Kupfer: Wirkung, Bedarf und Mangel

Kupfer gehört zu den essenziellen Spurenelementen, die der menschliche Körper nur in kleinen Mengen benötigt, die jedoch für zahlreiche lebenswichtige Funktionen unverzichtbar sind. Es spielt eine bedeutende Rolle im Energiestoffwechsel, bei der Bildung von Bindegewebe sowie für das Nervensystem und die Blutbildung. In diesem Artikel geht es um den Stoffwechsel und die Funktion des Spurenelements sowie darüber, was bei einem Mangel passiert.

Kupfer – Definition

Kupfer ist ein lebensnotwendiges Spurenelement, das der Körper nicht selbst herstellen kann und daher über die Nahrung aufnehmen muss. Es wirkt als Bestandteil verschiedener Enzyme und ist unentbehrlich für zahlreiche biochemische Prozesse im Organismus.

Kupfer – Aufnahme und Stoffwechsel

Kupfer wird im menschlichen Körper über den Dünndarm energieabhängig resorbiert. Nach der Aufnahme gelangt es über das Blut in die Leber, wobei es an Transportproteine wie Albumin und Transcuprein gebunden ist. In den Hepatozyten erfolgt die Aufnahme durch den spezifischen Kupfertransporter CTR1 (eine Cu²⁺-ATPase), wobei das Kupfer dort von Cu²⁺ zu Cu⁺ reduziert wird. Anschließend wird es mithilfe des Wilson-Transporters (ATP7B) in den Golgi-Apparat transportiert und dort an Apo-Coeruloplasmin gebunden, wodurch das aktive Transportprotein Coeruloplasmin entsteht, das als Speicherform und Transportmedium dient. Bei Bedarf wird es wieder ins Blut abgegeben.

Die Ausscheidung von Kupfer erfolgt fast ausschließlich über die Galle und somit über den Stuhl. Eine renale Ausscheidung ist vernachlässigbar. Der Gesamtbestand an Kupfer im menschlichen Organismus liegt bei etwa 100–150 mg, mit dem größten Anteil in der Leber gespeichert.

Der tägliche Bedarf an Kupfer ist in der folgenden Tabelle dargestellt:

Kupfer – Wirkung und Funktion

Kupfer ist ein Oxidationsmittel und damit optimaler Cofaktor vieler oxidativer Enzyme, den sogenannten Oxidasen. Eines dieser Enzyme ist die Cytochrom-c-Oxidase (Komplex IV der Atmungskette), bei dem es sich um ein kupferhaltiges Enzym in den Mitochondrien handelt. Es katalysiert den finalen Schritt der Zellatmung, bei dem Elektronen auf molekularen Sauerstoff übertragen werden und Wasser entsteht. Dabei handelt es sich um einen enzymatischen Schritt, der essenziell für die ATP-Synthese ist. Ein weiteres oxidatives Enzym, das Kupfer enthält ist die Lysyl-Oxidase, die für die Quervernetzung von Kollagen und Elastin verantwortlich ist. Diese Proteine sind wichtig für die Stabilität und Elastizität von Bindegewebe, Blutgefäßen, Haut und Knochen.

Auch die Superoxid-Dismutase (SOD) ist eines dieser kupferhaltigen Oxidasen. Sie katalysiert die Umwandlung des Superoxid-Radikals (O₂⁻) in Wasserstoffperoxid und ist damit ein zentraler Bestandteil des zellulären antioxidativen Schutzes, denn es verhindert oxidativen Stress durch Sauerstoffradikale. Diese Enzyme sind auf die Fähigkeit des Kupfers zur Elektronenübertragung angewiesen. Kupfer wirkt dadurch als starkes Oxidationsmittel in enzymatischen Reaktionen.

Kupfer ist eng mit dem Eisenstoffwechsel verknüpft, denn es wird für die Resorption von Eisen im Darm benötigt. Durch die Oxidation von Fe²⁺ zu Fe³⁺ wird der Transport über Transferrin ermöglicht. Kupfer ist aber auch essenziell für den Einbau von Eisen in den roten Blutfarbstoff Hämoglobin, also für die Erythropoese. Ein Kupfermangel kann  also sekundär zu Eisenmangelanämie führen, obwohl ausreichend Eisen vorhanden ist.

Durch die Beteiligung an dem Enzym Superoxid-Dismutase wirkt Kupfer indirekt gegen reaktive Sauerstoffspezies (ROS). Das ist insbesondere wichtig für die Prävention von zellulären Schäden durch oxidativen Stress, zum Beispiel in Nervenzellen, Immunzellen und Endothelzellen.

Kupferhaltige Enzyme sind auch unter anderem an der Biosynthese von Neurotransmittern beteiligt, beispielsweise auch durch Aktivierung der Dopamin-β-Hydroxylase, die Dopamin in Noradrenalin umwandelt. Kupfer ist auch Cofaktor der Tyrosinase, einem Enzym der Melaninbiosynthese. Eine ausreichende Kupferversorgung ist somit für die Haut- und Haarpigmentierung mitverantwortlich.

Kupfer – Mangel

Störungen im Kupferhaushalt können zu charakteristischen klinischen Symptomen führen, die sowohl durch einen Mangel als auch durch eine pathologische Speicherung bedingt sein können. Kupfermangel sind seltene, aber klinisch bedeutsame Störungen des Spurenelementhaushalts. Er kann angeboren, zum Beispiel durch genetische Defekte wie beim Menkes-Syndrom, oder erworben auftreten, etwa bei Mangelernährung, Malabsorption.

Die Symptome eines Kupfermangels betreffen vor allem das hämatologische und das neurologische System: Typisch sind eine hypochrome Anämie, Leukopenie oder Panzytopenie sowie sensorische Ataxie, Gangunsicherheit und periphere Neuropathien.

Menkes-Syndrom

Das Menkes-Syndrom ist eine seltene, X-chromosomal vererbte Stoffwechselstörung, die durch eine Mutation im ATP7A-Gen verursacht wird. Dieses Gen kodiert für ein Kupfertransportprotein, sodass es bei Betroffenen zu einer gestörten Aufnahme und Verteilung von Kupfer im Körper kommt. In der Folge entwickeln sich schwere neurologische Symptome wie Entwicklungsverzögerung, Krampfanfälle und Hypotonie. Die Erkrankung beginnt meist im Säuglingsalter und verläuft unbehandelt progredient und lebensverkürzend.

Morbus Wilson

Der Morbus Wilson ist eine autosomal-rezessiv vererbte Störung des Kupferstoffwechsels, die durch Mutationen im ATP7B-Gen verursacht wird. Das Gen codiert für das sogenannte Wilson-Protein, das wichtig für den Einbau von Kupfer in Coeruloplasmin und die Ausscheidung über die Galle verantwortlich. Durch den Defekt kommt es zu einer pathologischen Kupferakkumulation, vor allem in der Leber, im Gehirn und in der Kornea.

Klinisch zeigt sich die Erkrankung sehr variabel: Sie reicht von Lebermanifestationen über neurologische Symptome (Tremor, Dysarthrie, Bewegungsstörungen) bis hin zu psychiatrischen Auffälligkeiten. Typisch, aber nicht immer vorhanden, sind Kayser-Fleischer-Kornealringe.