ФУКОЗА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, БУДОВА, ФУНКЦІЇ - ХІМІЯ - 2025

Фукоза (скорочено Fuc), або 6-дезокси-L-галактоза є моносахаридом частково дезоксігенірованного (deoxysugar) з шести атомів вуглецю , в емпіричною формулою З ₆ Н ₁₂ Про ₅ . Як і інші моносахариди, це багатоатомний цукор.

Коли гідроксильну групу заміняють атомом водню, отримують деоксисугар. Хоча теоретично ця заміна може впливати на будь-яку гідроксильну групу будь-якого моносахариду, в природі дезоксисугарів мало.

Джерело: Edgar181

Деякі деоксисугари - це: 1) дезоксирибоза (2-дезокси-D-рибоза), отримана з D-рибози, що входить до складу ДНК; 2) рамноза (6-D-дезоксиманоза), похідна від D-маннози; 3) фукоза, отримана з L-галактози. Остання зустрічається частіше, ніж D-фукоза, яка походить від D-галактози.

Характеристика та структура

Фукоза також відома під назвою 6-дезокси-галактогексоза, фукопіраноза, галактометілоза та родеоза.

Хоча він зазвичай міститься в утворенні полісахаридів і глікопротеїнів, виділених як моносахарид, він солодший, ніж галактоза. Це пов’язано з тим, що заміна гідроксильної групи атомом водню посилює гідрофобний характер і, отже, солодкість молекули.

Гідроксильні групи фукози можуть зазнавати тих же реакцій, що й інші цукри, утворюючи широке різноманіття ацеталів, глікозидів, ефірів та складних ефірів.

Фукозильована біомолекула - це та, до якої завдяки дії фукозилтрансферази молекули фукози були приєднані через глікозидні зв’язки. Коли гідроліз глікозидних зв’язків відбувається під дією фукозидази, таким чином відокремлюючи фукозу, біомолекула, як кажуть, дефукозилирована.

Оскільки глюкани є фукозильованими, утворюються більш складні глюкани, які називаються фуканами, які можуть бути або не бути частиною глікопротеїнів. Сульфатовані фукани визначаються як ті полісахариди, які містять сульфатовані залишки L-фукози. Вони характерні для бурих водоростей. Приклади включають аскофілан, саргазан і пельветан.

Один з найкраще вивчених фуканів - фукоидан, отриманий з коричневої водорості Fucus vesiculosus, яка на ринку (Sigma-Aldrich Chemical Company) є десятиліттями.

Поширення в природі

D-фукоза присутня в антибіотичних речовинах, що виробляються мікробами, і в рослинних глікозидах, таких як конвулвулін, шартреузин, ледієнозид та керотоксин.

L-фукоза є складовою полісахаридів з водоростей, листя сливи, льону, насіння сої та ріпаку, трагаканту камеді, стінок клітин картоплі, бульб маніоки, ківі, кора сейби та муцигель кукурудзяного калітра, а також інші рослини.

L-фукоза також присутня в яйцях морського їжака і в желатині, який захищає жаб’ячі яйця.

У ссавців L-фукоза-фукани утворюють ліганди, які діють на опосередковану селектином лейкоцитарно-ендотеліальну адгезію та беруть участь у численних онтогенетичних подіях.

L-фукоза рясна в фукосфінголіпідах шлунково-кишкового епітелію та кісткового мозку, і з’являється в невеликих пропорціях у хрящових та ороговілих структурах.

У людини фукани L-фукози входять до складу глікопротеїнів у слині та шлункових соках. Вони також входять до складу антигенів, які визначають групи крові АВО. Вони присутні в різних олігосахаридах у грудному молоці.

Обмін фукози

Фукозилтрансферази використовують ВВП-фукозу, форму активованої нуклеотидами фукози, як донора фукози при побудові фукозильованих олігосахаридів.

ВВП-фукоза отримується з ВВП-маннози послідовною дією двох ферментів: ВВП-маннози 4,6-дегіддратази та 3,5-епімерази-4-редуктази ВВП-4-кето-6-дезоксиманози.

Використовуючи кофактор NADP +, перший фермент каталізує зневоднення ВВП-маннози. Зменшення положення 6 та окислення положення 4 призводить до отримання ВВП-6-дезокси-4-кетоманози (під час реакції гібрид переноситься з положення 4 на 6 цукру).

Другий фермент, який залежить від НАДФН, каталізує епімеризацію позицій 3 та 5 та зменшення 4-кетогрупи ВВП-6-дезокси-4-кето-маннози.

Бактерії можуть рости, використовуючи фукозу як єдине джерело вуглецю та енергії через оперон, індукований фукозою, що кодує катаболічні ферменти для цього цукру.

Вищезазначений процес передбачає: 1) потрапляння вільної фукози через клітинну стінку, опосередковану пермезою; 2) ізомеризація фукози (альдоза) з утворенням фукулози (кетозу); 3) фосфорилювання фукулози з утворенням фукулози-1-фосфату; 4) реакція альдолази з утворенням лактальдегіду і дигідроксіацетонфосфату з фукулози-1-фосфату.

Особливості

Роль у раку

Серед симптомів багатьох типів ракових пухлин є наявність білків, пов'язаних з глюканом, які відрізняються зміненим складом олігосахариду. Наявність цих аномальних глюканів, серед яких виділяються фукани, пов'язана зі злоякісністю та метастатичним потенціалом цих пухлин.

При раку молочної залози пухлинні клітини включають фукозу в глікопротеїни та гліколіпіди. Фукоза сприяє прогресуванню цього раку, сприяючи активізації ракових стовбурових клітин, гематогенних метастазів та інвазії пухлин за допомогою позаклітинних матриць.

При карциномі легенів та гепатокарциногенезі підвищена експресія фукози пов'язана з високим метастатичним потенціалом та низькою ймовірністю виживання.

Навпаки, деякі сульфатовані фукани є перспективними речовинами при лікуванні раку, як це було визначено численними дослідженнями in vitro з раковими клітинами, включаючи ті, що спричиняють рак молочної залози, легенів, простати, шлунка, товстої кишки та прямої кишки.

Роль в інших захворюваннях

Підвищена експресія фуканів у сироваткових імуноглобулінах асоціюється з ювенільним та дорослим ревматоїдним артритом.

Дефіцит адгезії лейкоцитів II - рідкісне вроджене захворювання, обумовлене мутаціями, які змінюють активність транспортера FDP-фукози, розташованого в апараті Гольджі.

Пацієнти страждають на розумову та психомоторну відсталість і страждають від рецидивуючих бактеріальних інфекцій. Це захворювання сприятливо реагує на пероральні дози фукози.

Біомедичний потенціал

Сульфатовані фукани, отримані з бурих водоростей, є важливими резервуарами сполук з терапевтичним потенціалом.

Вони мають протизапальні та антиоксидантні властивості, пригнічуючи міграцію лімфоцитів у місцях інфекції та сприяючи вивільненню цитокінів. Вони підвищують імунну відповідь, активуючи лімфоцити та макрофаги.

Вони мають антикоагулянтні властивості. Орально показано, що вони інгібують агрегацію тромбоцитів у пацієнтів людини.

Вони мають антибіотичний та антипаразитарний потенціал і гальмують ріст шлункової патогенної бактерії Helicobacter pylori. Вбиває паразитів Plasmodium spp. (збудник малярії) та Leishmania donovani (збудник американського вісцеротропного лейшманіозу).

Нарешті, вони володіють потужними противірусними властивостями, гальмуючи потрапляння в клітину декількох вірусів, що мають велике значення для здоров'я людини, включаючи Аренавірус, Цитомегаловірус, Хантавірус, Гепаднавірус, ВІЛ, вірус простого герпесу та вірус грипу.

Список літератури

1. Беккер, DJ, Lowe, JB 2003. Фукоза: біосинтез та біологічна функція у ссавців. Глікобіологія, 13, 41R-53R.
2. Deniaud-Bouët, E., Hardouin, K., Potin, P., Kloareg, B., Hervé, C. 2017. Огляд про коричневі клітини водоростей та сульфатовані фукозою сульфатовані полісахариди: контекст клітинної стінки, біомедичні властивості та ключ виклики в галузі досліджень вуглеводних полімерів, http://dx.doi.org/10.1016/j.carbpol.2017.07.082.
3. Квіти HM 1981. Хімія та біохімія D- та L-фукози. Успіхи хімії та біохімії вуглеводів, 39, 279–345.
4. Лістінський, Дж. Дж., Сігал, Г. П., Лістінський, К.М. 2011. Важливе значення α -L-фукози при раку молочної залози людини: огляд. Am. J. Transl. Рез., 3, 292-322.
5. Murray, RK та ін. 2003. Ілюстрована біохімія Харпера. McGraw-Hill, Нью-Йорк.
6. Перейра, Л. 2018. Лікувальне та харчове використання водоростей. CRC Press, Бока Ратон.
7. Staudacher, E., Altmann, F., Wilson, IBH, März, L. 1999. Фукоза в N-гліканах: від рослини до людини. Biochimica et Biophysica Acta, 1473, 216–236.
8. Tanner, W., Loewus, FA 1981. Рослинні вуглеводи II. Позаклітинні вуглеводи. Спрінгер, Нью-Йорк.
9. Vanhooren, PT, Vandamme, EJ 1999. L-фукоза: виникнення, фізіологічна роль, хімічний, ферментативний та мікробний синтез. Журнал хімічних технологій та біотехнологій, 74, 479-497.