铜质

铜是大多数动物的组成成分和必须的营养素，铜缺乏可导致生长和代谢的紊乱。一个多世纪以来，已知铜是呼吸色素的必须成分，并在越来越多的蛋白质和酶中检测到。1847年Harless就指出软体动物内的铜具有重要作用；1878年Frederig首先从章鱼血内蛋白质复合物中将铜分离出来，并将这种含铜蛋白质命名为铜蓝蛋白；1928年Hart报告铜为哺乳动物的必须元素，大约与此同时，在家养的动物中确认出现铜缺乏病－背部凹陷和腹泻；1984年报告了营养不良婴儿的铜缺乏症。以后，一些研究工作者又叙述了各种情况的铜缺乏症，于是铜对健康的意义受到越来越多的重视。正常人体内含铜100-200毫克，约50%-70%存在肌肉及骨骼，20%存在肝脏，5％-10％分布于血液。 从食物吸收的铜进入肝门静脉，在血浆中铜与白蛋白形成松散的结合，运送至肝脏内储存与供体内利用。肝中合成原血浆铜蓝蛋白（英语：ferroxidase），与铜牢固结合形成血浆铜蓝蛋白，约占成人血浆铜的95%，释入血浆运送全身。美国2001年“膳食营养素参考摄取量”中对铜的“每日建议摄取量”参见下表：成人每日铜“上限摄取量”是10毫克。 以美国为例，成人每天铜平均摄取量约1.0至1.6毫克。食物中以动物肝脏含铜量为最多，另外龙虾、牡蛎、大豆也富含铜，请参见食物含铜量表。 另外，食用含有丰富铜的食物时应避免食用任何牛奶或鸡蛋中的蛋白质，因为他们会阻止铜的吸收。 正常健康的成年人应吸收的铜为0.9毫克/天。而专业研究指出，若由于锌和铜的互相拮抗而造成铜缺乏，建议的铜食用量为3.0毫克/天。铜进入人体后，首先是由小肠吸收，再运送到肝脏。 铜在食物中主要以二价形式，和一些有机物形成复合物，例如：蛋白质与氨基酸等。这些复合物经过胃时，胃蛋白酶分解蛋白质，胃酸会促进铜离子的溶解，于通过小肠时在十二指肠中吸收。主要吸收方式有三：一般说来，人体的铜吸收效率约为50%。但其真实的吸收率会随着每日的铜摄取量而有所不同。当每日摄取量大于5毫克时，大约只有20%的铜被吸收；当每日摄取量小于1毫克，小肠的铜吸收率就可能高达75%。食物成分可以增进或抑制铜的吸收，增进的成分可以和铜结合而增加铜的溶解度；抑制的成分有不同的作用机制，例如：维他命C会将二价铜离子还原成不易吸收的亚铜离子(Cu+)，锌会和铜拮抗因而降低铜的吸收。 食物中影响铜吸收的物质，可分为增进吸收和抑制吸收两种：在消化道中，锌和铜的吸收会互相竞争，其中一种矿物的食用过度可能会导致缺乏另一种。铜是重要的辅因子，这是由于铜的三个化学特色：铜离子能有效与有机分子结合；一价铜离子可提供Π键给氧和一氧化碳；铜离子的大小、立体化学特性适合氧化还原电位在+0.2~+0.8毫伏特(mV)。血浆铜蓝蛋白存在血浆中，为糖蛋白，负责血液中铜离子的运输，也称为亚铁氧化酶，负责将亚铁离子(Fe2+)转变成铁离子(Fe3+)，使肝脏储存之铁释出供造血组织利用；缺乏时造成肝铁堆积；酵素作用过程血浆铜蓝蛋白上的二价铜离子还原成一价。 “铜蓝”此名称来自于他们配体与金属的电荷转移（电荷转移）的吸收带约600奈米，因而产生的强烈的蓝色光。超氧化物歧化酶能使超氧阴离子（O2−和氢离子反应，转成氧气和过氧化氢，降低超氧化物自由基对身体的伤害。二价铜离子和锌离子结合在组氨酸和天冬氨酸的侧基（英语：Pendant group），做为该酵素的活化位。细胞色素氧化酶是细胞色素（Cytochrome）位于线粒体的内膜（英语：Inner membrane）上，主要负责功能是在电子传递链的最后步骤，将电子传递给氧而生成水。整个电子传递链过程会使线粒体基质的氢离子累积，推动ATP泵（ATP pump），产生ATP。每个酵素分子中有三个铜原子，其中两个铜在一个次体（英语：Subunit）上负责电子转移；另一个铜则位于另一个次体，负责将氧气还原成水。普恩蛋白上有一段高度保守性氨基酸序列，对二价铜离子具有高度选择性。正常的普恩蛋白是一种抗氧化剂，与铜结合时，具有超氧化物歧化酶的功能。正常的普恩蛋白(PrPC)是细胞所需的蛋白质，具有四个α-螺旋状结构，一旦突变为β-片状结构，就成为恶名昭彰的羊搔痒症、疯牛病 和人类库鲁病、库兹菲德-雅各氏症 的病原体（PrPsc），神经细胞即因失去抗氧化保护而受损。因此，铜离子和氧化的相关研究或许可做为找寻治疗疾病方法的关键。由于体内的铜会促进铁的吸收，因此，铜摄取不足会导致铁吸收缺乏而造成贫血。并且铜不足也会造成白血球异常，如嗜中性白血球减少症，以及和骨骼相关的病症如骨质疏松、骨质密度（英语：Bone mineral density）（BMD）下降、生长迟缓；其他缺乏症状还有腹泻、胆固醇浓度增加、甲状腺疾病、脂肪代谢异常、高甘油三酯、非酒精性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis，NASH)、脂肪肝疾病以及缺乏黑色素和多巴胺的合成而导致的心理和情绪问题(例如抑郁症)以及晒伤等等。铜摄取不足的最常见原因为锌摄取过多。铜与锌的在肠道中的吸收互相拮抗，肾脏或肠道疾病也可能造成铜离子的流失。铜过量（一天超过64毫克）会中毒，症状包括反胃、恶心、呕吐、腹泻。其它严重症状包含血尿、黄疸、寡尿。铜摄入量超过正常摄取量1000倍则有致命的风险。不过铜中毒的病例很罕见。此外，研究发现，精神疾病如精神分裂症患者体内的铜量在其体内系统中较一般人高。然而在这一阶段，对于是否铜过量易于造成精神疾病；不论是身体企图存储更多的铜而导致生病，还是大量的的铜造成精神疾病的产生，依旧是未知的。有美国化学学会的一项研究显示家居的铜制水管中的残余物可能会导致50岁以上的人士患上阿兹海默病或心脏病。也有研究人员认为在生育年龄后，体内铜所造成的血中活性氧化物质及所带来的氧化压力与老化过程及老年疾病有关。铜与锌相互之间有拮抗作用，锌会降低铜的吸收，如果每天锌的摄取量从18.5至300毫克时会导致铜缺乏症。大量摄取铁会干扰婴儿及孩童对铜的吸收程度。铜与铁代谢密切相关，影响人体对铁的吸收、运输以及利用。肝脏储存的铁释放需经血浆铜蓝蛋白的氧化作用，由Fe2+→Fe3+后，才能与血浆中的运铁蛋白结合，运送到骨髓、肝脏及全身组织。缺铜会导致贫血。威尔森氏症是一种体内铜累积过量的遗传性疾病，主因为第13号染色体上的ATP7B（英语：Wilson disease protein）基因突变，至今已发现两百多种的突变型式，平均约100人中就有一人带有一个此病症的隐性基因。ATP7B基因产物P型ATP7B酶（P-type ATPase7B）是一种细胞膜上的运铜（Cu2+ transporting）蛋白质，缺乏或不正常时，肝脏无法将过多的铜借由胆汁经肠道排出体外，而使得铜在肝脏、肾脏和大脑等器官中堆积，影响器官的正常功能。铜累积在眼角膜因会出现金黄或浅绿色的环带，称为角膜色素环（英语：Kayser-Fleischer ring）（或称K-F环或眼睛克氏环）。神经系统受伤害可能造成协调性变差、不自主颤抖、构音障碍等症状；肝脏和肾脏受伤害则会导致黄疸、脂肪肝、肝硬化、肝功能衰竭、肾脏功能异常等等。治疗威尔森氏症必须避免含铜量高的食物，以及服用药物，患者必须终其一生注意饮食与服用药物。美国食品药物管理局认可的最新药物是醋酸锌（Galzin™），锌能减少肠道对铜的吸收，且几无副作用。其他治疗药物还有铜鳌合剂、青霉胺（英语：Penicillamine）（Cuprimine） 和三乙烯四胺（英语：Triethylenetetramine）（或称为三亚乙基四胺，Syprine），都是透过与铜键结来加速其排除的螯合剂。缅克斯症候群 是一种铜代谢异常而造成细胞内铜缺乏的遗传性疾病。因是性联遗传 疾病，所以大多数患者为男性。基因缺陷导致使小肠细胞无法将吸收的铜分泌至血液中，造成血铜过低，进而使体内细胞无法获取充足的铜，最后使多种含铜酵素无法发挥正常功能。症状包含头发不正常扭曲及颜色变淡、骨骼易骨折、皮肤出现色素斑以及大脑和小脑退化、萎缩等等。早期治疗方法是从静脉注射组胺酸铜（copper histidine） 以补充肠道吸收之不足。研究显示，两个月以下的患者接受此治疗有助于延缓神经症状的恶化，可望改善症状并延长生命。患者在接受组胺酸铜补充两到三星期后，血铜浓度可以达到正常范围内。由于实验大老鼠半数致死剂量为30毫克/千克，数量级在克以上的硫酸铜对人类可能是致命的。人类饮用水中，铜的安全级别会因为来源的不同而异，但往往是介于0.15至0.20毫克/升之间。成年人的膳食中铜的直接还原铁可耐受最高摄入水平是10毫克/天。至于毒性，铜会抑制dihydrophil hydratase这种参与造血的酵素。以熟铜炊具食用酸的食物可能发生铜中毒；而使用铜炊具将牛奶煮沸和儿童的肝硬化疾病（印度儿童性肝硬化）有关。铜中毒的症状和砷中毒非常地相似，一般为痉挛，麻痹，以及麻痹，铜中毒致命的可能。怀疑铜中毒时，牛奶或蛋清中的卵清蛋白是最容易获得且可减轻症状的物品，另外，铜中毒时不应饮用食醋。发炎症状和紧张则可以接受一般的治疗。铜的毒性一部分来自于其改变氧化态，接受和捐赠单电子的能力。这会催化生产出非常激烈的离子反应，如羟自由基的方式类似于芬顿化学(Fenton chemistry)。这种铜的催化活性，被和与 unsequestered 以及 unmediated 有关联的酵素所使用。这种无媒介的易反应的自由基的增加通常称为氧化应激(oxidative stress)，是一个在各种疾病领域中铜比其急性的毒性所占的更重要的研究地位。铜为金属粉末时，有引发火灾的危险性。在洗涤水中的浓度高于1毫克/升时，铜可以染色衣服和物品。