FUKÓZA: VLASTNOSTI, ŠTRUKTÚRA, FUNKCIE - CHÉMIA - 2024

Fukosa (skrátene fuč), alebo 6-deoxy-L-galaktózy, je monosacharid čiastočne zbaví kyslíka (deoxysugar) zo šiestich atómov uhlíka sa v empirickým vzorcom C ₆ H ₁₂ O ₅ . Rovnako ako iné monosacharidy je to viacsýtny cukor.

Keď je hydroxylová skupina nahradená atómom vodíka, odvodí sa deoxysugar. Aj keď teoreticky by táto náhrada mohla ovplyvniť akúkoľvek hydroxylovú skupinu ktoréhokoľvek monosacharidu, v prírode je málo rôznych deoxysugarov.

Zdroj: Edgar181

Niektoré deoxysugary sú: 1) deoxyribóza (2-deoxy-D-ribóza), odvodená od D-ribózy, ktorá je súčasťou DNA; 2) ramnóza (6-D-deoxymanóza), odvodená od D-manózy; 3) fukóza odvodená od L-galaktózy. Posledne menovaná je častejšia ako D-fukóza, odvodená od D-galaktózy.

Charakteristiky a štruktúra

Fukóza je známa aj pod menom 6-deoxy-galaktohexóza, fukopyranóza, galaktomethyóza a rodeóza.

Aj keď sa bežne vyskytuje pri tvorbe polysacharidov a glykoproteínov, izolovaných ako monosacharid, je sladší ako galaktóza. Je to spôsobené skutočnosťou, že nahradenie hydroxylovej skupiny atómom vodíka zvyšuje hydrofóbny charakter, a tým aj sladkosť molekuly.

Hydroxylové skupiny fukózy sa môžu podrobiť rovnakým reakciám ako iné cukry, pričom vznikajú rôzne acetaly, glykozidy, étery a estery.

Fukosylovaná biomolekula je taká, ku ktorej sa fukozyltransferázou viažu glykozidické väzby prostredníctvom fukozyltransferázy. Keď k hydrolýze glykozidických väzieb dôjde pôsobením fukozidázy, čím sa oddeľuje fukóza, uvádza sa, že biomolekula bola defukozylovaná.

Keď sú glukány fukozylované, vytvárajú sa komplexnejšie glukány nazývané fukány, ktoré môžu alebo nemusia byť súčasťou glykoproteínov. Sulfátové fukány sú definované ako polysacharidy, ktoré obsahujú sulfátované zvyšky L-fukózy. Sú typické pre hnedé riasy. Ako príklady je možné uviesť asfylan, sargasan a pelvetan.

Jedným z najlepšie študovaných fukánov je fukoidán získaný z hnedej riasy Fucus vesiculosus, ktorá je na trhu (Sigma-Aldrich Chemical Company) už desaťročia.

Distribúcia v prírode

D-fukóza je prítomná v antibiotických látkach produkovaných mikróbmi a v rastlinných glykozidoch, ako je konvolvulín, chartreusín, ledienozid a keirotoxín.

L-fukóza je zložkou polysacharidov z rias, listov sliviek, ľanu, sóje a repky olejnej, tragantovej gumy, bunkových stien zemiakov, hľúz kasava, kiwi, kôra ceiba a mucigel caliptra kukurice, ako aj iných rastlín.

L-fukóza je tiež prítomná vo vajciach morských ježkov a želatíne, ktorá chráni žabie vajcia.

U cicavcov tvoria L-fukóza-fukány ligandy, ktoré pôsobia na selektínom sprostredkovanú adhéziu leukocytov a endotelu a podieľajú sa na mnohých ontogenetických udalostiach.

L-fukóza je prítomná vo fukosfingolipidoch gastrointestinálneho epitelu a kostnej drene a vyskytuje sa v malom pomere v chrupavkových a keratínových štruktúrach.

U ľudí sú fukány s L-fukózou súčasťou glykoproteínov v slinách a žalúdočných šťavách. Sú tiež súčasťou antigénov, ktoré definujú ABO krvné skupiny. Vyskytujú sa v rôznych oligosacharidoch v materskom mlieku.

Fukóza metabolizmu

Fukozyltransferázy používajú GDP-fukózu, nukleotidom aktivovanú formu fukózy, ako donora fukózy pri konštrukcii fukozylovaných oligosacharidov.

GDP-fukóza je odvodená od GDP-mannózy postupným pôsobením dvoch enzýmov: GDP-manóza 4,6-dehydratáza a GDP-4-keto-6-deoximanóza 3,5-epimeráza-4-reduktáza.

Použitím kofaktora NADP + prvý enzým katalyzuje dehydratáciu GDP-manózy. Redukciou polohy 6 a oxidáciou polohy 4 sa získa GDP-6-deoxy-4-keto-manóza (v priebehu reakcie sa hybrid presunie z polohy 4 do 6 cukru).

Druhý enzým, ktorý je závislý od NADPH, katalyzuje epimerizáciu pozícií 3 a 5 a redukciu 4-ketoskupiny GDP-6-deoxy-4-keto-manózy.

Baktérie môžu rásť pomocou fukózy ako jediného zdroja uhlíka a energie pomocou operónu indukovateľného fukózou, ktorý kóduje katabolické enzýmy pre tento cukor.

Vyššie uvedený proces zahrnuje: 1) vstup voľnej fukózy cez bunkovú stenu sprostredkovanú permeázou; 2) izomerizácia fukózy (aldózy) za vzniku fukózy (ketóza); 3) fosforylácia fukulózy za vzniku fukulóza-1-fosfátu; 4) aldolázová reakcia za vzniku laktaldehydu a dihydroxyacetón fosfátu z fukulózy-1-fosfátu.

Vlastnosti

Úloha pri rakovine

Medzi príznaky mnohých typov rakovinových nádorov patrí prítomnosť proteínov naviazaných na glukán, ktoré sa vyznačujú pozmenenou zložením oligosacharidov. Prítomnosť týchto abnormálnych glukánov, medzi ktorými vynikajú fukány, je spojená s malignitou a metastatickým potenciálom týchto nádorov.

Pri rakovine prsníka začleňujú nádorové bunky fukózu do glykoproteínov a glykolipidov. Fukóza prispieva k progresii tejto rakoviny, pričom uprednostňuje aktiváciu rakovinových kmeňových buniek, hematogénne metastázy a inváziu nádorov prostredníctvom extracelulárnych matríc.

Pri karcinóme pľúc a hepatokarcinogenéze je zvýšená expresia fukózy spojená s vysokým metastatickým potenciálom a nízkou pravdepodobnosťou prežitia.

Naopak, niektoré sulfátované fukány sú sľubnými látkami pri liečení rakoviny, ako bolo stanovené v mnohých štúdiách in vitro s rakovinovými bunkovými líniami, vrátane tých, ktoré spôsobujú rakovinu prsníka, pľúc, prostaty, žalúdka, hrubého čreva a konečníka.

Úloha pri iných chorobách

Zvýšená expresia fukánov v sérových imunoglobulínoch je spojená s juvenilnou a dospelých reumatoidnou artritídou.

Nedostatok adhézie leukocytov II je zriedkavé vrodené ochorenie spôsobené mutáciami, ktoré menia aktivitu transportéra FDP-fukózy umiestneného v Golgiho aparáte.

Pacienti trpia mentálnou a psychomotorickou retardáciou a opakujúcimi sa bakteriálnymi infekciami. Toto ochorenie priaznivo reaguje na orálne dávky fukózy.

Biomedicínsky potenciál

Sulfátové fukány získané z hnedých rias sú dôležitými rezervoármi zlúčenín s terapeutickým potenciálom.

Majú protizápalové a antioxidačné vlastnosti, inhibujú migráciu lymfocytov v miestach infekcie a podporujú uvoľňovanie cytokínov. Zvyšujú imunitnú odpoveď aktiváciou lymfocytov a makrofágov.

Majú antikoagulačné vlastnosti. Bolo dokázané, že orálne inhibujú agregáciu krvných doštičiek u ľudských pacientov.

Majú antibiotický a antiparazitický potenciál a inhibujú rast žalúdočnej patogénnej baktérie Helicobacter pylori. Zabíja parazity Plasmodium spp. (pôvodca malárie) a Leishmania donovani (pôvodca americkej viscerotropnej leishmaniózy).

Nakoniec majú silné antivírusové vlastnosti, ktoré inhibujú vstup niekoľkých vírusov veľmi dôležitých pre ľudské zdravie do bunky, vrátane arenavírusu, cytomegalovírusu, hantavírusu, hepadnavírusu, HIV, vírusu herpes simplex a chrípkového vírusu.

Referencie

1. Becker, DJ, Lowe, JB 2003. Fukóza: biosyntéza a biologická funkcia u cicavcov. Glycobiology, 13, 41R-53R.
2. Deniaud-Bouët, E., Hardouin, K., Potin, P., Kloareg, B., Hervé, C. 2017. Prehľad bunkových stien hnedých rias a sulfátovaných polysacharidov obsahujúcich fukózu: kontext bunkovej steny, biomedicínske vlastnosti a kľúč Výzvy v oblasti výskumu Sacharidové polyméry, http://dx.doi.org/10.1016/j.carbpol.2017.07.082.
3. Flowers HM 1981. Chémia a biochémia D- a L-fukózy. Pokroky v uhľohydrátovej chémii a biochémii, 39, 279 - 345.
4. Listinsky, JJ, Siegal, GP, Listinsky, CM 2011. Objavujúca sa dôležitosť α-L-fukózy v prípade rakoviny prsníka u ľudí: prehľad. Am. J. Transl. Res., 3, 292 - 322.
5. Murray, RK, a kol. 2003. Harperova ilustrovaná biochémia. McGraw-Hill, New York.
6. Pereira, L. 2018. Terapeutické a výživové použitie rias. CRC Press, Boca Raton.
7. Staudacher, E., Altmann, F., Wilson, IBH, März, L. 1999. Fukóza v N-glykánoch: od rastliny k človeku. Biochimica et Biophysica Acta, 1473, 216 - 236.
8. Tanner, W., Loewus, FA 1981. Rastlinné uhľohydráty II. Extracelulárne uhľohydráty. Springer, New York.
9. Vanhooren, PT, Vandamme, EJ 1999. L-fukóza: výskyt, fyziologická úloha, chemická, enzymatická a mikrobiálna syntéza. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 74, 479 - 497.