Kupferstoffwechsel

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Der Kupferstoffwechsel der Zellen hat Auswirkungen auf viele Funktionen. Seine Störung ist mit gravierenden Organerkrankungen assoziiert, so mit solchen der Leber, des Gehirns und des Herzens.

Allgemeines

Kupfer (Cu) gehört zu den Spurenelementen und ist ein Cofaktor für viele Enzyme des Stoffwechsels. Es ist im Körper für die Bildung verschiedener Enzyme erforderlich, so insbesondere auch die Bildung und Aktivität der Cytochrom-C-Oxidase in den Mitochondrien. Dieses Enzym ist an der Zellatmung wesentlich beteiligt und katalysiert den letzten Schritt der Phospholytierung zur Bildung von ATP (Adenosintriphosphat). Der hepatische Kupfertransporter ATP7B (ATPase 7B) dient als Sensor für die Reglierung des Kupfergleichgewichts im Stoffwechsel (Kupferhomöostase). Wenn der intrazelluläre Spiegel niedrig ist, lokalisiert sich ATP7B in den Golgi-Apparat und fördert die notwendige Kupferaufnahme in die davon abhängigen Enzyme und in das Apocoeruloplasmin, woraus dann Coeruloplasmin wird. Wenn die intrazelluläre Konzentration höher ist, lokalisiert sie sich an die gallenkapilläre Oberfläche der Leberzellen (Hepatozyten) und fördert dort die biliäre Kupferausscheidung. 1)Ann Transl Med. 2019 Apr;7(Suppl 2):S63. DOI: 10.21037/atm.2019.02.07. PMID: 31179300; PMCID: … Continue reading

Kupfer ist ebenfalls für die Superoxid-Dismutase erforderlich, ein Enzym im Cytosol, das zur Entgiftung toxischer Sauerstoffspezies beiträgt. Es spielt zudem eine Rolle bei Stoffwechselwegen zur Produktion neuroendokriner Peptide, von Neurotransmittern und von Hautpigmenten.

Kupfermangel kann daher vielfache Auswirkungen haben. Ein Beispiel ist die Hypertrophie des Herzmuskels bei Kupfermangel (Kardiomyopathie), wie Tierversuche zeigen. 2)J Nutr Biochem 2008;20(8):621–628 3)Adv Nutr. 2011 Nov;2(6):520-2. DOI: 10.3945/an.111.001222. Epub 2011 Nov 3. PMID: 22332094; … Continue reading Kupferzufuhr kann entsprechend zu einem Rückgang de kardialen Hypertrophie beitragen. 4)Pharmacol Ther. 2015 Apr;148:66-84. DOI: 10.1016/j.pharmthera.2014.11.014. Epub 2014 Dec 1. PMID: … Continue reading Kupfer fördert die Angiogenese, was bei der Regeneration von Herzmuskelgewebe eine Rolle spielt und als mögliche Therapieoption einer kardialen Ischämie bei koronarer Herzkrankheit erwogen wird. 5)Exp Biol Med (Maywood). 2020 May;245(10):911-921. DOI: 10.1177/1535370220911604. Epub 2020 Mar 8. … Continue reading

Kupfertransporter

Für einen normalen Kupferstoffwechsel sind funktionsfähige Transporter an den Zellmembranen erforderlich.

Kupfer aus dem Blut wird in periphere Zellen des Körpers überwiegend über den Transporter CTR1 aufgenommen 6)Proc Natl Acad Sci USA 2001;98(12):6836–6841. 7)J Nutr Biochem 2008;20(8):621–628; daneben spielen auch CTR2, Kupfer-Chaperone und die ATP-getriebenen Efflux-Transporter ATP7A und ATP7B eine Rolle. CTR1 kommt überall im Körper vor, besonders im Gehirn, in den Testes und den Nieren. Es ermöglicht den Organen, das im Blut transportierte Kupfer aufzunehmen und zu verwerten. Im Darm ist es für die Kupferaufnahme aus der Nahrung verantwortlich. 8)Cell Metab 2006;4(3):235–244. Es induziert eine CTR1-Endozytose. Interessanterweise ist CTR1 an der Aufnahme des Chemotherapeuticums Cisplatin beteiligt, wobei Cisplatin an einer anderen Stelle als Cu an CTR1 bindet. 9)J Biol Chem 2007;282(37):26775–26785

Die Cu-ATPasen ATP7A und ATP7B sind Energie-abhängige Transporter, die Cu aus den Zellen wieder heraus befördern. Sie sind auch an der biliären Kupferausscheidung in der Leber entscheidend beteiligt und verantwortlich für die Kupferentgiftung des Körpers. Sie sind auch verantwortlich für die Kupferausscheidung in die Milch.


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Kupfermangel

Kupfermangel ist selten. Ein angeborener Mangel  findet sich beim Menkes-Syndrom (Menkes disease), einer X-chromosomal rezessiven Störung, bei der das Gehirn unzureichend mit Kupfer supplementiert wird. Bei ihm finden sich Störungen der zentralen Temperaturregulation und eine Retardierung der mentalen Entwicklung; es besteht eine erhöhte Anfallsbereitschaft. Die Lebenserwartung ist auf wenige Jahre begrenzt.

Kupfermangel kann auch erworben werden. Nach Operationen zur Gewichtsreduktion bei Adipositas muss mit einer allmählichen Abnahme des Körpergehalts an Spurenelementen gerechnet werden, so auch an Eisen und Kupfer. Bei Kupfermangel bilden sich Zeichen einer Knochenmarkssuppression mit Leukopenie und Anämie aus.

Kupferüberladung

Die Symptomatik bei Kupferüberladung des Körpers ist sehr viel geläufiger: die klassische Erkrankung ist der Morbus Wilson (Wilson’s disease). Es handelt sich dabei um eine genetisch bedingte, autosomal rezessiv vererbte, angeborene Krankheit, bei der schon in früher Jugend Kupferüberladungen verschiedener Organe beginnen und zu Symptomen führen. Insbesondere sind es die Leber, die Erythrozyten und die Nervenzellen des zentralen Nervensystems, die zu Krankheitszeichen führen. Es dominieren oft zuerst neurologische und Auffälligkeiten und Verhaltensstörungen sowie eine Lebervergrößerung. Meist liegt dann bereits eine Leberzirrhose vor.

Parameter des Kupferstoffwechsels

Der Kupferstoffwechsel wird über seine verschiedenen Parameter bei Verdacht auf einen Morbus Wilson untersucht (siehe dort).

Serum-Kupfer

Gesamtkupfer im Serum

Normalbereich 75 – 130 Mikrogramm/dl

Die Kupferbestimmung im Serum ist zur Diagnostik der Wilson Krankheit, einer Kupferspeicherkrankheit, erforderlich. Bei ihr findet sich eine erniedrigte Kupferkonzentration im Serum. Ursache ist eine verminderte Coeruloplasmin-Konzentration. Das freie Cu im Serum ist dagegen erhöht. Eine erhöhte Kupferkonzentration im Serum findet sich bei der Wilson-Krise durch Freiwerden des Kupfers aus den zerfallenden Leberzellen.

Freies Kupfer im Serum

Normalbereich < 10 Mikrogramm/dl

Das nicht an Coeruloplasmin gebundene Cu wird rechnerisch aus den Konzentrationen des Kupfers i.S. und des Coeruloplasmins bestimmt.

Beim M. Wilson kann die Kupferkonzentration im Serum erniedrigt sein; die von freiem, nicht an Proteine (Coeruloplasmin) gebundenen Cu ist dagegen erhöht. Freies Cu weist sensitiver auf die Wilson Krankheit hin als das gesamte.

Kupfer im Urin

Kupferausscheidung im 24-Stunden-Urin

Normalbereich 20 – 60 Mikrogramm/24h

Beim Morbus Wilson wird vermehrt Cu mit dem Urin ausgeschieden, obwohl das gesamte Serumkupfer erniedrigt ist. Die erhöhte Kupferausscheidung spiegelt die Erhöhung der freien, nicht an Coeruloplasmin gebundenen Kupferfraktion wider.

Kupferausscheidung durch D-Penicillamin

Kupferausscheidung im 6- oder 24-Stunden-Urin nach einmaliger Gabe von 600 mg D-Penicillamin. Typisch für eine Wilsonkrankheit ist die Ausscheidung von über 300 Mikrogramm Kupfer i. U./6 h auf eine Dosis von 500 mg D-Penicillamin hin. D-Penicillamin ist ein Chelatbildner, der Kupfer über die Nieren ausscheidungsfähig macht.

Coeruloplasmin

Coeruloplasmin ist das Protein im Blut, welches Kupfer von der Leber zu peripheren Geweben transportiert. Es ist beim M. Wilson in 95% der Fälle vermindert.

Normalbereich 25 – 63 mg/dl

Verweise

 


Autor der Seite ist Prof. Dr. Hans-Peter Buscher (siehe Impressum).


 


Literatur

Literatur
1 Ann Transl Med. 2019 Apr;7(Suppl 2):S63. DOI: 10.21037/atm.2019.02.07. PMID: 31179300; PMCID: PMC6531651.
2, 7 J Nutr Biochem 2008;20(8):621–628
3 Adv Nutr. 2011 Nov;2(6):520-2. DOI: 10.3945/an.111.001222. Epub 2011 Nov 3. PMID: 22332094; PMCID: PMC3226389.
4 Pharmacol Ther. 2015 Apr;148:66-84. DOI: 10.1016/j.pharmthera.2014.11.014. Epub 2014 Dec 1. PMID: 25476109.
5 Exp Biol Med (Maywood). 2020 May;245(10):911-921. DOI: 10.1177/1535370220911604. Epub 2020 Mar 8. PMID: 32148090; PMCID: PMC7268932.
6 Proc Natl Acad Sci USA 2001;98(12):6836–6841.
8 Cell Metab 2006;4(3):235–244.
9 J Biol Chem 2007;282(37):26775–26785