FUKÓZA: VLASTNOSTI, STRUKTURA, FUNKCE - CHEMIE - 2025

Fukosa (zkráceně Fuc), nebo 6-deoxy-L-galaktózy, je monosacharid částečně zbaví kyslíku (deoxysugar) ze šesti atomů uhlíku se v empirickým vzorcem C ₆ H ₁₂ O ₅. Stejně jako jiné monosacharidy je to i vícesytný cukr.

Když je hydroxylová skupina nahrazena atomem vodíku, je odvozen deoxysugar. Ačkoli teoreticky by tato náhrada mohla ovlivnit jakoukoli hydroxylovou skupinu jakéhokoli monosacharidu, v přírodě je málo různých deoxysugarů.

Zdroj: Edgar181

Některé deoxysugary jsou: 1) deoxyribóza (2-deoxy-D-ribóza), odvozená od D-ribózy, která je součástí DNA; 2) ramnóza (6-D-deoxymanóza), odvozená od D-mannózy; 3) fukóza, odvozená od L-galaktózy. Ten je běžnější než D-fukóza odvozená od D-galaktózy.

Vlastnosti a struktura

Fukóza je známá také pod názvem 6-deoxy-galakto-hexóza, fukopyranóza, galaktomethylosa a rodeóza.

Ačkoli se běžně vyskytuje při tvorbě polysacharidů a glykoproteinů, izolovaných jako monosacharid, je sladší než galaktóza. To je způsobeno skutečností, že nahrazení hydroxylové skupiny atomem vodíku zvyšuje hydrofobní charakter a tím i sladkost molekuly.

Hydroxylové skupiny fukózy mohou podléhat stejným reakcím jako jiné cukry, přičemž produkují širokou škálu acetalů, glykosidů, etherů a esterů.

Fukosylovaná biomolekula je taková, na kterou byly prostřednictvím fukosyltransferázy molekuly fukózy navázány prostřednictvím glykosidických vazeb. Když k hydrolýze glykosidických vazeb dojde působením fukosidázy, čímž se oddělí fukóza, je o biomolekulách defukosylováno.

Když jsou glukány fukosylovány, generují se složitější glukány nazývané fukany, které mohou nebo nemusí být součástí glykoproteinů. Sulfátové fukány jsou definovány jako polysacharidy, které obsahují sulfátované zbytky L-fukózy. Jsou typické pro hnědé řasy. Příklady zahrnují ascophylane, sargasan a pelvetan.

Jedním z nejlépe studovaných fukanů je fucoidan, získaný z hnědé řasy Fucus vesiculosus, která je na trhu (Sigma-Aldrich Chemical Company) po desetiletí.

Distribuce v přírodě

D-fukóza je přítomna v antibiotických látkách produkovaných mikroby a v rostlinných glykosidech, jako je convolvulin, chartreusin, ledienosid a keirotoxin.

L-fukóza je složkou polysacharidů z řas, listů švestek, lnu, sojových a řepkových semen, tragantových žvýkaček, buněčných stěn brambor, hlíz kasava, kiwi, kůra ceiba a mucigel caliptra kukuřice, stejně jako jiné rostliny.

L-fukóza je také přítomna ve vejcích z mořských ježků a v želatině, která chrání žabí vejce.

U savců tvoří L-fukóza-fukany ligandy, které působí na selektinem zprostředkovanou adhezi leukocytů a endotelu a podílejí se na mnoha ontogenetických událostech.

L-fukóza je hojná ve fukosfingolipidech gastrointestinálního epitelu a kostní dřeně a vyskytuje se v malých proporcích v chrupavkových a keratinních strukturách.

U lidí jsou L-fukosové fukány součástí glykoproteinů ve slinách a žaludečních šťávách. Jsou také součástí antigenů, které definují ABO krevní skupiny. Jsou přítomny v různých oligosacharidech v mateřském mléce.

Fukosový metabolismus

Fukosyltransferázy používají GDP-fukózu, nukleotidem aktivovanou formu fukózy, jako dárce fukózy při konstrukci fukosylovaných oligosacharidů.

GDP-fukóza je odvozena od GDP-manosy postupným působením dvou enzymů: GDP-mannosa 4,6-dehydratáza a GDP-4-keto-6-deoximanóza 3,5-epimeráza-4-reduktáza.

Použitím kofaktoru NADP + první enzym katalyzuje dehydrataci GDP-manosy. Redukce pozice 6 a oxidace pozice 4 produkuje GDP-6-deoxy-4-keto-manosu (během reakce je hybrid přenesen z pozice 4 do 6 cukru).

Druhý enzym, který je závislý na NADPH, katalyzuje epimeraci pozic 3 a 5 a redukci 4-ketoskupiny GDP-6-deoxy-4-keto-manosy.

Bakterie mohou růst pomocí fukózy jako jediného zdroje uhlíku a energie pomocí operonu indukovatelného fukózou, který kóduje katabolické enzymy pro tento cukr.

Výše uvedený proces zahrnuje: 1) vstup volné fukózy přes buněčnou stěnu zprostředkovanou permeázou; 2) izomerizace fukózy (aldózy) za vzniku fukózy (ketóza); 3) fosforylace fukulózy za vzniku fukulóza-1-fosfátu; 4) aldolázovou reakci za vzniku laktaldehydu a dihydroxyaceton fosfátu z fukulózy-1-fosfátu.

Funkce

Role v rakovině

Mezi příznaky mnoha typů rakovinného nádoru patří přítomnost proteinů vázaných na glukan, které se vyznačují změnou složení oligosacharidů. Přítomnost těchto abnormálních glukanů, mezi nimiž vynikají fukány, souvisí s maligním a metastatickým potenciálem těchto nádorů.

U rakoviny prsu nádorové buňky začleňují fukózu do glykoproteinů a glykolipidů. Fukóza přispívá k progresi této rakoviny a podporuje aktivaci kmenových buněk rakoviny, hematogenní metastázy a invazi nádorů prostřednictvím extracelulárních matric.

U karcinomu plic a hepatokarcinogeneze je zvýšená exprese fukózy spojena s vysokým metastatickým potenciálem a nízkou pravděpodobností přežití.

Naproti tomu některé sulfatované fukány jsou slibnými látkami při léčbě rakoviny, jak bylo určeno četnými in vitro studiemi s rakovinnými buněčnými liniemi, včetně těch, které způsobují rakovinu prsu, plic, prostaty, žaludku, tlustého střeva a konečníku.

Úloha při jiných nemocech

Zvýšená exprese fukanů v sérových imunoglobulinech byla spojena s juvenilní a dospělou revmatoidní artritidou.

Deficit adheze leukocytů II je vzácné vrozené onemocnění způsobené mutacemi, které mění aktivitu transportéru FDP-fukózy umístěného v Golgiho aparátu.

Pacienti trpí mentální a psychomotorickou retardací a opakovanými bakteriálními infekcemi. Toto onemocnění reaguje příznivě na perorální dávky fukózy.

Biomedicínský potenciál

Sulfátové fukány získané z hnědých řas jsou důležitými zásobníky sloučenin s terapeutickým potenciálem.

Mají protizánětlivé a antioxidační vlastnosti, inhibují migraci lymfocytů v místech infekce a podporují uvolňování cytokinů. Zvyšují imunitní odpověď aktivací lymfocytů a makrofágů.

Mají antikoagulační vlastnosti. Bylo prokázáno, že orálně inhibují agregaci destiček u lidských pacientů.

Mají antibiotický a antiparazitický potenciál a inhibují růst patogenní bakterie Helicobacter pylori v žaludku. Zabíjí parazity Plasmodium spp. (původce malárie) a Leishmania donovani (původce americké viscerotropní leishmaniózy).

Konečně mají silné antivirové vlastnosti, které brání vstupu několika virů, které mají velký význam pro lidské zdraví, do buňky, včetně Arenaviru, Cytomegaloviru, Hantaviru, Hepadnaviru, HIV, viru herpes simplex a viru chřipky.

Reference

1. Becker, DJ, Lowe, JB 2003. Fukóza: biosyntéza a biologická funkce u savců. Glycobiology, 13, 41R-53R.
2. Deniaud-Bouët, E., Hardouin, K., Potin, P., Kloareg, B., Hervé, C. 2017. Přehled buněčných stěn řas hnědých řas a sulfátovaných polysacharidů obsahujících fukosu: souvislosti buněčných stěn, biomedicínské vlastnosti a klíč Výzkumné výzvy Sacharidové polymery,
3. Květiny HM 1981. Chemie a biochemie D- a L-fukózy. Pokroky v uhlohydrátové chemii a biochemii, 39, 279–345.
4. Listinsky, JJ, Siegal, GP, Listinsky, CM 2011. Objevující se význam α-L-fukózy u rakoviny prsu u člověka: přehled. Am. J. Transl. Res., 3, 292-322.
5. Murray, RK, et al. 2003. Harperova ilustrovaná biochemie. McGraw-Hill, New York.
6. Pereira, L. 2018. Terapeutické a nutriční využití řas. CRC Press, Boca Raton.
7. Staudacher, E., Altmann, F., Wilson, IBH, März, L. 1999. Fukóza v N-glykanech: od rostliny k člověku. Biochimica et Biophysica Acta, 1473, 216-236.
8. Tanner, W., Loewus, FA 1981. Rostlinné uhlohydráty II. Extracelulární sacharidy. Springer, New York.
9. Vanhooren, PT, Vandamme, EJ 1999. L-fukóza: výskyt, fyziologická role, chemická, enzymatická a mikrobiální syntéza. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 74, 479-497.