Bakar: definicija, sinteza, apsorpcija, transport i distribucija

Bakar je jedan od bitnih (vitalnih) elementi u tragovima i mekan je, nodularni prijelazni metal - teški metal / polumetal. Nalazi se u 11. skupini periodnog sustava, ima simbol Cu, atomski broj 29 i atomski masa od 63.546.Bakar javlja se u oksidacijskim stanjima Cu +, Cu2 + i Cu3 +, a u prirodi se nalazi prvenstveno kao Cu + i Cu2 +. U biološkim sustavima prevladava 2-valentno oksidacijsko stanje - Cu2 +. Latinski naziv "cuprum" izveden je iz rude aes cyprium "s otoka Cipar", gdje bakar izvađena je u davna vremena. U tlu je element u tragovima prisutan uglavnom u obliku sulfida, arsenata, klorid i karbonat. Zbog izvrsne toplinske i električne vodljivosti, bakar se koristi u inženjerstvu više od 50% u vodovodu i grijanju. S kemijskog stajališta koristi se kao katalizator (ubrzivač kemijskih reakcija). Prema EU smjernicama, samo bakarni karbonat, citrat, glukonat, sulfat i bakar lizin kompleks se može koristiti u prehrambene svrhe. Uz to, određeni spojevi bakra dopušteni su kao aditivi prema pravilu "koliko je potrebno, što manje" - lat. : quantum satisfa, qs - na primjer, prema direktivi o bojilima kao bojilo za hranu E 141 Kompleksi klorofila i klorofilina koji sadrže bakar.

Biološka raspoloživost

Razne dijetalne komponente mogu utjecati na metabolizam bakra uzrokujući promjene u brzini apsorpcija, izlučivanje i distribucija Cu u tijelu. Na primjer, istodobni unos Vitamin C (askorbinska kiselina), neke aminokiseline, glukoza polimeri, proteini, fumarna kiselina - fumarat -,oksalna kiselina - oksalat - i ostali organski kiseline, kao što su citrat, malat i laktat, promiče bakar apsorpcija. Askorbinska kiselina je u stanju smanjiti Cu2 + na Cu + i tako povećati Cu apsorpcija.Prekomjerne koncentracije dijetalna vlakna, kalcijum, fosfat, cink, željezo, molibden, kadmium, sulfid i fitati ili fitinska kiselina, s druge strane, smanjuju apsorpciju bakra. Učinci su vrlo izraženi za željezo i cink. Potonji element u tragovima može dovesti, s jedne strane, na inhibiciju prijenosa Cu u enterocite - stanice tankog crijeva sluznica ili sluznice - i, s druge strane, na unutarstanično vezanje za proteine ​​za pohranu metalotionein tijekom prolaska kroz sluznicu. To sprječava preopterećenje stanice Cu s jedne strane, te prijenos Cu do membrane bazolateralnog enterocita, a time i ulazak Cu u krvotok s druge strane.doza administraciju of antacidi ili penicilamin može negativno utjecati na opskrbu bakrom.

Apsorpcija

Bakar je prisutan u hrani i u organizmu u vezanom obliku, a ne kao slobodni ion. Razlog tome je njegova posebna elektronska konfiguracija koja mu omogućuje stvaranje složenih veza s biokemijski važnim spojevima, poput proteini.Bakar se velikim dijelom apsorbira iz želudac i gornji tankog crijeva (dvanaesnika). Budući da stopa apsorpcije jako ovisi o sastavu hrane, ona varira između 35 i 70%. Drugi autori navode da je između 20 i više od 50%, ovisno o sadržaju bakra u dijeta, Iz majčino mlijeko, 75% bakra se apsorbira, dok se iz kravljeg mlijeka apsorbira samo oko 23%. To je zato što je Cu u krave mlijeko vezan je za kazein, grubi koagulirajući protein koji je teško probavljiv. U pravilu, ženske mlijeko, s 0.3 mg / l, sadrži mnogo više bakra nego kravljeg mlijeko, koji ima sadržaj bakra od samo 0.09 mg / l. Razina bakra u tijelu regulira se podešavanjem crijevne apsorpcije i izlučivanja. Dakle, kod nedostatka bakra povećava se brzina apsorpcije, dok kod povećanog bakra, cink, ili željezo opskrba, daljnji unos ili izlučivanje Cu smanjuje se ili blokira. Apsorpcija bakra može se objasniti na temelju dvostruke kinetike. Pri niskim koncentracijama bakar se apsorbira u enterocite rubne membrane četke tankog crijeva aktivnim, tj. energetski ovisnim, zasićenim transportnim mehanizmom. Kod većih koncentracija dominira pasivna difuzija, tj. transport kroz membranu enterocita u smjeru koncentracija gradijent bez ikakve opskrbe energijom, kao i membranski transport proteini.Mehanizam unosa bakra membranskim transportnim proteinima - transport posredstvom prijenosnika - još nije precizno razjašnjen. Međutim, jasno je da je membranski transportni protein DCT-1, koji sudjeluje u apsorpciji cinka i željeza, također važan za apsorpciju bakra u crijevima. Činjenica da DCT-1 koriste cink i željezo, kao i bakar i drugi metali objašnjava antagonizam ovih iona u ekstremnim uvjetima. Kad je opskrba trajno velika, dio bakra u sluznica stanice tankog crijeva vezan je za metalotioinein, koji je lokaliziran u citoplazmi. Ovaj protein pohranjuje apsorbirani bakar i oslobađa ga u krv samo po potrebi. Uz to, može detoksificirati višak bakra, koji bi inače mogao katalizirati nastanak kisik radikali. MNK-ATPaza, zasićeni sustav nosača, odgovoran je za prijenos Cu iz membrane bazolateralnih enterocita u krvotok. Međutim, u novorođenčadi se bakar apsorbira difuzijom i u jedva zasitnom kotransportu. voda.

Prijevoz i skladištenje

Apsorbirani bakar vezan je u krv na proteine ​​plazme album i transkuprein i na ligande niske molekularne težine, kao što je aminokiselina histidin. Transcuprein predstavlja specifičniCu transportni protein i ima veći afinitet za bakar album.Vrijednosti Cu u plazmi su oko 0.5-1.5 µg / ml u normalnim uvjetima i 10% su veće u žena nego u muškaraca. Niti unos hrane niti post utječe na razinu Cu u plazmi. Iz još uvijek nejasnih razloga, razina Cu u plazmi gotovo se udvostručila i utrostručila na kraju trudnoća ili nakon uzimanja kontracepcija (kontracepcijske pilule). Razina bakra u serumu ostaje povišena u:

  • Infekcije
  • Glomerulonefritis - upala, obično autoimuna, bubrežnih korpuskula (glomeruli) kao glavni uzrok kroničnog zatajenja bubrega koja zahtijeva dijalizu
  • Infarkt miokarda (srčani udar)
  • Tirotoksikoza - pogoršanje krize hipertireoza (hipertireoza), koja je zbog svojih simptoma akutno opasna po život.
  • Lupus eritematozus - sistemska autoimuna bolest iz skupine kolagenoza.
  • Bilijarna ciroza - kronična jetra bolest koja dovodi do polaganog progresivnog uništavanja malog žuč kanali u jetra a na kraju i do ciroze.
  • akutan leukemija - tumorska bolest krv stanice, u kojima postoji nekontrolirano množenje leukociti (bijele krvne stanice).
  • Aplastična anemija - poseban oblik anemije (anemije), gdje dolazi do smanjenja broja svih krvnih stanica zbog stečene koštana srž aplazija.
  • Primjena estrogena

Smanjene razine Cu u plazmi nalaze se, na primjer, u bolesti Kwashiorkor, obliku proteina pothranjenost. Zbog nedovoljne ponude određenih esencijalnih amino kiselina, dolazi do smanjenja albumina (hipoalbuminemija) u krvi, a time i do pada koloidnog osmotskog tlaka. Kao rezultat toga, tkivna tekućina - posebno u trbušnoj regiji - ne može se ponovno apsorbirati u venske kapilare. Transcuprein, album, a histidin transportira bakar putem portala vena (vena portae) do jetra, koji ga uzima putem nosača hCtr1. Jetra je središnji organ metabolizma bakra i najvažnija bakra u organizmu. U hepatocitima (stanicama jetre) bakar se djelomično pohranjuje, usmjerava prema određenim subcelularnim odjeljcima pomoću citosolnih transportnih proteina zvanih chaperones i ugrađuje u bakar ovisne enzimi, kao što su kaeruloplazmin, citokrom c oksidaza ili superoksid dismutaza. Osobito je važan protein plazme karuloplazmin. To pokazuje i enzimsku funkciju i specifičnu funkciju vezanja i transporta bakra. Kao ferroksidaza I, enzim je bitan za oksidaciju dvovalentnog do trovalentnog željeza, s jedne strane, i za vezanje željeza na plazmu transferina s druge strane. Dio bakra ugrađuje se u enzim tijekom sinteze kaeruloplazmina putem ATP-aze koja veže bakar lokalizirane u Golgijevom aparatu, a jetra ga ponovno oslobađa u krv u obliku Cu-keruloplazmina. Bakar koji ostaje u hepatociti se čuvaju u metalotioninu. Bakar vezan za kaeruloplazmin u plazmi raspoređuje se po raznim organima i tkivima u organizmu prema potrebi. Stanični se unos događa putem membranski vezanih Cu receptora. Bakar je treći najzastupljeniji metalni trag u organizmu nakon željeza i cinka, sa sadržajem tijela od 80-100 mg. Najveće koncentracije bakra nalaze se uglavnom u jetri (15%) i mozak (10%), nakon čega slijedi srce i bubrega. Mišići (40%) i kostur (20%) čine oko polovice ukupnog sadržaja. Samo 6% ukupnog sadržaja bakra nalazi se u serumu. Od toga je oko 80 do 95% u obliku Cu caeruloplasmin.Cu distribucija kod fetusa i dojenčadi razlikuje se od onog kod odraslih. Pri rođenju jetra i slezena čine polovicu inventara tijela. Napokon, jetra novorođenčadi ima 3-10 puta veći Cu koncentracija nego kod odraslih. Te su rezerve jetre fiziološki normalne i čini se da štite dojenče od nedostatka bakra tijekom prvih nekoliko mjeseci.

izlučivanje

Pored apsorpcije, izlučivanje je jedna od najvažnijih regulatornih varijabli za homeostazu Cu ili održavanje Cu uravnotežiti u tijelu.Oko 80% viška bakra izlučuje se u žuč s izmetom. U tu se svrhu element u tragovima oslobađa lizosomskom razgradnjom iz spoja Cu-metalotionein kao i Cu-keruloplazmin u hepatocitima, odnosno plazmi i vezan na njihovoj kanaličnoj membrani za Cu-vezujuću ATPazu ili paralelno s glutationom ( GSH) do transportera ovisnog o GSH. Na taj se način bakar oslobađa u žuč i izlučuje se stolicom zajedno s proteinima, žučne kiselinei aminokiseline.15% viška bakra izlučuje se preko crijevne stijenke u lumen i također se uklanja u stolici. Samo se 2-4% bubrega izlučuje urinom. Kod tubularnih defekata, gubici putem bubrega s urinom mogu se znatno povećati. Gubici bakra preko koža varijabilne su i procjenjuju se u prosjeku 0.34 mg / d. Vrlo mala količina bakra vraća se u organizam iz crijeva putem enterohepatična cirkulacija ili se reapsorbira.