FUCOSE: EGENSKAPER, STRUKTUR, FUNKTIONER - KEMI - 2025

Den fukos (förkortat Fuc), eller 6-deoxi-L-galaktos är en monosackarid delvis deoxygenerad (deoxysugar) av sex kolatomer med den empiriska formeln C ₆ H ₁₂ O ₅ . Liksom andra monosackarider är det ett flervärd socker.

När en hydroxylgrupp ersätts av en väteatom härleds en deoxysugar. Även om denna ersättning teoretiskt kan påverka vilken hydroxylgrupp som helst av vilken monosackarid som helst, finns det i naturen liten variation av deoxysugarer.

Källa: Edgar181

Vissa deoxysugars är: 1) deoxyribose (2-deoxy-D-ribose), härrörande från D-ribose, som är en del av DNA; 2) rhamnos (6-D-deoxymannos), härledd från D-mannos; 3) fukos, härrörande från L-galaktos. Det senare är vanligare än D-fukos, härrörande från D-galaktos.

Egenskaper och struktur

Fucose är också känt under namnen 6-deoxi-galakto-hexos, fucopyranose, galactometylos och rodeose.

Även om det normalt finns i bildning av polysackarider och glykoproteiner, isolerat som en monosackarid, är det sötare än galaktos. Detta beror på det faktum att ersättningen av en hydroxylgrupp med en väteatom ökar den hydrofoba karaktären och därför sötheten hos molekylen.

Hydroxylgrupperna av fukos kan genomgå samma reaktioner som andra sockerarter, vilket ger en mängd olika acetaler, glykosider, etrar och estrar.

En fukosylerad biomolekyl är en till vilken, genom verkan av ett fucosyltransferas, fukosmolekyler har fästs genom glykosidbindningar. När hydrolysen av glykosidbindningar sker genom verkan av ett fukosidas och därmed separerar fukos, sägs biomolekylen ha varit defukosylerad.

Eftersom glukaner är fukosylerade genereras mer komplexa glukaner som kallas fucaner, som kanske eller inte kan vara en del av glykoproteiner. Sulfaterade fucaner definieras som de polysackarider som innehåller sulfaterade L-fukosrester. De är typiska för bruna alger. Exempel inkluderar ascophylan, sargasan och pelvetan.

En av de bäst studerade fucanerna är fucoidan, erhållen från brunalgen Fucus vesiculosus, som har funnits på marknaden (Sigma-Aldrich Chemical Company) i årtionden.

Distribution i naturen

D-fukos förekommer i antibiotika som produceras av mikrober och i växtglykosider, såsom konvolvulin, chartreusin, ledienosid och keirotoxin.

L-fucose är en beståndsdel av polysackarider från alger, plommonblad, lin-, soja- och rapsfrön, tragantgummi, potatiscellväggar, kassavknölar, kiwifrukt, barken av ceibaen och mucigelen i majskaliptran, liksom andra växter.

L-fukos finns också i sjöborrägg och i gelatinet som skyddar grodaägg.

Hos däggdjur bildar L-fucos-fucans liganderna som verkar på selektinmedierad leukocyt-endotelial vidhäftning och deltar i många ontogenetiska händelser.

L-fucos finns rikligt i fucosfingolipiderna i mag-tarmepitel och benmärg och förekommer i små andelar i brosk och keratinösa strukturer.

Hos människor är L-fucos fucaner en del av glykoproteiner i saliv och magsaft. De är också en del av antigenerna som definierar ABO-blodgrupper. De finns i olika oligosackarider i bröstmjölk.

Fucosmetabolism

Fucosyltransferaser använder BNP-fucos, en nukleotidaktiverad form av fucos, som en fucosdonator vid konstruktion av fukosylerade oligosackarider.

BNP-fucos härrör från BNP-mannos genom successiva verkan av två enzymer: BNP-mannos 4,6-dehydratas och GDP-4-keto-6-deoximanose 3,5-epimerase-4-reduktas.

Med användning av en NADP + kofaktor katalyserar det första enzymet dehydratiseringen av BNP-mannos. Minskning av position 6 och oxidation av position 4 ger BNP-6-deoxi-4-keto-mannos (under reaktionen överförs hybriden från position 4 till 6 i sockret).

Det andra enzymet, som är NADPH-beroende, katalyserar epimeriseringen av positionerna 3 och 5, och reduktionen av 4-ketogruppen, av BNP-6-deoxi-4-keto-mannos.

Bakterier kan växa med fucos som den enda källan till kol och energi med hjälp av en fukosinducerbar operon som kodar kataboliska enzymer för detta socker.

Ovanstående process innefattar: 1) inträde av fri fukos genom cellväggen medierad av ett permeas; 2) isomerisering av fukos (en aldos) för att bilda fuculos (en ketos); 3) fosforylering av fuculosa för att bilda fuculose-1-fosfat; 4) en aldolasreaktion för att bilda laktaldehyd och dihydroxiacetonfosfat från fuculose-1-fosfat.

Funktioner

Roll i cancer

Bland symptomen på många typer av cancertumörer är närvaron av glukanbundna proteiner som skiljer sig genom att ha en förändrad oligosackaridkomposition. Närvaron av dessa onormala glukaner, bland vilka fucan sticker ut, är kopplade till maligniteten och metastatisk potential hos dessa tumörer.

Vid bröstcancer innehåller tumörceller fukos i glykoproteiner och glykolipider. Fucose bidrar till utvecklingen av denna cancer, vilket gynnar aktiveringen av cancerstamceller, hematogen metastas och invasionen av tumörer genom extracellulära matriser.

Vid lungkarcinom och hepatokarcinogenes är ökat uttryck av fukos förknippat med en hög metastatisk potential och en låg sannolikhet för överlevnad.

Däremot är vissa sulfaterade fucaner lovande ämnen i behandlingen av cancer, vilket har bestämts av många in vitro-studier med cancercellinjer, inklusive sådana som orsakar bröst-, lung-, prostata-, mag-, kolon- och rektalcancer.

Roll vid andra sjukdomar

Ökat uttryck av fucaner i serumimmunoglobuliner har associerats med juvenil och vuxin reumatoid artrit.

Leukocyt vidhäftningsbrist II är en sällsynt medfödd sjukdom på grund av mutationer som förändrar aktiviteten hos en FDP-fucostransportör belägen i Golgi-apparaten.

Patienter lider av psykisk och psykomotorisk retardering och lider av återkommande bakterieinfektioner. Denna sjukdom svarar positivt på orala doser av fukos.

Biomedicinsk potential

Sulfaterade fucaner erhållna från bruna alger är viktiga reservoarer av föreningar med terapeutisk potential.

De har antiinflammatoriska och antioxidantegenskaper, hämmar migrationen av lymfocyter på infektionsställen och gynnar frisättningen av cytokiner. De ökar immunresponsen genom att aktivera lymfocyter och makrofager.

De har antikoaguleringsegenskaper. Oralt har de visat sig hämma blodplättaggregation hos humana patienter.

De har antibiotisk och antiparasitisk potential och hämmar tillväxten av den magen patogena bakterien Helicobacter pylori. Dödar parasiter Plasmodium spp. (orsakssubstans för malaria) och Leishmania donovani (förorsakande medel för amerikansk viscerotropisk leishmaniasis).

Slutligen har de kraftfulla antivirala egenskaper som hämmar inträde i cellen hos flera virus av stor betydelse för människors hälsa, inklusive Arenavirus, Cytomegalovirus, Hantavirus, Hepadnavirus, HIV, herpes simplexvirus och influensavirus.

referenser

1. Becker, DJ, Lowe, JB 2003. Fucose: biosyntes och biologisk funktion hos däggdjur. Glykobiologi, 13, 41R-53R.
2. Deniaud-Bouët, E., Hardouin, K., Potin, P., Kloareg, B., Hervé, C. 2017. En recension om bruna algcellväggar och fukosinnehållande sulfaterade polysackarider: cellväggssammanhang, biomedicinska egenskaper och nyckel forskning utmanar kolhydratpolymerer, http://dx.doi.org/10.1016/j.carbpol.2017.07.082.
3. Blommor HM 1981. Kemi och biokemi av D- och L-fucos. Framsteg inom kolhydratkemi och biokemi, 39, 279–345.
4. Listinsky, JJ, Siegal, GP, Listinsky, CM 2011. Den framväxande vikten av α-L-fucose vid mänsklig bröstcancer: en översikt. Am. J. Transl. Res., 3, 292-322.
5. Murray, RK, et al. 2003. Harpers illustrerade biokemi. McGraw-Hill, New York.
6. Pereira, L. 2018. Terapeutiska och näringsmässiga användningar av alger. CRC Press, Boca Raton.
7. Staudacher, E., Altmann, F., Wilson, IBH, März, L. 1999. Fucose in N-glycans: from plant to man. Biochimica et Biophysica Acta, 1473, 216–236.
8. Tanner, W., Loewus, FA 1981. Växtkolhydrater II. Extracellulära kolhydrater. Springer, New York.
9. Vanhooren, PT, Vandamme, EJ 1999. L-fucose: förekomst, fysiologisk roll, kemisk, enzymatisk och mikrobiell syntes. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 74, 479-497.