铜是具有重要营养价值的微量元素，参与动物体生物信号传递、能量代谢、抗氧化应激和物质转运等多项生理生化反应，维护有机体正常生命活动和生产力。

一、铜的吸收与转运

（一）铜的吸收

小肠是铜吸收的主要器官，十二指肠是重点部位，胃、空肠和回肠次之。大肠也可以吸收少量铜，这主要取决于微生物发酵产生挥发性脂肪酸的浓度及其所处的pH环境。

1、硫酸铜和有机酸铜

无机铜添加剂，如硫酸铜和有机酸铜都是二价铜。硫酸铜进入消化道后不稳定，易解离出Cu²⁺；有机酸铜如柠檬酸铜，其稳定性取决于中心原子和配位体间化合键的性质，以共价键结合的有机酸铜相对稳定，但以离子键形成的有机酸铜在消化道弱酸条件下不稳定，易解离，释放Cu²⁺，因此与硫酸铜没有太大的区别。Cu²⁺易与食糜中抗营养物质，如植酸、草酸、可溶性纤维素结合，形成难溶性大分子影响吸收。Cu²⁺具有强氧化性，可以破坏具有双键结构的脂溶性维生素，如Vit A、Vit E和Vit K，并且把硫酸亚铁中的Fe²⁺氧化成Fe³⁺，形成FeCl₃和Fe(OH)₃沉淀，影响铁吸收。

2、羟基蛋氨酸螯合铜和氨基酸螯合铜

羟基蛋氨酸螯合铜和氨基酸螯合铜是环状结构配合物，其中羟基蛋氨酸和氨基酸是配位体。以羟基蛋氨酸螯合铜为例，双齿结构中配位原子的氧（O）与中心原子铜以配位键结合，形成2：1的配合物或螯合物。结构如下，

螯合反应释放出的质子改变了反应体系熵值，形成的螯合环结构稳定，称为螯合效应。螯合铜在消化道弱酸环境不易解离，以分子态循氨基酸吸收通道或载体介导的易化扩散（Carrier Mediate Facilitated Diffusion）途径吸收，螯合环结构的位阻特征阻止了铜与食糜大分子抗营养物质结合，亦不与其他金属元素竞争吸收通道和产生拮抗，吸收率高。

3、羟基氯化铜

羟基氯化铜分子式如下：

[Cu₂(OH)₃]Cl

式中内质部分由铜与羟基结合，外质由氯配位形成络合物。铜元素的离子势高（电荷/离子半径），在胃、小肠酸性环境呈酸式解离，产生带负电荷的羟基氯化铜和质子（H⁺），因此羟基氯化物被称之为有机类似物。羟基氯化铜在消化道中以分子态存在，不与大分子抗营养物质结合，且不与其他金属元素竞争吸收通道产生拮抗，属于被动、不耗能吸收，吸收率高，排出少。

综上，为了满足铜元素营养需要，铜的吸收、转运和维持靶组织内稳态是几个重要环节，日粮配方含量仅是个基础参数，选择吸收利用率高的铜添加剂才是关键。

（二）铜的转运与分布

铜转运蛋白1（CTR1）只能识别和转运亚铜（Cu⁺），解离出的Cu²⁺首先被十二指肠刷状缘金属还原酶（Duodenal Cytochrome B，Dcytb）还原成Cu⁺，Cu⁺经CTR1转运到细胞质，铜伴侣蛋白 ATOX1 与Cu⁺结合，并将其递送至位于高尔基网络（TGN）膜上的铜转运ATP酶 ATP7A。ATP7A将Cu⁺从细胞质泵入高尔基体腔内，或在高铜浓度时将多余的铜泵出细胞外。

从肠上皮细胞基底膜排出的铜离子进入血液循环后，铜经小分子氨基酸（如组氨酸）或血清蛋白（α-巨球蛋白、白蛋白）转运到门静脉进入肝脏。肝脏是铜蓝蛋白（Ceruloplasmin，CP）的主要合成场所，每分子CP结合6 - 8个铜离子，是血浆中的主要铜载体蛋白，也叫亚铁氧化酶（Ferroxidase），负责把铜转运到外周组织，并把Fe²⁺氧化成Fe³⁺，催化Fe³⁺与转铁蛋白（Transferrin，Tf）结合。

值得注意的是，有关CTR1转铜的观点还不一致，其中更多学者倾向于用拓扑模型（Topological Model）解释铜吸收机理。拓扑模型如下：

CTR1羧基端进入细胞质内，氨基端位于膜胞质外侧。氨基端具有由许多蛋氨酸和组氨酸残基排列成的氨基酸基序（Motifs），这些基序可能提供与铜元素配位结合、转运的巯基（SH）配体。尽管这个基序中有许多蛋氨酸残基，但只有倒数第三位蛋氨酸残基才发挥作用。羧基端含一个特征性的Hi-Cys-His基序，这个基序也含配体巯基（SH），可能为铜跨膜转运提供必要的动能。

生物化学利用交联试验和电子显微镜晶体法研究揭示，CTR1是由9个跨膜螺旋体组成的致密三维结构复合体，形成一个以水为溶剂的铜渗透通道，这个通道的形成允许铜与蛋氨酸基序氨基端结合，最终与6个系列蛋氨酸残基配位，并被包裹在CTR1跨膜三聚体中。

二、含铜酶及其生理功能

铜是多种关键酶的辅酶，有关含铜酶及其生理生化作用如下：

（一）细胞色素c氧化酶与能量代谢

细胞色素c氧化酶（Cytochrome c Oxidase, CCO）是线粒体电子传递链的末端酶（aa3），含有两个铜中心，即Cu A和Cu B，负责催化电子从细胞色素c传递至分子氧。CCO是细胞有氧呼吸的关键限速酶，其活性直接决定线粒体的能量产出效率。铜缺乏时，CCO活性明显地下降，ATP合成不足，心肌、骨骼肌等高耗能组织能量供应不足，表现为生长迟缓、运动能力下降及心脏功能异常；同时由于有效能产出减少和废热产出增加，能量利用效率降低，料重比升高。

（二）超氧化物歧化酶与抗氧化应激

铜/锌超氧化物歧化酶（Cu/Zn-SOD）是细胞内重要的抗氧化酶，广泛存在于细胞质和线粒体膜嵴。 Cu/Zn-SOD活性中心含1个Cu²⁺和1个Zn²⁺，铜离子（Cu²⁺/Cu⁺）通过氧化还原反应，把超氧阴离子（O₂^·-）转化为过氧化氢（H₂O₂）和氧气，清除活性氧（ROS），维护核酸、细胞膜和蛋白质等生物大分子。缺铜降低Cu/Zn-SOD活性，加剧细胞氧化应激反应，发生炎症和组织损伤。Cu/Zn-SOD歧化反应如下，

O₂^·-+ O₂^·- + Cu/Zn-SOD → H₂O₂ + O₂ + Cu/Zn-SOD

Cu/Zn-SOD把超氧阴离子转化成毒副作用小的H₂O₂和氧气，产生的H₂O₂再经过含Fe³⁺的过氧化氢酶（CAT）和含硒的谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）转化成H₂O和氧气。

（三）赖氨酰氧化酶与结缔组织

赖氨酰氧化酶（Lysyl Oxidase, LOX）是细胞外基质交联的关键酶，其活性中心含有一个铜离子。LOX催化胶原和弹性蛋白中赖氨酸和羟赖氨酸残基的氧化脱氨反应，生成醛基，进而促进胶原纤维和弹性纤维的共价交联，维持血管壁、骨骼等结缔组织的强度、韧度和弹性。缺铜导致LOX活性降低，胶原交联障碍，血管壁脆性增加、骨骼发育不良、关节松弛及皮肤弹性减弱，奶牛和种畜趾、膝易发生病变，蛋壳膜结构受损，碳酸钙晶状体大小和排布不规则，出现暗斑蛋、破蛋、沙壳蛋和畸形蛋。

（四）铜蓝蛋白与铁代谢

铜蓝蛋白不仅是有机体铜载体，还具有亚铁氧化酶的活性，催化Fe²⁺氧化成Fe³⁺，促进铁与转铁蛋白结合，介导铁从肝脏、脾脏等储存部位向骨髓转运，生成红细胞。缺铜引发铁代谢障碍、贫血，进而影响能量代谢，包括ATP生产、氧气供应和肌红蛋白储氧能力等。

（五）酪氨酸酶与黑色素合成

酪氨酸酶（Tyrosinase）是黑色素生物合成的限速酶，含有两个铜离子，催化酪氨酸羟基化反应生成多巴（DOPA）、多巴氧化为多巴醌，最终生成黑色素。铜缺乏时，酪氨酸酶活性下降，动物毛色褪变（黑色到灰色），皮肤色素减退。

（六）神经递质合成相关酶

铜是多种神经递质和内分泌合成通路的必需因子，参与生物信息传导。

1、多巴胺 β-羟化酶（DBH）：含铜单加氧酶，催化多巴胺转化为去甲肾上腺素，是神经、内分泌第一信使产生、传递以及与受体结合的关键元素。

2、肽基甘氨酸α-酰胺化单加氧酶（PAM）：依赖铜离子和抗坏血酸，催化神经肽前体C端酰胺化修饰，是催产素、血管加压素、α-促黑素等多种活性神经肽成熟和功能发挥的介导物质。

因此，缺铜或铜供应不足影响神经递质的合成与释放，与动物行为异常、应激反应迟钝及内分泌调节失衡密切相关。

三、结语

铜在动物体中扮演着“微量却核心”的生理生化角色，通过细胞色素c氧化酶驱动能量代谢，依托超氧化物歧化酶构筑抗氧化防御屏障，并在结缔组织构建、色素沉着及神经信号传导中发挥着不可替代的催化作用。