Rola miedzi w żywych organizmach

Joanna Kurek 

W kursie chemii prezentowanym w szkole niezbyt wiele uwagi poświęca się pierwiastkowi jakim jest miedź, która najczęściej omawiana jest w części chemii nieorganicznej bądź przy okazji elektrochemii, dzięki czemu wszyscy wiedzą, że miedź jest metalem półszlachetnym, nie reagującym z kwasami tlenowymi z wyparciem wodoru.

Najbardziej znanym związkiem tego pierwiastka, pojawiającym się w wielu istotnych reakcjach jest siarczan(VI) miedzi(II), występujący w postaci pięciowodnego hydratu, odznaczającego się pięknym modrakowym zabarwieniem i kryształami o bardzo regularnych kształtach (Rysunek 1).

Zdawać by się mogło, że miedź nie jest w żaden sposób powiązana w chemią organiczną. Poza tym, że jest swoistym ‘wskaźnikiem’ w postaci wodorotlenku miedzi(II) w reakcjach barwnych służących do identyfikacji czy odróżnienia poszczególnych związków organicznych: alkoholi monohydroksylowych od polihydroksylowych, w próbie Trommera z aldehydami, czy do wykrywania wiązania peptydowego.

Znaczenie miedzi dla organizmu człowieka

Jednak nic bardziej mylnego, gdyż jony miedzi odgrywają bowiem kluczową rolę w wielu procesach biochemicznych zachodzących w naszych organizmach,  organizmach zwierzęcych, w tym nawet bezkręgowców, mięczaków, głowonogów, pajęczaków, a także w roślinach. Wraz z cynkiem i żelazem stanowi trzy pierwiastki śladowe niezbędne dla właściwego działania organizmu. W organizmie miedź występuje na dwóch stopniach utlenienia: Cu⁺ i Cu²⁺ i dzięki właściwościom oksydoredukcyjnym jest kofaktorem wielu enzymów, uczestniczących w procesach komórkowych, takich jak: przewodnictwo nerwowe, dojrzewanie tkanek, oddychanie, obrona przed stresem oksydacyjnym i metabolizm żelaza. W obecności miedzi jako kofaktora enzymu – oksydazy lizylowej, tworzony jest kolagen i elastyna, czyli składniki decydujące o jędrności i elastyczności skóry. Tkanka mięśniowa i łączna serca zawierają elastynę i kolagen. W konsekwencji jony miedzi są niezbędne dla prawidłowego funkcjonowania całego organizmu: mózgu, układu nerwowego i układu sercowo-naczyniowego, utrzymania w prawidłowej struktury tkanki łącznej i skóry, prawidłowego stanu kości, układu odpornościowego, właściwego gojenia się ran.

W szczególności miedź stymuluje właściwą elastyczność naczyń krwionośnych, które to są otoczone i chronione tkanką łączną, co warunkuje utrzymanie prawidłowego ciśnienia krwi. Należy wskazać, że również aorta, będąca główną tętnicą wychodzącą z serca, nie jest w pełni sprawna, jeśli elastyczność jej ścian jest osłabiona. W związku z tym, że miedź jest niezbędna do utrzymania prawidłowego napięcia mięśni, to jej obecność w organizmie bezpośrednio wpływa też na mięsień jakim jest serce. Miedź wspomaga też prawidłową strukturę i funkcjonowanie krwinek w krwioobiegu, a także wzrost nowych naczyń krwionośnych.

Niezbędność miedzi dla prawidłowego działania układu odpornościowego polega na tym, że z jej udziałem powstają komórki układu odpornościowego, czyli białe krwinki. Zatem właściwy poziom miedzi w organizmie warunkuje odpowiednią liczbę białych krwinek – leukocytów we krwi, a także fagocytów, które to otaczają i niszczą mikroorganizmy znajdujące się w ustroju.  efektem niedoboru miedzi może być osłabienie odporności układu odpornościowego organizmu, obniżenie ilości białych krwinek.

Także rozwijający się mózg w okresie płodowym, następnie w dalszym okresie wzrostu i następnie przez całe życie korzysta z antyoksydacyjnych właściwości miedzi. Jest potrzebna do wytworzenia mieliny, będącej otoczką włókien nerwowych i utrzymania jej dobrego stanu, co zapewnia prawidłowe przenoszenie impulsów nerwowych i efektywną komunikację między komórkami nerwowymi, czyli wykazuje wpływ na ośrodkowy układ nerwowy. Ten cenny pierwiastek uczestniczy także w syntezie neuroprzekaźników, które są związkami chemicznymi umożliwiającymi komunikację między komórkami nerwowymi oraz przesyłanie impulsów nerwowych wzdłuż nerwów.

Miedź jest niezbędna w procesie utleniania żelaza prowadzących do wytworzenia związków żelaza(III), a poza tym ułatwia transport żelaza w całym organizmie. W przypadku niedoboru miedzi może dojść w organizmie do anemii w wyniku nadmiernego nagromadzenia się żelaza w tkankach.

Miedź ze względu na uczestniczenie w procesie tworzenia kolagenu, poza wspomnianą już skórą, ma też szalenie ważny wpływ na stan układu kostnego na wszystkich etapach tworzenia, zdrowia oraz procesu zrastania się kości, w tym procesie uczestniczą enzymy zawierające miedź jako kofaktor. To właśnie przede wszystkim kolagen decyduje o sztywności i wytrzymałości mechanicznej kości, sieciowanie molekuł kolagenu wpływa na wytrzymałość kości, więc w przypadkach niedoboru miedzi można być narażonym na złamania kości, nieprawidłowości w ich budowie, a także osteoporozę.

Miedź pełni też istotne wielokierunkowe funkcje w procesie spermatogenezy, choć jest toksyczna dla samych plemników, to jednak steruje kluczowymi reakcjami w toku ich powstawania. Zarówno nadmiar jak i niedobór tego pierwiastka w organizmie wywołuje zaburzenie procesu wytwarzania gamet oraz obniża płodność. Zmiany te zachodzą na poziomie plemników, gonad męskich, czy wytwarzaniu męskich hormonów płciowych, a także gospodarki innymi mikroelementami jak cynkiem czy żelazem.

Jednak w tym celu musi być utrzymany optymalny poziom wewnątrzkomórkowych jonów miedzi. W przypadku niedoboru jonów miedzi może nawet dojść do utraty funkcji enzymów, takich jak: oksydazy cytochromu c, oksydazy lizylowej, b-hydroksylazy dopaminy, dysmutazy ponadtlenkowej i ceruloplazminy, gdyż one regulują te procesy (…)

Fragment artykułu dr Joanny Kurek „Znaczenie miedzi dla organizmu człowieka”. Cały artykuł przeczytacie w najnowszym wydania 6/2022 „Chemii w Szkole”.