ФУКОЗА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРОЕНИЕ, ФУНКЦИИ - ХИМИЯ - 2025

Фукоза (сокращенно Fuc), или 6-дезокси-L-галактоза является моносахаридом частично дезоксигенированным (deoxysugar) из шести атомов углерода , в эмпирической формуле С ₆ Н ₁₂ О ₅ . Как и другие моносахариды, это многоатомный сахар.

Когда гидроксильная группа заменяется атомом водорода, образуется дезоксисахар. Хотя теоретически эта замена может повлиять на любую гидроксильную группу любого моносахарида, в природе существует небольшое разнообразие дезоксисахаров.

Источник: Edgar181

Некоторые дезоксисахары: 1) дезоксирибоза (2-дезокси-D-рибоза), полученная из D-рибозы, которая является частью ДНК; 2) рамноза (6-D-дезоксиманноза), производная D-маннозы; 3) фукоза, полученная из L-галактозы. Последняя встречается чаще, чем D-фукоза, полученная из D-галактозы.

Характеристики и состав

Фукоза также известна под названиями 6-дезоксигалакто-гексоза, фукопираноза, галактометилоза и родеоза.

Хотя он обычно обнаруживается в образовании полисахаридов и гликопротеинов, выделенный в виде моносахарида, он слаще галактозы. Это связано с тем, что замена гидроксильной группы на атом водорода увеличивает гидрофобность и, следовательно, сладость молекулы.

Гидроксильные группы фукозы могут вступать в те же реакции, что и другие сахара, с образованием самых разнообразных ацеталей, гликозидов, простых и сложных эфиров.

Фукозилированная биомолекула - это биомолекула, к которой под действием фукозилтрансферазы молекулы фукозы были присоединены через гликозидные связи. Когда гидролиз гликозидных связей происходит под действием фукозидазы, таким образом отделяя фукозу, говорят, что биомолекула дефукозилирована.

По мере фукозилирования глюканов образуются более сложные глюканы, называемые фуканами, которые могут быть или не быть частью гликопротеинов. Сульфатированные фуканы определяются как те полисахариды, которые содержат сульфатированные остатки L-фукозы. Они типичны для бурых водорослей. Примеры включают аскофилан, саргасан и пельветан.

Одним из наиболее изученных фуканов является фукоидан, получаемый из бурой водоросли Fucus vesiculosus, которая присутствует на рынке (Sigma-Aldrich Chemical Company) в течение десятилетий.

Распространение в природе

D-фукоза присутствует в антибиотических веществах, продуцируемых микробами, и в гликозидах растений, таких как конолвулин, шартрезин, ледиенозид и кейротоксин.

L-фукоза является составной частью полисахаридов водорослей, листьев сливы, льна, семян сои и канолы, трагакантовой камеди, клеточных стенок картофеля, клубней маниоки, киви, кора сейбы и муцигель кукурузной калиптры, а также других растений.

L-фукоза также присутствует в яйцах морских ежей и в желатине, защищающем яйца лягушек.

У млекопитающих L-фукоза-фуканы образуют лиганды, которые действуют на адгезию лейкоцитов к эндотелию, опосредованную селектином, и участвуют во многих онтогенетических событиях.

L-фукоза в большом количестве содержится в фукосфинголипидах желудочно-кишечного эпителия и костного мозга и в небольших количествах появляется в хрящах и кератиновых структурах.

У человека фуканы L-фукозы входят в состав гликопротеинов слюны и желудочного сока. Они также входят в состав антигенов, определяющих группы крови ABO. Они присутствуют в различных олигосахаридах грудного молока.

Метаболизм фукозы

Фукозилтрансферазы используют GDP-фукозу, нуклеотидно-активированную форму фукозы, в качестве донора фукозы при создании фукозилированных олигосахаридов.

GDP-фукоза образуется из GDP-маннозы в результате последовательного действия двух ферментов: GDP-манноза 4,6-дегидратазы и GDP-4-кето-6-дезоксиманоз 3,5-эпимераза-4-редуктазы.

Используя кофактор НАДФ +, первый фермент катализирует дегидратацию GDP-маннозы. Восстановление положения 6 и окисление положения 4 дает GDP-6-дезокси-4-кетоманнозу (во время реакции гибрид переносится из положения 4 в 6 сахара).

Второй фермент, который является НАДФН-зависимым, катализирует эпимеризацию положений 3 и 5 и восстановление 4-кетогруппы GDP-6-дезокси-4-кетоманнозы.

Бактерии могут расти, используя фукозу в качестве единственного источника углерода и энергии через индуцируемый фукозой оперон, который кодирует катаболические ферменты для этого сахара.

Вышеупомянутый процесс включает: 1) проникновение свободной фукозы через клеточную стенку, опосредованное пермеазой; 2) изомеризация фукозы (альдоза) с образованием фукулозы (кетоз); 3) фосфорилирование фукулозы с образованием фукулозо-1-фосфата; 4) альдолазная реакция с образованием лактальдегида и дигидроксиацетонфосфата из фукулозо-1-фосфата.

Характеристики

Роль в раке

Среди симптомов многих типов раковых опухолей есть наличие белков, связанных с глюканами, которые отличаются измененным составом олигосахаридов. Наличие этих аномальных глюканов, среди которых выделяются фуканы, связано со злокачественностью и метастатическим потенциалом этих опухолей.

При раке груди опухолевые клетки включают фукозу в гликопротеины и гликолипиды. Фукоза способствует прогрессированию этого рака, способствуя активации раковых стволовых клеток, гематогенным метастазам и инвазии опухолей через внеклеточные матрицы.

При карциноме легких и гепатоканцерогенезе повышенная экспрессия фукозы связана с высоким метастатическим потенциалом и низкой вероятностью выживания.

Напротив, некоторые сульфатированные фуканы являются многообещающими веществами при лечении рака, что было определено многочисленными исследованиями in vitro с линиями раковых клеток, включая те, которые вызывают рак груди, легких, простаты, желудка, толстой кишки и прямой кишки.

Роль при других заболеваниях

Повышенная экспрессия фуканов в сывороточных иммуноглобулинах была связана с ювенильным и взрослым ревматоидным артритом.

Дефицит адгезии лейкоцитов II - редкое врожденное заболевание, вызванное мутациями, которые изменяют активность транспортера FDP-фукозы, расположенного в аппарате Гольджи.

Пациенты страдают умственной и психомоторной отсталостью, рецидивирующими бактериальными инфекциями. Это заболевание благоприятно реагирует на пероральные дозы фукозы.

Биомедицинский потенциал

Сульфатированные фуканы, полученные из бурых водорослей, являются важными резервуарами соединений с терапевтическим потенциалом.

Они обладают противовоспалительными и антиоксидантными свойствами, подавляя миграцию лимфоцитов в местах инфекции и способствуя высвобождению цитокинов. Они усиливают иммунный ответ за счет активации лимфоцитов и макрофагов.

Обладают антикоагулянтными свойствами. Было показано, что перорально они подавляют агрегацию тромбоцитов у людей.

Они обладают антибиотическим и противопаразитарным действием и подавляют рост патогенной бактерии желудка Helicobacter pylori. Убивает паразитов Plasmodium spp. (возбудитель малярии) и Leishmania donovani (возбудитель американского висцеротропного лейшманиоза).

Наконец, они обладают мощными противовирусными свойствами, препятствуя проникновению в клетку нескольких вирусов, имеющих большое значение для здоровья человека, включая аренавирус, цитомегаловирус, хантавирус, гепаднавирус, ВИЧ, вирус простого герпеса и вирус гриппа.

Ссылки

1. Беккер, Д. Д., Лоу, Дж. Б. 2003. Фукоза: биосинтез и биологическая функция у млекопитающих. Гликобиология, 13, 41R-53R.
2. Deniaud-Bouët, E., Hardouin, K., Potin, P., Kloareg, B., Hervé, C. 2017. Обзор клеточных стенок бурых водорослей и фукозосодержащих сульфатированных полисахаридов: контекст клеточной стенки, биомедицинские свойства и ключевые Проблемы исследования Carbohydrate Polymers, http://dx.doi.org/10.1016/j.carbpol.2017.07.082.
3. Флауэрс Х.М. 1981. Химия и биохимия D- и L-фукозы. Успехи в химии и биохимии углеводов, 39, 279–345.
4. Листинский, Дж. Дж., Сигал, Г. П., Листинский, С. М. 2011. Растущее значение α -L-фукозы при раке груди человека: обзор. Am. J. Transl. Res., 3, 292-322.
5. Мюррей, Р.К. и др. 2003. Иллюстрированная биохимия Харпера. Макгроу-Хилл, Нью-Йорк.
6. Перейра, Л. 2018. Терапевтическое и пищевое использование водорослей. CRC Press, Бока-Ратон.
7. Стаудахер, Э., Альтманн, Ф., Уилсон, ИБХ, Мэрц, Л. 1999. Фукоза в N-гликанах: от растения к человеку. Biochimica et Biophysica Acta, 1473, 216–236.
8. Tanner, W., Loewus, FA 1981. Растительные углеводы II. Внеклеточные углеводы. Спрингер, Нью-Йорк.
9. Vanhooren, PT, Vandamme, EJ 1999. L-фукоза: возникновение, физиологическая роль, химический, ферментативный и микробный синтез. Журнал химической технологии и биотехнологии, 74, 479-497.