FUCOSE: EGENSKAPER, STRUKTUR, FUNKSJONER - KJEMI - 2026

Den fukose (forkortet Fuc), eller 6-deoksy-L-galaktose er et monosakkarid delvis desoksydert (deoxysugar) på seks karbonatomer, med den empiriske formel C ₆ H ₁₂ O ₅ . Som andre monosakkarider er det et flerverdig sukker.

Når en hydroksylgruppe erstattes av et hydrogenatom, avledes en deoksysugar. Selv om denne erstatningen teoretisk sett kan påvirke enhver hydroksylgruppe av et hvilket som helst monosakkarid, er det i naturen liten variasjon av deoksysugarer.

Kilde: Edgar181

Noen deoksysugarer er: 1) deoksyribose (2-deoksy-D-ribose), avledet fra D-ribose, som er en del av DNA; 2) rhamnose (6-D-deoksymannose), avledet fra D-mannose; 3) fucose, avledet fra L-galactose. Det siste er mer vanlig enn D-fucose, avledet fra D-galaktose.

Kjennetegn og struktur

Fucose er også kjent med navnene 6-deoksy-galakto-heksose, fucopyranose, galactomethylose og rodeose.

Selv om det vanligvis finnes i dannelse av polysakkarider og glykoproteiner, isolert som et monosakkarid, er det søtere enn galaktose. Dette skyldes det faktum at erstatning av en hydroksylgruppe med et hydrogenatom øker den hydrofobe karakteren og derfor søtheten til molekylet.

Hydroksylgruppene av fucose kan gjennomgå de samme reaksjonene som andre sukkerarter, og produsere et bredt utvalg av acetaler, glykosider, etere og estere.

Et fukosylert biomolekyl er en som gjennom virkningen av en fucosyltransferase er fucosemolekyler blitt festet gjennom glykosidbindinger. Når hydrolyse av glykosidbindinger skjer ved virkning av en fucosidase, og således separerer fucosen, sies biomolekylet å ha blitt defucosylert.

Ettersom glukaner er fucosylert, genereres det mer komplekse glukaner kalt fucans, som kanskje ikke er en del av glykoproteiner. Sulfaterte fucaner er definert som de polysakkarider som inneholder sulfaterte L-fucoserester. De er typiske for brune alger. Eksempler inkluderer ascophylane, sargasan og pelvetan.

En av de best studerte fucanene er fucoidan, hentet fra den brune algen Fucus vesiculosus, som har vært på markedet (Sigma-Aldrich Chemical Company) i flere tiår.

Distribusjon i naturen

D-fucose er til stede i antibiotiske stoffer produsert av mikrober, og i planteglykosider, slik som convolvulin, chartreusin, ledienosid og keirotoxin.

L-fucose er en bestanddel av polysakkarider fra alger, plommeblader, lin-, soya- og rapsfrø, tannkjøtttragant, potetcellevegger, kassavknoller, kiwifrukt, barken til ceibaen og mucigelen til maiskaliptraen, samt andre planter.

L-fucose er også til stede i kråkebolleegg og i gelatinen som beskytter froskeegg.

Hos pattedyr danner L-fucose-fucans ligandene som virker på selektemediert leukocyt-endotelial vedheft, og deltar i en rekke ontogenetiske hendelser.

L-fucose er rikelig i fucosphingolipidene i mage-tarmepitel og benmarg, og vises i små proporsjoner i brusk og keratinøse strukturer.

Hos mennesker er L-fucose fucans en del av glykoproteiner i spytt og magesafter. De er også en del av antigenene som definerer ABO-blodgrupper. De er til stede i forskjellige oligosakkarider i morsmelk.

Fucosemetabolisme

Fucosyltransferases bruker GDP-fucose, en nukleotidaktivert form av fucose, som en fucosegiver i konstruksjonen av fucosylerte oligosakkarider.

BNP-fucose er avledet fra BNP-mannose ved påfølgende virkning av to enzymer: BNP-mannose 4,6-dehydratase og GDP-4-keto-6-deoximanose 3,5-epimerase-4-reduktase.

Ved å bruke en NADP + kofaktor katalyserer det første enzymet dehydrering av BNP-mannose. Reduksjon av posisjon 6 og oksidasjon av posisjon 4 produserer BNP-6-deoksy-4-keto-mannose (under reaksjonen overføres hybridene fra posisjon 4 til 6 i sukkeret).

Det andre enzymet, som er NADPH-avhengig, katalyserer epimeriseringen av posisjonene 3 og 5, og reduksjonen av 4-ketogruppen, av BNP-6-deoksy-4-keto-mannose.

Bakterier kan vokse ved å bruke fucose som eneste kilde til karbon og energi ved hjelp av en fucose-induserbar operon som koder for katabolske enzymer for dette sukkeret.

Ovennevnte prosess involverer: 1) innføring av fri fukose gjennom celleveggen formidlet av en permease; 2) isomerisering av fucose (en aldose) for å danne fuculose (en ketose); 3) fosforylering av fuculose for å danne fuculose-1-fosfat; 4) en aldolase-reaksjon for å danne laktaldehyd og dihydroksyacetonfosfat fra fuculose-1-fosfat.

Egenskaper

Roll i kreft

Blant symptomene på mange typer kreftsvulster er tilstedeværelsen av glukanbundne proteiner som skilles ved å ha en endret oligosakkaridsammensetning. Tilstedeværelsen av disse unormale glukanene, der fucaner skiller seg ut, er knyttet til maligniteten og metastatisk potensialet til disse svulstene.

Ved brystkreft innlemmer tumorceller fucose i glykoproteiner og glykolipider. Fucose bidrar til progresjonen av denne kreften, og favoriserer aktiveringen av kreftstamceller, hematogen metastase og invasjonen av svulster gjennom ekstracellulære matriser.

Ved lungekarsinom og hepatokarsinogenese er økt ekspresjon av fucose assosiert med et høyt metastatisk potensial og lav sannsynlighet for å overleve.

I motsetning til dette er noen sulfaterte fucaner lovende stoffer i behandlingen av kreft, slik det er blitt bestemt av en rekke in vitro-studier med kreftcellelinjer, inkludert de som forårsaker bryst-, lunge-, prostata-, mage-, tykktarm- og endetarmskreft.

Roll i andre sykdommer

Økt ekspresjon av fucaner i serumimmunoglobuliner har vært assosiert med juvenil og voksen revmatoid artritt.

Leukocyttadhesjonsmangel II er en sjelden medfødt sykdom på grunn av mutasjoner som endrer aktiviteten til en FDP-fucosetransportør lokalisert i Golgi-apparatet.

Pasienter lider av mental og psykomotorisk utviklingshemning, og lider av tilbakevendende bakterieinfeksjoner. Denne sykdommen reagerer gunstig på orale doser av fucose.

Biomedisinsk potensial

Sulfaterte fucaner oppnådd fra brune alger er viktige reservoarer av forbindelser med terapeutisk potensiale.

De har antiinflammatoriske og antioksidantegenskaper, som hemmer migrasjonen av lymfocytter på infeksjonssteder og favoriserer frigjøring av cytokiner. De øker immunresponsen ved å aktivere lymfocytter og makrofager.

De har antikoagulerende egenskaper. Oralt er det vist at de hemmer blodplateaggregering hos humane pasienter.

De har antibiotisk og antiparasittisk potensial og hemmer veksten av den magesykdommerbakterien Helicobacter pylori. Dreper parasitter Plasmodium spp. (forårsakende middel av malaria) og Leishmania donovani (forårsakende middel av amerikansk viscerotropic leishmaniasis).

Endelig har de kraftige antivirale egenskaper, som hemmer inntreden i cellen til flere virus av stor betydning for menneskers helse, inkludert Arenavirus, Cytomegalovirus, Hantavirus, Hepadnavirus, HIV, herpes simplex-virus og influensavirus.

referanser

1. Becker, DJ, Lowe, JB 2003. Fucose: biosyntese og biologisk funksjon hos pattedyr. Glykobiologi, 13, 41R-53R.
2. Deniaud-Bouët, E., Hardouin, K., Potin, P., Kloareg, B., Hervé, C. 2017. En gjennomgang om brune algecellevegger og fucosholdige sulfaterte polysakkarider: celleveggsammenheng, biomedisinske egenskaper og nøkkel forskning utfordrer karbohydratpolymerer, http://dx.doi.org/10.1016/j.carbpol.2017.07.082.
3. Blomster HM 1981. Kjemi og biokjemi av D- og L-fucose. Fremskritt innen karbohydratkjemi og biokjemi, 39, 279–345.
4. Listinsky, JJ, Siegal, GP, Listinsky, CM 2011. Den nye viktigheten av α-L-fucose ved brystkreft hos mennesker: en gjennomgang. Am. J. Transl. Res., 3, 292-322.
5. Murray, RK, et al. 2003. Harpers illustrerte biokjemi. McGraw-Hill, New York.
6. Pereira, L. 2018. Terapeutisk og ernæringsmessig bruk av alger. CRC Press, Boca Raton.
7. Staudacher, E., Altmann, F., Wilson, IBH, März, L. 1999. Fucose i N-glycans: fra plante til mann. Biochimica et Biophysica Acta, 1473, 216–236.
8. Tanner, W., Loewus, FA 1981. Plante-karbohydrater II. Ekstracellulære karbohydrater. Springer, New York.
9. Vanhooren, PT, Vandamme, EJ 1999. L-fucose: forekomst, fysiologisk rolle, kjemisk, enzymatisk og mikrobiell syntese. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 74, 479-497.