ФУКОЗА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ - ХИМИЯ - 2025

На фукоза (съкращение Fuc), или 6-деокси-L-галактоза е монозахарид частично обезкислородява (дезокси захар) от шест въглеродни атома с най емпирична формула C ₆ H ₁₂ O ₅. Подобно на други монозахариди, това е многоалкотна захар.

Когато хидроксилната група е заменена с водороден атом, се получава дезоксисугар. Въпреки че теоретично тази замяна може да засегне всяка хидроксилна група на който и да е монозахарид, в природата има малко разнообразие от дезоксисугари.

Източник: Edgar181

Някои деоксисугари са: 1) дезоксирибоза (2-дезокси-D-рибоза), получена от D-рибоза, която е част от ДНК; 2) рамноза (6-D-дезоксиманоза), получена от D-маноза; 3) фукоза, получена от L-галактоза. Последната е по-често срещана от D-фукозата, получена от D-галактоза.

Характеристики и структура

Фукозата е известна и с имената 6-дезокси-галактохексоза, фукопираноза, галактометилоза и родоза.

Въпреки че обикновено се намира във формирането на полизахариди и гликопротеини, изолирани като монозахарид, той е по-сладък от галактозата. Това се дължи на факта, че замяната на хидроксилна група с водороден атом увеличава хидрофобния характер и следователно сладостта на молекулата.

Хидроксилните групи на фукозата могат да претърпят същите реакции като другите захари, произвеждайки голямо разнообразие от ацетали, гликозиди, етери и естери.

Фукозилирана биомолекула е тази, към която чрез действието на фукозилтрансфераза са прикрепени фукозни молекули чрез гликозидни връзки. Когато хидролизата на гликозидни връзки се осъществява чрез действието на фукозидаза, като по този начин се разделя фукозата, се казва, че биомолекулата е дефукозилирана.

Тъй като глюканите са фукозилирани, се генерират по-сложни глюкани, наречени фукани, които могат или не могат да бъдат част от гликопротеините. Сулфатните фукани се определят като онези полизахариди, които съдържат сулфатирани L-фукозни остатъци. Те са типични за кафявите водорасли. Примерите включват аскофилан, саргазан и пелветан.

Един от най-добре проучените фукани е фукоиданът, получен от кафявата водорасла Fucus vesiculosus, която е на пазара (Sigma-Aldrich Chemical Company) от десетилетия.

Разпространение в природата

D-фукозата присъства в антибиотичните вещества, произвеждани от микробите, и в растителните гликозиди, като конвулвулин, шартреузин, ледиенозид и кеиротоксин.

L-фукозата е съставна част на полизахаридите от водорасли, листа от слива, лен, соя и рапица, семена от травакант, клетъчни стени на картофи, грудки от маниока, киви, кората на сейба и муцигела на царевичния калиптра, както и други растения.

L-фукозата присъства и в яйцата на морски таралеж и в желатина, който защитава жабешките яйца.

При бозайниците L-фукозата-фукани образуват лигандите, които действат върху селектираната левкоцитно-ендотелна адхезия и участват в множество онтогенетични събития.

L-фукозата е в изобилие във фукосфинголипидите на стомашно-чревния епител и костния мозък и се появява в малки пропорции в хрущялните и кератиновите структури.

При хората фуканите с L-фукоза са част от гликопротеините в слюнката и стомашните сокове. Те също са част от антигените, които определят кръвните групи ABO. Те присъстват в различни олигозахариди в кърмата.

Метаболизъм на захар

Фукозилтрансферазите използват GDP-фукоза, нуклеотидна активирана форма на фукоза, като донор на фукоза при изграждането на фукозилирани олигозахариди.

БВП-фукозата се извлича от БВП-манозата чрез последователното действие на два ензима: БВП-маноза 4,6-дехидратаза и 3,5-епимераза-БВ-4-кето-6-деоксиманоза 3,5-епимераза-4-редуктаза.

Използвайки кофактор NADP +, първият ензим катализира дехидратацията на GDP-манозата. Намаляването на позиция 6 и окисляването на позиция 4 произвежда БВП-6-дезокси-4-кето-маноза (по време на реакцията хибридът се прехвърля от позиция 4 до 6 на захарта).

Вторият ензим, който зависи от NADPH, катализира епимеризацията на позиции 3 и 5 и редукцията на 4-кето групата на GDP-6-дезокси-4-кето-манозата.

Бактериите могат да растат, използвайки фукозата като единствен източник на въглерод и енергия с помощта на фуко-индуцируем оперон, който кодира катаболни ензими за тази захар.

Горният процес включва: 1) влизане на свободна фукоза през клетъчната стена, медиирана от пермеаза; 2) изомеризация на фукозата (алдоза) за образуване на фукулоза (кетоза); 3) фосфорилиране на фукулоза за образуване на фукулоза-1-фосфат; 4) реакция на алдолаза за образуване на лакталдехид и дихидроксиацетон фосфат от фукулоза-1-фосфат.

Характеристика

Роля в рака

Сред симптомите на много видове ракови тумори са наличието на свързани с глюкан протеини, които се отличават с променен състав на олигозахарид. Наличието на тези ненормални глюкани, сред които се открояват фукани, е свързано със злокачествеността и метастатичния потенциал на тези тумори.

При рак на гърдата туморните клетки включват фукоза в гликопротеини и гликолипиди. Фукозата допринася за прогресията на този рак, като благоприятства активирането на раковите стволови клетки, хематогенните метастази и инвазията на тумори чрез извънклетъчни матрици.

При белодробен карцином и хепатокарциногенеза повишената експресия на фукоза е свързана с висок метастатичен потенциал и ниска вероятност за оцеляване.

За разлика от това, някои сулфатирани фукани са обещаващи вещества при лечението на рак, както е установено от многобройни изследвания in vitro с ракови клетъчни линии, включително тези, които причиняват рак на гърдата, белите дробове, простатата, стомаха, дебелото черво и ректума.

Роля в други заболявания

Повишената експресия на фукани в серумните имуноглобулини се свързва с ювенилен и възрастен ревматоиден артрит.

Дефицитът на адхезия на левкоцитите II е рядко вродено заболяване, дължащо се на мутации, които променят активността на FDP-преносител на фукоза, разположен в апарата на Голджи.

Пациентите страдат от умствена и психомоторна изостаналост и страдат от повтарящи се бактериални инфекции. Това заболяване повлиява благоприятно на пероралните дози фукоза.

Биомедицински потенциал

Сулфатирани фукани, получени от кафяви водорасли, са важни резервоари на съединения с терапевтичен потенциал.

Те имат противовъзпалителни и антиоксидантни свойства, инхибират миграцията на лимфоцитите в местата на инфекция и благоприятстват освобождаването на цитокини. Те повишават имунния отговор чрез активиране на лимфоцитите и макрофагите.

Те имат антикоагулантни свойства. Орално е доказано, че инхибират агрегацията на тромбоцитите при хора.

Те имат антибиотичен и антипаразитен потенциал и инхибират растежа на стомашната патогенна бактерия Helicobacter pylori. Убива паразити Plasmodium spp. (причинител на малария) и Leishmania donovani (причинител на американската висцеротропна лейшманиоза).

И накрая, те имат мощни антивирусни свойства, като инхибират навлизането в клетката на няколко вируса от голямо значение за човешкото здраве, включително Аренавирус, Цитомегаловирус, Хантавирус, Хепаднавирус, ХИВ, вирус на херпес симплекс и вирус на грип.

Препратки

1. Becker, DJ, Lowe, JB 2003. Фукоза: биосинтез и биологична функция при бозайници. Гликобиология, 13, 41R-53R.
2. Deniaud-Bouët, E., Hardouin, K., Potin, P., Kloareg, B., Hervé, C. 2017. Преглед за стените на кафяви водорасли и съдържащи фукоза сулфатирани полизахариди: контекст на клетъчната стена, биомедицински свойства и ключ изследователски предизвикателства Въглехидратни полимери,
3. Цветя HM 1981. Химия и биохимия на D- и L-фукозата. Напредък в въглехидратната химия и биохимия, 39, 279–345.
4. Listinsky, JJ, Siegal, GP, Listinsky, CM 2011. Възникващото значение на α -L-фукозата при рак на гърдата при човека: преглед. Am. J. Transl. Рез. 3, 292-322.
5. Murray, RK и др. 2003. Илюстрираната биохимия на Харпър. McGraw-Hill, Ню Йорк.
6. Перейра, Л. 2018. Терапевтични и хранителни приложения на водораслите. CRC Press, Бока Ратон.
7. Staudacher, E., Altmann, F., Wilson, IBH, März, L. 1999. Фукозата в N-гликаните: от растението до човека. Biochimica et Biophysica Acta, 1473, 216-236.
8. Tanner, W., Loewus, FA 1981. Растителни въглехидрати II. Извънклетъчни въглехидрати. Спрингер, Ню Йорк.
9. Vanhooren, PT, Vandamme, EJ 1999. L-фукоза: възникване, физиологична роля, химичен, ензимен и микробен синтез. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 74, 479-497.