FUKOZA: ZNAČILNOSTI, STRUKTURA, FUNKCIJE - KEMIJA - 2025

Fukoze (skrajšano Fuc), ali C6-deoksi-L-galaktoze je monosaharid delno dezoksigenirano (deoxysugar) šest ogljiki z na empirično formulo C ₆ H ₁₂ O ₅ . Kot drugi monosaharidi je tudi to, da je polhidrični sladkor.

Ko hidroksilno skupino nadomestimo z vodikovim atomom, dobimo deoksisugar. Čeprav bi teoretično ta nadomestitev lahko vplivala na katero koli hidroksilno skupino katerega koli monosaharida, je v naravi deoksisugarjev malo.

Vir: Edgar181

Nekateri deoksisugari so: 1) deoksiriboza (2-deoksi-D-riboza), ki izhaja iz D-riboze, ki je del DNK; 2) ramnoza (6-D-deoksimannoza), pridobljena iz D-manoze; 3) fukoza, pridobljena iz L-galaktoze. Slednja je pogostejša od D-fukoze, izvira iz D-galaktoze.

Značilnosti in struktura

Fukoza je znana tudi po imenih 6-deoksi-galaktoheksoza, fukopiranoza, galaktometiloza in rodeoza.

Čeprav ga običajno najdemo v tvorbi polisaharidov in glikoproteinov, izolirani kot monosaharid, je slajši od galaktoze. To je posledica dejstva, da zamenjava hidroksilne skupine z atomom vodika povečuje hidrofobni značaj in s tem sladkost molekule.

Hidroksilne skupine fukoze so lahko enake reakcijam kot drugi sladkorji, pri čemer nastajajo najrazličnejši acetali, glikozidi, etri in estri.

Fukozilirana biomolekula je tista, na katero so se z delovanjem fukoziltransferaze povezale molekule fukoze preko glikozidnih vezi. Ko pride do hidrolize glikozidnih vezi z delovanjem fukozidaze in tako loči fukozo, naj bi bila biomolekula defukozilirana.

Ker so glukani fukozilirani, nastajajo bolj zapleteni glukani, imenovani fukani, ki so lahko del glikoproteinov ali ne. Sulfatirani fukani so opredeljeni kot tisti polisaharidi, ki vsebujejo sulfatirane ostanke L-fukoze. Tipične so za rjave alge. Primeri vključujejo askofilan, sargasan in pelvetan.

Eden najbolje raziskanih fukanov je fukoidan, pridobljen iz rjave alge Fucus vesiculosus, ki je na trgu (Sigma-Aldrich Chemical Company) že desetletja.

Porazdelitev v naravi

D-fukoza je prisotna v antibiotičnih snoveh, ki jih proizvajajo mikrobi, in v rastlinskih glikozidih, kot so konvolvulin, chartreusin, ledienozid in keirotoksin.

L-fukoza je sestavljena iz polisaharidov iz alg, listov slive, lanu, soje in semen kanole, tragakant dlesni, krompirjevih celičnih sten, gomoljev kasave, kivija lubje ceibe in sluzi koruzne kaliptra, pa tudi druge rastline.

L-fukoza je prisotna tudi v jajcih morskega ježka in v želatini, ki varuje žabja jajca.

Pri sesalcih L-fukozni fukani tvorijo ligande, ki delujejo na adhelijsko-adhetialno adhezijo, posredovano s selektinom, in sodelujejo v številnih ontogenetskih dogodkih.

L-fukoza je obilna v fukosfingolipidih epitelij prebavil in kostnega mozga, v hrustančnih in keratinskih strukturah pa se pojavlja v majhnih deležih.

Pri ljudeh so fukani z L-fukozo del glikoproteinov v slini in želodčnih sokovih. Prav tako so del antigenov, ki določajo krvne skupine ABO. Prisotni so v različnih oligosaharidih v materinem mleku.

Presnova fukoze

Fukoziltransferaze uporabljajo BDP-fukozo, nukleotidno aktivirano obliko fukoze, kot darovalca fukoze pri gradnji fukoziliranih oligosaharidov.

GDP-fukoza se pridobiva iz BNN-manoze z zaporednim delovanjem dveh encimov: BDP-manoza 4,6-dehidratataza in 3,5-epimeraza-4-reduktaza BDP-4-keto-6-deoksimanoza.

Z uporabo kofaktorja NADP + prvi encim katalizira dehidracijo BDP-manoze. Zmanjšanje položaja 6 in oksidacija položaja 4 povzročata BDP-6-deoksi-4-keto-manozo (med reakcijo se hibrid prenese iz položaja 4 v 6 sladkorja).

Drugi encim, od katerega je odvisen NADPH, katalizira epimerizacijo položajev 3 in 5 in zmanjšanje skupine 4-keto BDP-6-deoksi-4-keto-manoze.

Bakterije lahko rastejo s pomočjo fukoze kot edinega vira ogljika in energije s pomočjo fukonsko induciranega operona, ki kodira katabolične encime za ta sladkor.

Zgornji postopek vključuje: 1) vstop proste fukoze skozi celično steno, ki ga posreduje permeaza; 2) izomerizacija fukoze (aldoza), da nastane fukuloza (ketoza); 3) fosforilacija fukuloze, da nastane fukuloza-1-fosfat; 4) reakcija aldolaze za tvorbo laktaldehida in dihidroksiaceton fosfata iz fukuloze-1-fosfata.

Lastnosti

Vloga pri raku

Med simptomi številnih vrst rakavih tumorjev je prisotnost beljakovin, vezanih na glukan, ki se razlikujejo po spremenjeni sestavi oligosaharida. Prisotnost teh nenormalnih glukanov, med katerimi izstopajo fukani, je povezana z malignostjo in metastatskim potencialom teh tumorjev.

Pri raku dojke tumorske celice vključujejo fukozo v glikoproteine ​​in glikolipide. Fukoza prispeva k napredovanju tega raka, ugodno pa aktivira matične celice raka, hematogene metastaze in invazijo tumorjev prek zunajceličnih matric.

Pri karcinomu pljuč in hepatokarcinogenezi je povečano izražanje fukoze povezano z visokim metastatskim potencialom in majhno verjetnostjo preživetja.

V nasprotju s tem so nekateri sulfatirani fukani obetavne snovi pri zdravljenju raka, kar je bilo ugotovljeno v številnih raziskavah in vitro s celičnimi linijami raka, vključno s tistimi, ki povzročajo raka dojk, pljuč, prostate, želodca, debelega črevesa in danke.

Vloga pri drugih boleznih

Povečano izražanje fukanov v serumskih imunoglobulinih je bilo povezano z juvenilnim in odraslim revmatoidnim artritisom.

Pomanjkanje adhezije levkocitov II je redka prirojena bolezen, ki nastane zaradi mutacij, ki spreminjajo aktivnost transporterja FDP-fukoze, ki se nahaja v aparatu Golgi.

Bolniki trpijo zaradi duševne in psihomotorne zaostalosti in trpijo za ponavljajočimi se bakterijskimi okužbami. Ta bolezen se ugodno odziva na peroralne odmerke fukoze.

Biomedicinski potencial

Sulfanirani fukani, dobljeni iz rjavih alg, so pomemben rezervoar spojin s terapevtskim potencialom.

Imajo protivnetne in antioksidativne lastnosti, zavirajo migracijo limfocitov na mestih okužbe in spodbujajo sproščanje citokinov. Povečajo imunski odziv z aktiviranjem limfocitov in makrofagov.

Imajo antikoagulacijske lastnosti. Pokazalo se je, da pri ljudeh oralno dokazano zavirajo agregacijo trombocitov.

Imajo antibiotični in antiparazitski potencial in zavirajo rast želodčne patogene bakterije Helicobacter pylori. Ubija zajedavce Plasmodium spp. (povzročitelj malarije) in Leishmania donovani (povzročitelj ameriške viscerotropne lišmanijoze).

Nazadnje imajo močne protivirusne lastnosti, ki zavirajo vstop v celico več virusov, ki so zelo pomembni za zdravje ljudi, vključno z Arenavirusom, citomegalovirusom, Hantavirusom, hepadnavirusom, virusom HIV, virusom herpes simpleksa in virusom gripe.

Reference

1. Becker, DJ, Lowe, JB 2003. Fukoza: biosinteza in biološka funkcija pri sesalcih. Glikobiologija, 13, 41R-53R.
2. Deniaud-Bouët, E., Hardouin, K., Potin, P., Kloareg, B., Hervé, C. 2017. Pregled celic rjave alge in sulfata polisaharidov, ki vsebujejo fukozo: kontekst celične stene, biomedicinske lastnosti in ključ raziskovalni izzivi Polimeri iz ogljikovih hidratov, http://dx.doi.org/10.1016/j.carbpol.2017.07.082.
3. Flowers HM 1981. Kemija in biokemija D- in L-fukoze. Napredek kemije in biokemije ogljikovih hidratov, 39, 279–345.
4. Listinsky, JJ, Siegal, GP, Listinsky, CM 2011. Nastajajoči pomen α -L-fukoze pri raku dojk pri ljudeh: pregled. Am. J. Transl. Res., 3, 292–322.
5. Murray, RK in sod. 2003. Harperjeva ilustrirana biokemija. McGraw-Hill, New York.
6. Pereira, L. 2018. Terapevtske in prehranske uporabe alg. CRC Press, Boca Raton.
7. Staudacher, E., Altmann, F., Wilson, IBH, März, L. 1999. Fukoza v N-glikanih: od rastline do človeka. Biochimica et Biophysica Acta, 1473, 216–236.
8. Tanner, W., Loewus, FA 1981. Rastlinski ogljikovi hidrati II. Izvencelični ogljikovi hidrati. Springer, New York.
9. Vanhooren, PT, Vandamme, EJ 1999. L-fukoza: pojav, fiziološka vloga, kemijska, encimska in mikrobna sinteza. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 74, 479–497.