nicht rot - stattdessen typisch für unser Hämoglobin auf Eisenbasis.

Einige Kupferproteine, wie "blaue Kupferproteine", interagieren nicht direkt mit den Substraten und sind keine Enzyme . Stattdessen übertragen diese Polypeptide Elektronen durch den als " Elektronentransfer " bezeichneten Prozess.

Stoffwechsel

Kupferstoffwechsel im menschlichen Körper

Kupfer wird in den Darm und in die Blutbahn aufgenommen, wo es an Albumin bindet und in die Leber transportiert wird. Nach dem Leberstoffwechsel wird es hauptsächlich dank des Ceruloplasmin- Proteins an andere Gewebe verteilt. Letzteres trägt auch in der Muttermilch von Säugetieren sekretiertes Kupfer und wird besonders gut resorbiert. Weitere Informationen finden Sie unter: Ceruloplasmin.

Normalerweise fließt Kupfer in einem enterohepatischen Kreislauf - ein "Recycling" von etwa 5 mg / Tag -, während nur 1 mg / Tag mit der Nahrung aufgenommen und ausgestoßen wird. Bei Bedarf kann der Organismus den Überschuss über die Galle abbauen, der daher vom Darm nicht nennenswert resorbiert wird.

Der menschliche Körper enthält Kupfer in einer Menge von etwa 1, 4 - 2, 1 mg / kg Gewicht, das hauptsächlich in Leber, Muskeln und Knochen enthalten ist.

Diät

Kupferquelle Quelle IOM

Im Jahr 2001 aktualisierte das "US Institute of Medicine" (IOM) den geschätzten Durchschnittsbedarf (EAR) und die empfohlenen Futtermittel (Recommended Dietary Allowances - RDA) für Kupfer. Liegen keine ausreichenden Informationen zur Ermittlung von EAR und RDA vor, z. B. in Bezug auf Neugeborene, wird eine definierte Schätzung der ausreichenden Aufnahme (ausreichende Aufnahme - AI) verwendet.

Angemessene Aufnahme von Kupfer

Die AI für Kupfer bis zu einem Jahr entspricht:

200 μg Kupfer pro Tag für Männer und Frauen im Alter von 0 bis 6 Monaten
220 μg / Tag Kupfer für Männer und Frauen von 7-12 Monaten.

Empfohlene Nahrungsration von Kupfer

Die RDAs für Kupfer sind:

340 μg Kupfer pro Tag für Männer und Frauen im Alter von 1 bis 3 Jahren
440 μg Kupfer pro Tag für Männer und Frauen im Alter von 4 bis 8 Jahren
700 μg Kupfer pro Tag für 9-13-jährige Männer und Frauen
890 μg / Tag Kupfer für Männer und Frauen im Alter von 14-18 Jahren
900 μg Kupfer pro Tag für Männer und Frauen ab 19 Jahren
1000 μg Kupfer pro Tag für schwangere Frauen im Alter von 14 bis 50 Jahren
1300 μg / Tag Kupfer für stillende Frauen im Alter von 14-50 Jahren.

Zulässige obere Kupferaufnahme

Was das Sicherheitsniveau betrifft, schreibt die IOM mit ausreichenden Daten, um diese zu ermitteln, auch tolerierbare höhere Toleranzniveaus vor (tolerierbare obere Aufnahmemengen - UL). Im Falle von Kupfer wird der UL auf 10 mg / Tag eingestellt.

Hinweis : Zusammengenommen werden die EARs, die RDAs, die IAs und die ULs als Referenzwerte für die Ernährung angegeben (Dietary Reference Intakes - DRI).

Kupferquelle der EFSA

Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) bezeichnet die kollektive Reihe von Informationen als Referenzwerte für die Ernährung (DRV), wobei die Referenzaufnahme für die Bevölkerung (PRI) anstelle der RDA und des durchschnittlichen Bedarfs (AR) anstelle von gilt EAR. Für Frauen und Männer ab 18 Jahren beträgt der FA 1, 3 mg / Tag bzw. 1, 6 mg / Tag. Die KI für Schwangerschaft und Stillzeit beträgt 1, 5 mg / Tag. Bei Kindern im Alter von 1 bis 17 Jahren steigt die AI mit zunehmendem Alter von 0, 7 auf 1, 3 mg / Tag - sie liegt daher über den US-amerikanischen RDA. Die EFSA hat ihren UL auf 5 mg / Tag festgesetzt, was der Hälfte des Wertes der Vereinigten Staaten entspricht.

Kupfer auf dem Lebensmitteletikett in den USA

Für die Kennzeichnung von Nahrungsergänzungsmitteln und diätetischen Lebensmitteln in den Vereinigten Staaten wird die Kupfermenge in einer Portion als Prozentsatz des Tageswerts (% Tageswert -% DV) ausgedrückt.

100% der DV waren 2, 0 mg, aber ab dem 27. Mai 2016 wurde sie auf 0, 9 mg überarbeitet, um sie mit der RDA in Einklang zu bringen.

Lebensmittel

Lebensmittel reich an Kupfer

Unter den kupferreichen Lebensmitteln gibt es sowohl Lebensmittel tierischen als auch pflanzlichen Ursprungs. Typische Beispiele sind: Leber als Lebensmittel, Niere oder Niere als Lebensmittel, Austern, Krabben, Hummer, Kakao, Walnüsse, Pekannüsse, Erdnüsse, Sonnenblumenkerne und deren Öl, Maiskeime und deren Öl, Weizen- oder Roggenkleie, Bohnen, Linsen, Kakao, Schokolade etc.

Sekundäre Quellen sind: Fleisch, insbesondere Lammfleisch, und einige Früchte wie Zitronen, Äpfel, Papaya, Kokosnuss usw., Pilze und Bierhefe.

Das Thema ist auf der Seite: Kupfer in Lebensmitteln besser entwickelt.

Mangel

Symptome des Nährstoffmangels von Kupfer

Aufgrund seiner Rolle bei der Erleichterung der Eisenabsorption kann der Nährstoffmangel von Kupfer ähnliche Symptome wie Eisenmangelanämie hervorrufen, mit der Möglichkeit von:

Neutropenie
Knochenanomalien
hypopigmentation
reduziertes Wachstum
erhöhte Inzidenz von Infektionen
Osteoporose
Hyperthyreose
Anomalien im Glukose- und Cholesterinstoffwechsel.

Diagnose eines Kupfermangels

Der Zustand eines schweren Kupfermangels kann durch Testen der Plasmaspiegel des Minerals - oder Serumkupfers - von Ceruloplasmin und Superoxiddismutase in roten Blutkörperchen festgestellt werden. Hinweis : Diese Parameter reagieren nicht auf den geringen Kupfermangel in der Nahrung. Alternativ kann auf die Analyse der Aktivität des Cytochrom-C-Oxidase-Enzyms in Leukozyten und Blutplättchen zurückgegriffen werden, es ist jedoch nicht klar, ob die Ergebnisse dieses Tests tatsächlich wiederholbare Ergebnisse liefern.

Toxizität

Lebensmittelkupfertoxizität

Bei einigen Selbstmordversuchen wurde festgestellt, dass übermäßige Mengen an Kupfer - in Form von Salzen - eine akute Toxizität hervorrufen können, wahrscheinlich aufgrund der Redoxwirkung und der Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies, die für die DNA schädlich sind.

Bei verschiedenen Nutztieren wie dem Kaninchen entspricht die toxische Menge an Kupfersalzen 30 mg / kg. Um ein zufriedenstellendes Wachstum zu gewährleisten, sind mindestens 3 ppm / Tag erforderlich, und 100, 200, 500 ppm können den anabolen Stoffwechsel und damit die Wachstumsrate der Tiere günstig beeinflussen.

Beim Menschen ist es in der Regel unwahrscheinlich, dass Fälle chronischer Toxizität auftreten, da die Transportsysteme die Absorption und Ausscheidung des Minerals regulieren.

Durch autosomal rezessive Mutationen in Kupfertransportproteinen können diese Systeme jedoch deaktiviert werden. Dies führt zu einer kupferakkumulierenden Erkrankung von Wilson - auch in den Augen, die typischerweise als Kayser-Fleischer-Ringe bezeichnet werden - und zu einer Leberzirrhose bei Personen, die zwei davon geerbt haben defekte Gene. Weitere Informationen zu Medikamenten und Morbus Wilson finden Sie in dem entsprechenden Artikel.

Ein übermäßiger Kupfergehalt wurde auch mit einer Verschlechterung der Symptome der Alzheimer-Krankheit in Verbindung gebracht.

Exposition gegenüber Kupfertoxizität

In den Vereinigten Staaten hat die Arbeitsschutzbehörde (OSHA) einen zulässigen Expositionsgrenzwert (PEL) für Kupferstäube und damit verbundene Dämpfe am Arbeitsplatz von 1 mg / m3 festgelegt - zeitgewichteter Durchschnitt (TWA). Das Nationale Institut für Sicherheit und Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz (NIOSH) hat einen empfohlenen Expositionsgrenzwert (REL) von 1 mg / m3 TWA festgelegt. Der Wert "unmittelbar gefährlich für Leben und Gesundheit" (IDLH) beträgt 100 mg / m3.

Kupfer ist auch Bestandteil der Tabakpflanze, die Metalle aus dem umgebenden Boden schnell aufnimmt und sich in den Blättern ansammelt. Beim Rauchen wird neben den toxischen Bestandteilen der Verbrennung - deren Schädlichkeit weitgehend belegt ist - auch eine potenziell schädliche Rolle dieser Elemente vermutet.

Populäre Medizin

Kupfer in der Volksmedizin

In letzter Zeit sind einige Kompressionsbekleidung mit geflochtenem Kupfer auf den Markt gekommen. Solche Kleidung hätte vielversprechende therapeutische Indikationen, die die von der Schulmedizin vorgeschlagene Kompressionsfunktion zur Behandlung einiger spezifischer Störungen mit dem "Energiepotential" des Materials kombinieren, das stattdessen von der Volksmedizin festgelegt wird.

Material

Eigenschaften und Eigenschaften von Kupfer als Werkstoff

Als Material zeichnet es sich durch Eigenschaften wie Weichheit, Formbarkeit, extreme Duktilität und hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit aus. Die Oberfläche von reinem Kupfer, das gerade freigelegt - also noch nicht oxidiert - ist rot-orange gefärbt. Kupfer wird als Wärme- und Stromleiter, als Baumaterial und als Bestandteil verschiedener Legierungen verwendet, z. B. Silber für Schmuck, Kupfernickel für die Herstellung von Eisenwaren und Schiffsmünzen sowie Konstantan für Dehnungsmessstreifen und Thermoelemente Temperaturmessung.

Vertiefung

Kupfer ist eines der wenigen Metalle, die in der Natur in der bereits verwendbaren Form vorkommen - natürliches Metall. Dies ermöglichte die Verwendung durch den Menschen bereits 8000 v. Chr. Es war das erste Metall, das durch sein Mineral geschmolzen wurde (5000 v. Chr.), Das erste, das gedruckt wurde (4000 v. Chr.) Und das erste, mit dem eine beabsichtigte Legierung gebildet wurde ein anderes Metall, die Dose, um Bronze herzustellen (3500 v. Chr.).

In der Vergangenheit - schon in der Römerzeit - wurde Kupfer ausgiebig abgebaut und für verschiedene Anwendungen eingesetzt. Die aus den Funden am häufigsten gefundenen Verbindungen sind Kupfersalze (Kupfer II oder Cu II), die den Mineralarten Azurit, Malachit und Türkis häufig als Pigmente eine blaue oder grüne Farbe verleihen. Kupfer, das in Gebäuden üblicherweise als Beschichtung verwendet wird, oxidiert und bildet eine grünliche Patina. Kupfer wird manchmal auch in der dekorativen Kunst verwendet, sowohl in seiner elementaren Metallform als auch in anderen Verbindungen. Verschiedene Kupferwerkstoffe werden als Bakteriostatika, Fungizide und Holzschutzmittel eingesetzt.

Antibiofouling - Anti-Akkumulator

Kupfer ist eine biostatische Verbindung, dh es erlaubt nicht das Wachstum von Bakterien und vielen anderen Lebensformen.

Es ist daher ein sehr wirksames Antifouling und hat daher in der Vergangenheit im nautischen Bereich häufig Verwendung gefunden - zuerst in Reinheit, dann in Muntz-Legierung (40% Zink) oder Kupferfarbe. Kupfer war notwendig, um Bauteile und Oberflächen zu strukturieren und abzudecken, die sich unterhalb der Wasserlinie befinden - dem lebenden Schiff des Bootes - auf denen normalerweise Algen, Muscheln, Gramostini (Hundezähne), Napfschnecken usw. entwickelt werden.

Aufgrund der Eigenschaft des "Anti-Bioakkumulators" sind Kupferlegierungen zu grundlegenden Materialien für die Vernetzung in der Aquakultur geworden. Sie haben auch ausgezeichnete antimikrobielle, strukturelle und Korrosionsbeständigkeitseigenschaften.

Antimikrobielles Kupfer

Die antibakteriellen Kontaktflächen aus Kupferlegierungen haben natürliche Eigenschaften, die eine Vielzahl von Mikroorganismen zerstören - zum Beispiel E. coli O157: H7, Methicillin- resistenter Staphylococcus aureus (MRSA), Staphylococcus, Clostridium difficile, Dell-Virus Influenza A, Adenovirus und verschiedene Pilze. Es hat sich gezeigt, dass Hunderte von Kupferlegierungen, die regelmäßig gereinigt werden, über 99, 9% der pathologischen Bakterien in nur zwei Stunden abtöten. Die "United States Environmental Protection Agency" (EPA) hat die Registrierung dieser Kupferlegierungen als "antimikrobielles Material mit Vorteilen für die öffentliche Gesundheit" genehmigt, so dass die Hersteller die Vorteile in Anspruch nehmen können. Darüber hinaus hat die EPA eine lange Liste antimikrobieller Kupferprodukte aus diesen Legierungen genehmigt, wie Handläufe, Geländer, Spülen, Wasserhähne, Türgriffe, Toilettenzubehör, Computertastaturen, Ausrüstung für Wellnesscenter und Einkaufswagengriffe. In Krankenhäusern werden Kupfergriffe eingesetzt, um die Übertragung von Krankheitserregern zu reduzieren. Das Bakterium "Legionärskrankheit" oder "Legionellose" ( Legionella pneumophila ) wird durch die Verwendung von Kupferrohren in Hydrauliksystemen unterdrückt. Antimikrobielle Kupferlegierungsprodukte werden in Gesundheitseinrichtungen in den folgenden Ländern installiert: Vereinigtes Königreich, Irland, Japan, Korea, Frankreich, Dänemark und Brasilien sowie im Nahverkehrssystem in Santiago, Chile, wo - zwischen 2011 und 2014 - In rund 30 Stationen werden Kupfer- und Zinkhandläufe installiert.

Vertiefung

Chromobacterium violaceum und Pseudomonas fluorescens können festes Kupfer als Cyanidverbindung mobilisieren.

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