FUCOSE: EGENSKABER, STRUKTUR, FUNKTIONER - KEMI - 2025

Den fucose (forkortet Fuc), eller 6-deoxy-L-galactose er et monosaccharid delvis deoxygeneret (deoxysugar) seks carbonatomer med den empiriske formel C ₆ H ₁₂ O ₅. Ligesom andre monosaccharider er det et polyvalent sukker.

Når en hydroxylgruppe erstattes af et hydrogenatom, afledes en deoxysugar. Selv om denne erstatning teoretisk kunne påvirke en hvilken som helst hydroxylgruppe af et hvilket som helst monosaccharid, er der i naturen ringe variation af deoxysugarer.

Kilde: Edgar181

Nogle deoxysugarer er: 1) deoxyribose (2-deoxy-D-ribose), afledt af D-ribose, som er en del af DNA; 2) rhamnose (6-D-deoxymannose), afledt af D-mannose; 3) fucose, afledt af L-galactose. Sidstnævnte er mere almindelig end D-fucose, afledt af D-galactose.

Egenskaber og struktur

Fucose er også kendt under navnene 6-deoxy-galacto-hexose, fucopyranose, galactomethylose og rodeose.

Selvom det normalt findes i dannelse af polysaccharider og glycoproteiner, isoleret som et monosaccharid, er det sødere end galactose. Dette skyldes det faktum, at udskiftningen af ​​en hydroxylgruppe med et hydrogenatom forøger den hydrofobe karakter og derfor sødmen af ​​molekylet.

Hydroxylgrupperne af fucose kan gennemgå de samme reaktioner som andre sukkerarter, hvilket producerer en lang række acetaler, glycosider, ethere og estere.

En fucosyleret biomolekyle er en, hvortil fucosemolekyler ved hjælp af en fucosyltransferase er bundet gennem glycosidiske bindinger. Når hydrolyse af glycosidiske bindinger sker ved virkningen af ​​en fucosidase og således adskiller fucosen, siges biomolekylet at være defucosyleret.

Da glukaner er fucosyleret, dannes der mere komplekse glukaner, der kaldes fucaner, som måske ikke er en del af glycoproteiner. Sulfaterede fucaner er defineret som de polysaccharider, der indeholder sulfaterede L-fucoserester. De er typiske for brune alger. Eksempler inkluderer ascophylan, sargasan og pelvetan.

En af de bedst studerede fucaner er fucoidan, opnået fra brunalgen Fucus vesiculosus, som har været på markedet (Sigma-Aldrich Chemical Company) i årtier.

Distribution i naturen

D-fucose findes i antibiotiske stoffer produceret af mikrober og i planteglykosider, såsom convolvulin, chartreusin, ledienosid og keirotoxin.

L-fucose er en bestanddel af polysaccharider fra alger, blomme af blomme, hør, soja og raps, frø, gummi tragant, kartoffelcellevægge, cassava knolde, kiwi frugt, barken af ​​ceibaen og mucigelen i majs caliptraen samt andre planter.

L-fucose er også til stede i søhlynneæg og i gelatinen, der beskytter frøæg.

Hos pattedyr danner L-fucose-fucaner ligander, der virker på selektimedieret leukocyt-endoteladhæsion og deltager i adskillige ontogenetiske begivenheder.

L-fucose er rigelig i fucosphingolipiderne i mave-tarmepitel og knoglemarv og forekommer i små proportioner i brusk og keratinøse strukturer.

Hos mennesker er L-fucose fucaner en del af glycoproteiner i spyt og mavesaft. De er også en del af antigenerne, der definerer ABO-blodgrupper. De findes i forskellige oligosaccharider i modermælk.

Fucose metabolisme

Fucosyltransferaser bruger BNP-fucose, en nucleotid-aktiveret form af fucose, som en fucosedonor i konstruktionen af ​​fucosylerede oligosaccharider.

BNP-fucose er afledt af BNP-mannose ved den successive virkning af to enzymer: BNP-mannose 4,6-dehydratase og GDP-4-keto-6-deoximanose 3,5-epimerase-4-reduktase.

Ved anvendelse af en NADP + kofaktor katalyserer det første enzym dehydrering af BNP-mannose. Reduktion af position 6 og oxidation af position 4 frembringer BNP-6-deoxy-4-keto-mannose (under reaktionen overføres hybrid fra position 4 til 6 i sukkeret).

Det andet enzym, som er NADPH-afhængig, katalyserer epimeriseringen af ​​positionerne 3 og 5 og reduktionen af ​​4-keto-gruppen af ​​BNP-6-deoxy-4-keto-mannose.

Bakterier kan vokse ved hjælp af fucose som den eneste kilde til kulstof og energi via en fucose-inducerbar operon, der koder for katabolske enzymer for dette sukker.

Ovenstående proces involverer: 1) indtræden af ​​fri fucose gennem cellevæggen formidlet af en permease; 2) isomerisering af fucose (en aldose) til dannelse af fuculose (en ketose); 3) phosphorylering af fuculose til dannelse af fuculose-1-phosphat; 4) en aldolase-reaktion til dannelse af lactaldehyd og dihydroxyacetonphosphat fra fuculose-1-phosphat.

Funktioner

Roll i kræft

Blandt symptomerne på mange typer kræftformede tumorer er tilstedeværelsen af ​​glucanbundne proteiner, der adskilles ved at have en ændret oligosaccharidsammensætning. Tilstedeværelsen af ​​disse unormale glukaner, blandt hvilke fucaner skiller sig ud, er forbundet med disse tumors ondartethed og metastatiske potentiale.

Ved brystkræft inkorporerer tumorceller fucose i glycoproteiner og glycolipider. Fucose bidrager til udviklingen af ​​denne kræft og favoriserer aktivering af kræftstamceller, hæmatogen metastase og invasionen af ​​tumorer gennem ekstracellulære matrixer.

Ved lungecarcinom og hepatocarcinogenese er øget ekspression af fucose forbundet med et højt metastatisk potentiale og en lav sandsynlighed for overlevelse.

I modsætning hertil er nogle sulfaterede fucaner lovende stoffer til behandling af kræft, som det er blevet bestemt ved adskillige in vitro-undersøgelser med kræftcellelinjer, herunder dem, der forårsager bryst-, lunge-, prostata-, gastrisk, colon- og rektalcancer.

Roll i andre sygdomme

Forøget ekspression af fucaner i serumimmunoglobuliner er blevet forbundet med juvenil og voksenreumatoid arthritis.

Leukocytadhæsionsmangel II er en sjælden medfødt sygdom på grund af mutationer, der ændrer aktiviteten af ​​en FDP-fucose-transporter placeret i Golgi-apparatet.

Patienter lider af mental og psykomotorisk retardering og lider af tilbagevendende bakterieinfektioner. Denne sygdom reagerer positivt på orale doser af fucose.

Biomedicinsk potentiale

Sulfaterede fucaner opnået fra brune alger er vigtige reservoirer af forbindelser med terapeutisk potentiale.

De har antiinflammatoriske og antioxidantegenskaber, hæmmer migrationen af ​​lymfocytter på infektionssteder og favoriserer frigivelse af cytokiner. De øger immunresponsen ved at aktivere lymfocytter og makrofager.

De har antikoagulerende egenskaber. Oralt har det vist sig, at de inhiberer blodpladeaggregering hos humane patienter.

De har antibiotisk og antiparasitisk potentiale og hæmmer væksten af ​​den mavepatogene bakterie Helicobacter pylori. Dræber parasitter Plasmodium spp. (forårsagende middel af malaria) og Leishmania donovani (forårsagende middel af amerikansk viscerotropic leishmaniasis).

Endelig har de kraftige antivirale egenskaber, hvilket hæmmer indtrængen i cellen i flere vira af stor betydning for menneskers sundhed, herunder Arenavirus, Cytomegalovirus, Hantavirus, Hepadnavirus, HIV, herpes simplex-virus og influenzavirus.

Referencer

1. Becker, DJ, Lowe, JB 2003. Fucose: biosyntese og biologisk funktion hos pattedyr. Glykobiologi, 13, 41R-53R.
2. Deniaud-Bouët, E., Hardouin, K., Potin, P., Kloareg, B., Hervé, C. 2017. En gennemgang af brune alge cellevægge og fucoseholdige sulfaterede polysaccharider: cellevægssammenhæng, biomedicinske egenskaber og nøgle forskning udfordrer kulhydratpolymerer,
3. Blomster HM 1981. Kemi og biokemi af D- og L-fucose. Fremskridt inden for kulhydratkemi og biokemi, 39, 279–345.
4. Listinsky, JJ, Siegal, GP, Listinsky, CM 2011. Den voksende betydning af α-L-fucose i human brystkræft: en gennemgang. Am. J. Transl. Res., 3, 292-322.
5. Murray, RK, et al. 2003. Harpers illustrerede biokemi. McGraw-Hill, New York.
6. Pereira, L. 2018. Terapeutiske og ernæringsmæssige anvendelser af alger. CRC Press, Boca Raton.
7. Staudacher, E., Altmann, F., Wilson, IBH, März, L. 1999. Fucose i N-glycans: fra plante til mand. Biochimica et Biophysica Acta, 1473, 216-236.
8. Tanner, W., Loewus, FA 1981. Plante-kulhydrater II. Ekstracellulære kulhydrater. Springer, New York.
9. Vanhooren, PT, Vandamme, EJ 1999. L-fucose: forekomst, fysiologisk rolle, kemisk, enzymatisk og mikrobiel syntese. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 74, 479-497.