FUKOZA: CHARAKTERYSTYKA, BUDOWA, FUNKCJE - CHEMIA - 2024

Fukoza (Fuc skrócone) lub 6-deoksy-L-galaktozy stanowi monosacharyd częściowo Odtleniony (deoxysugar) dla sześciu atomów węgla, z tym wzór empiryczny C ₆ H ₁₂ O ₅ . Podobnie jak inne cukry proste, jest cukrem wielowodorotlenowym.

Gdy grupa hydroksylowa jest zastąpiona atomem wodoru, powstaje dezoksysugar. Chociaż teoretycznie ta zamiana może wpływać na dowolną grupę hydroksylową dowolnego monosacharydu, w naturze występuje niewielka różnorodność dezoksysugarów.

Źródło: Edgar181

Niektóre deoksysugary to: 1) deoksyryboza (2-deoksy-D-ryboza), pochodząca z D-rybozy, która jest częścią DNA; 2) ramnoza (6-D-deoksymannoza), pochodząca z D-mannozy; 3) fukozy, pochodzącej z L-galaktozy. Ta ostatnia występuje częściej niż D-fukoza, pochodząca z D-galaktozy.

Charakterystyka i struktura

Fukoza jest również znana pod nazwami 6-deoksy-galakto-heksoza, fukopiranoza, galaktometyloza i rodeoza.

Chociaż normalnie występuje w tworzeniu polisacharydów i glikoprotein, wyizolowany jako monosacharyd, jest słodszy niż galaktoza. Wynika to z faktu, że zastąpienie grupy hydroksylowej atomem wodoru zwiększa hydrofobowość, a tym samym słodycz cząsteczki.

Grupy hydroksylowe fukozy mogą ulegać takim samym reakcjom jak inne cukry, wytwarzając szeroką gamę acetali, glikozydów, eterów i estrów.

Fukozylowana biocząsteczka to taka, do której w wyniku działania fukozylotransferazy przyłączono cząsteczki fukozy poprzez wiązania glikozydowe. Gdy hydroliza wiązań glikozydowych zachodzi w wyniku działania fukozydazy, oddzielając w ten sposób fukozy, mówi się, że biocząsteczka została defukozylowana.

Ponieważ glukany są fukozylowane, generowane są bardziej złożone glukany zwane fukanami, które mogą, ale nie muszą być częścią glikoprotein. Fukany siarczanowe definiuje się jako te polisacharydy, które zawierają siarczanowane reszty L-fukozy. Są typowe dla brunatnic. Przykłady obejmują askofilan, sargasan i pelvetan.

Jednym z najlepiej przebadanych fukanów jest fukoidan, pozyskiwany z brunatnicy Fucus vesiculosus, która jest obecna na rynku (Sigma-Aldrich Chemical Company) od dziesięcioleci.

Dystrybucja w przyrodzie

D-fukoza jest obecna w antybiotykach wytwarzanych przez drobnoustroje oraz w glikozydach roślinnych, takich jak konwulina, chartreuzyna, ledienozyd i keirotoksyna.

L-fukoza jest składnikiem polisacharydów z alg, liści śliwki, lnu, soi i nasion rzepaku, gumy tragakantowej, ścian komórkowych ziemniaków, bulw manioku, owoców kiwi, kora ceiba i mucigel kaliptera kukurydzy, a także inne rośliny.

L-fukoza jest również obecna w jajach jeżowca oraz w żelatynie, która chroni jaja żab.

U ssaków fukany L-fukozy tworzą ligandy, które działają na adhezję leukocytów i śródbłonka zależną od selektyny i uczestniczą w licznych zdarzeniach ontogenetycznych.

L-fukoza jest bogata w fukosfingolipidy nabłonka przewodu pokarmowego i szpiku kostnego i pojawia się w małych ilościach w strukturach chrzęstnych i keratynowych.

U ludzi fukany L-fukozy są częścią glikoprotein w ślinie i sokach żołądkowych. Są również częścią antygenów definiujących grupy krwi ABO. Są obecne w różnych oligosacharydach w mleku matki.

Metabolizm fukozy

Fukozylotransferazy wykorzystują GDP-fukozę, aktywowaną nukleotydami formę fukozy, jako dawcę fukozy do budowy fukozylowanych oligosacharydów.

GDP-fukoza jest otrzymywana z GDP-mannozy przez kolejne działanie dwóch enzymów: 4,6-dehydratazy GDP-mannozy i 3,5-epimerazy-4-reduktazy GDP-4-keto-6-deoksymanozy.

Wykorzystując kofaktor NADP +, pierwszy enzym katalizuje odwodnienie GDP-mannozy. Redukcja pozycji 6 i utlenianie pozycji 4 daje GDP-6-deoksy-4-keto-mannozę (podczas reakcji hybryda jest przenoszona z pozycji 4 do 6 cukru).

Drugi enzym, zależny od NADPH, katalizuje epimeryzację pozycji 3 i 5 oraz redukcję grupy 4-keto w GDP-6-deoksy-4-keto-mannozie.

Bakterie mogą rosnąć przy użyciu fukozy jako jedynego źródła węgla i energii za pomocą indukowanego przez fukozy operonu, który koduje enzymy kataboliczne tego cukru.

Powyższy proces obejmuje: 1) wejście wolnej fukozy przez ścianę komórkową za pośrednictwem permeazy; 2) izomeryzacja fukozy (aldozy) z wytworzeniem fukozy (ketoza); 3) fosforylacja fukulozy z wytworzeniem fuukulozo-1-fosforanu; 4) reakcja aldolazy prowadząca do utworzenia aldehydu mlekowego i fosforanu dihydroksyacetonu z fukulozo-1-fosforanu.

cechy

Rola w raku

Objawy wielu typów guzów nowotworowych obejmują obecność białek związanych z glukanem, które wyróżniają się zmienionym składem oligosacharydów. Obecność tych nieprawidłowych glukanów, wśród których wyróżniają się fukany, jest powiązana ze złośliwością i potencjałem przerzutowym tych guzów.

W przypadku raka piersi komórki nowotworowe włączają fukozy do glikoprotein i glikolipidów. Fukoza przyczynia się do progresji tego raka, sprzyjając aktywacji nowotworowych komórek macierzystych, hematogennym przerzutom i inwazji nowotworów przez macierze zewnątrzkomórkowe.

W raku płuc i hepatokarcynogenezie zwiększona ekspresja fukozy wiąże się z wysokim potencjałem przerzutów i niskim prawdopodobieństwem przeżycia.

W przeciwieństwie do tego, niektóre siarczanowane fukany są obiecującymi substancjami w leczeniu raka, jak ustalono w licznych badaniach in vitro na liniach komórek rakowych, w tym tych, które powodują raka piersi, płuc, prostaty, żołądka, okrężnicy i odbytnicy.

Rola w innych chorobach

Zwiększona ekspresja fukanów w immunoglobulinach surowicy była związana z reumatoidalnym zapaleniem stawów u dorosłych i młodzieńców.

Niedobór adhezji leukocytów II jest rzadką chorobą wrodzoną spowodowaną mutacjami, które zmieniają aktywność transportera FDP-fukozy zlokalizowanego w aparacie Golgiego.

Pacjenci cierpią na upośledzenie umysłowe i psychomotoryczne, a także na nawracające infekcje bakteryjne. Ta choroba dobrze reaguje na doustne dawki fukozy.

Potencjał biomedyczny

Fukany siarczanowe pozyskiwane z brunatnic stanowią ważne rezerwuary związków o potencjale terapeutycznym.

Mają właściwości przeciwzapalne i przeciwutleniające, hamują migrację limfocytów w miejscach infekcji i sprzyjają uwalnianiu cytokin. Zwiększają odpowiedź immunologiczną poprzez aktywację limfocytów i makrofagów.

Mają właściwości przeciwzakrzepowe. Wykazano, że doustnie hamują agregację płytek krwi u ludzi.

Mają potencjał antybiotyczny i przeciwpasożytniczy oraz hamują rozwój bakterii chorobotwórczej żołądka Helicobacter pylori. Zabija pasożyty Plasmodium spp. (czynnik wywołujący malarię) i Leishmania donovani (czynnik sprawczy amerykańskiej leiszmaniozy wiscerotropowej).

Wreszcie mają silne właściwości antywirusowe, hamując przedostawanie się do komórki kilku wirusów o dużym znaczeniu dla zdrowia ludzkiego, w tym Arenavirus, Cytomegalovirus, Hantavirus, Hepadnavirus, HIV, herpes simplex i influenza virus.

Bibliografia

1. Becker, DJ, Lowe, JB 2003. Fukoza: biosynteza i funkcja biologiczna u ssaków. Glycobiology, 13, 41R-53R.
2. Deniaud-Bouët, E., Hardouin, K., Potin, P., Kloareg, B., Hervé, C. 2017. Przegląd ścian komórkowych brązowych alg i siarczanowanych polisacharydów zawierających fukozę: kontekst ściany komórkowej, właściwości biomedyczne i klucz wyzwania badawcze Carbohydrate Polymers, http://dx.doi.org/10.1016/j.carbpol.2017.07.082.
3. Kwiaty HM 1981. Chemia i biochemia D- i L-fukozy. Advances in Carbohydrate Chemistry and Biochemistry, 39, 279–345.
4. Listinsky, JJ, Siegal, GP, Listinsky, CM 2011. Wyłaniające się znaczenie α -L-fukozy w ludzkim raku piersi: przegląd. Am. J. Transl. Res., 3, 292–322.
5. Murray, RK i in. 2003. Ilustrowana biochemia Harpera. McGraw-Hill, Nowy Jork.
6. Pereira, L. 2018. Terapeutyczne i odżywcze zastosowania alg. CRC Press, Boca Raton.
7. Staudacher, E., Altmann, F., Wilson, IBH, März, L. 1999. Fukoza w N-glikanach: od rośliny do człowieka. Biochimica et Biophysica Acta, 1473, 216–236.
8. Tanner, W., Loewus, FA 1981. Węglowodany roślinne II. Węglowodany zewnątrzkomórkowe. Springer, Nowy Jork.
9. Vanhooren, PT, Vandamme, EJ 1999. L-fukoza: występowanie, rola fizjologiczna, synteza chemiczna, enzymatyczna i mikrobiologiczna. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 74, 479–497.