FUKOZE: RAKSTUROJUMS, STRUKTŪRA, FUNKCIJAS - ĶĪMIJA - 2025

Fukozes (saīsināti Fuc), vai 6-deoxy-L-galaktozes ir monosaharīds daļēji deoxygenated (deoxysugar) no sešiem oglekļa atomiem ar ar empīrisko formulu C ₆ H ₁₂ O ₅ . Tāpat kā citi monosaharīdi, tas ir daudzvērtīgs cukurs.

Kad hidroksilgrupu aizstāj ar ūdeņraža atomu, tiek iegūts dezoksūdens. Lai arī teorētiski šī aizvietošana varētu ietekmēt jebkura monosaharīda hidroksilgrupu, dabā dezoksūdeņu dažādība ir maza.

Avots: Edgar181

Daži deoksisukāri ir: 1) dezoksiriboze (2-deoksi-D-riboze), kas iegūta no D-ribozes, kas ir daļa no DNS; 2) ramnoze (6-D-deoxymannose), kas iegūta no D-mannozes; 3) fukoze, kas iegūta no L-galaktozes. Pēdējais ir biežāk nekā D-fukoze, kas iegūta no D-galaktozes.

Raksturojums un uzbūve

Fukoze ir pazīstama arī ar nosaukumiem 6-deoksi-galaktoheksoze, fukopiranoze, galaktometiloze un rodeoze.

Lai arī parasti tas veidojas polisaharīdu un glikoproteīnu veidošanā, izolēts kā monosaharīds, tas ir saldāks par galaktozi. Tas ir saistīts ar faktu, ka hidroksilgrupas aizvietošana ar ūdeņraža atomu palielina hidrofobo raksturu un līdz ar to molekulas saldumu.

Fukozes hidroksilgrupas var tikt pakļautas tādām pašām reakcijām kā citi cukuri, veidojot visdažādākos acetālus, glikozīdus, ēterus un esterus.

Fukosilēta biomolekula ir tāda, kurai caur fukozililtransferāzes darbību fukozes molekulas ir piesaistītas caur glikozīdiskām saitēm. Ja glikozīdisko saišu hidrolīze notiek ar fukozidāzes palīdzību, tādējādi atdalot fukozi, tiek uzskatīts, ka biomolekulē ir veikta defukosilēšana.

Tā kā glikāni ir fukosilēti, rodas sarežģītāki glikāni, ko sauc par fukāniem, kas var būt vai nebūt glikoproteīnu daļa. Sulfāti fukāni tiek definēti kā polisaharīdi, kas satur sulfātētas L-fukozes atlikumus. Tie ir raksturīgi brūnajām aļģēm. Kā piemērus var minēt asofilānu, sargasānu un pelvēnu.

Viens no vislabāk izpētītajiem fucāniem ir fukoidīns, ko iegūst no brūnajām aļģēm Fucus vesiculosus, kas tirgū (Sigma-Aldrich Chemical Company) darbojas gadu desmitiem ilgi.

Izplatīšana dabā

D-fukoze atrodas antibiotikās, kuras ražo mikrobi, un augu glikozīdos, piemēram, konvolvulīnā, harereusīnā, ledienozīdā un keirotoksīnā.

L-fukoze ir polisaharīdu sastāvdaļa no aļģēm, plūmju lapām, liniem, sojas un rapšu sēklām, tragakanta gumija, kartupeļu šūnu sieniņām, maniokas bumbuļiem, kivi, ceiba miza un kukurūzas caliptra mucigel, kā arī citi augi.

L-fukoze ir arī jūras ežu olās un želatīnā, kas aizsargā varžu olas.

Zīdītājiem L-fukozes-fukāni veido ligandas, kas iedarbojas uz seleīna-starpniecību leikocītu un endotēlija adhēziju, un piedalās daudzos ontogenētiskos notikumos.

L-fukoze ir bagātīga kuņģa-zarnu trakta epitēlija un kaulu smadzeņu fosfingolipīdos, un nelielās proporcijās tā parādās skrimšļos un keratīniskās struktūrās.

Cilvēkiem L-fukozes fukāni ir daļa no glikoproteīniem siekalās un kuņģa sulās. Tie ir arī daļa no antigēniem, kas nosaka ABO asins grupas. Tie atrodas dažādos oligosaharīdos mātes pienā.

Fukozes metabolisms

Fukosiltransferāzes kā fukozes donoru fukozilēto oligosaharīdu konstruēšanā izmanto GDP-fukozi, kas ir nukleotīdu aktivēta fukozes forma.

IKP fukoze tiek iegūta no IKP mannozes, secīgi iedarbojoties diviem fermentiem: IKP mannozes 4,6-dehidrātāzei un IKP-4-keto-6-deoksimanozes 3,5-epimerazes-4-reduktāzei.

Izmantojot NADP + kofaktoru, pirmais ferments katalizē GDP-mannozes dehidratāciju. 6. pozīcijas samazināšana un 4. pozīcijas oksidēšana rada IKP-6-deoksi-4-keto-mannozi (reakcijas laikā hibrīds tiek pārvietots no 4. līdz 6. stāvoklim cukuru).

Otrais enzīms, kas ir atkarīgs no NADPH, katalizē GDP-6-deoksi-4-keto-mannozes 3. un 5. pozīcijas epimerizāciju un 4-keto grupas reducēšanu.

Baktērijas var augt, izmantojot fukozi kā vienīgo oglekļa un enerģijas avotu, izmantojot fukozes izraisītu operonu, kas kodē šī cukura kataboliskos enzīmus.

Iepriekš minētais process ietver: 1) brīvas fukozes iekļūšanu caur šūnu sienu, ko medijē caurlaidība; 2) fukozes (aldozes) izomerizācija, iegūstot fukozi (ketozi); 3) fukozes fosforilēšana, lai iegūtu fulozes-1-fosfātu; 4) aldolāzes reakcija, lai no fulozes-1-fosfāta izveidotu laktaldehīdu un dihidroksiacetonfosfātu.

Iespējas

Loma vēzē

Starp daudzu vēža audzēju veidu simptomiem var minēt olbaltumvielu klātbūtni ar glikānu, kas izceļas ar mainītu oligosaharīdu sastāvu. Šo nenormālo glikānu klātbūtne, starp kuriem izceļas fūni, ir saistīta ar šo audzēju ļaundabīgo audzēju un metastātisko potenciālu.

Krūts vēža gadījumā audzēja šūnas iekļauj fukozi glikoproteīnos un glikolipīdos. Fukoze veicina šī vēža progresēšanu, dodot priekšroku vēža cilmes šūnu aktivizēšanai, hematogēnai metastāzei un audzēju invāzijai caur ārpusšūnu matricām.

Plaušu karcinomas un hepatokarcinoģenēzes gadījumā paaugstināta fukozes ekspresija ir saistīta ar lielu metastātisku potenciālu un mazu izdzīvošanas varbūtību.

Pretstatā tam, daži sulfātēti fūni ir daudzsološas vielas vēža ārstēšanā, kā noteikts daudzos in vitro pētījumos ar vēža šūnu līnijām, ieskaitot tos, kas izraisa krūts, plaušu, prostatas, kuņģa, resnās zarnas un taisnās zarnas vēzi.

Loma citās slimībās

Paaugstināta fukānu ekspresija seruma imūnglobulīnos ir saistīta ar nepilngadīgo un pieaugušo reimatoīdo artrītu.

Leikocītu adhēzijas deficīts II ir reta iedzimta slimība, ko izraisa mutācijas, kas maina FDP-fukozes transportētāja darbību, kas atrodas Golgi aparātā.

Pacienti cieš no garīgas un psihomotoriskas atpalicības, kā arī no atkārtotām baktēriju infekcijām. Šī slimība labvēlīgi reaģē uz perorālām fukozes devām.

Biomedicīnas potenciāls

No brūnām aļģēm iegūtie sulfātfucāni ir svarīgi savienojumu rezervuāri ar terapeitisko potenciālu.

Viņiem ir pretiekaisuma un antioksidantu īpašības, tie kavē limfocītu migrāciju infekcijas vietās un veicina citokīnu atbrīvošanos. Viņi palielina imūno reakciju, aktivizējot limfocītus un makrofāgus.

Viņiem ir antikoagulantu īpašības. Ir pierādīts, ka iekšķīgi tie kavē trombocītu agregāciju pacientiem ar cilvēkiem.

Viņiem ir antibiotiku un pretparazītu potenciāls, un tie kavē kuņģa patogēnās baktērijas Helicobacter pylori augšanu. Nogalina parazītus Plasmodium spp. (malārijas izraisītājs) un Leishmania donovani (Amerikas viscerotropās leišmaniozes izraisītājs).

Visbeidzot, tām piemīt spēcīgas pretvīrusu īpašības, kas kavē vairāku vīrusu, kam ir liela nozīme cilvēka veselībā, iekļūšanu šūnā, ieskaitot arēnavīrusu, citomegalovīrusu, Hantavīrusu, Hepadnavīrusu, HIV, herpes simplex vīrusu un gripas vīrusu.

Atsauces

1. Bekers, DJ, Lowe, JB 2003. Fucose: biosintēze un bioloģiskā funkcija zīdītājiem. Glikobioloģija, 13, 41R-53R.
2. Deniaud-Bouët, E., Hardouin, K., Potin, P., Kloareg, B., Hervé, C. 2017. Pārskats par brūno aļģu šūnu sienām un fukozi saturošiem sulfatētiem polisaharīdiem: šūnu sienas konteksts, biomedicīniskās īpašības un galvenie pētniecības izaicinājumi Ogļhidrātu polimēri, http://dx.doi.org/10.1016/j.carbpol.2017.07.082.
3. Ziedi HM 1981. D- un L-fukozes ķīmija un bioķīmija. Jaunumi ogļhidrātu ķīmijā un bioķīmijā, 39, 279–345.
4. Listinsky, JJ, Siegal, GP, Listinsky, CM 2011. Jaunā α-L-fukozes nozīme cilvēka krūts vēzē: pārskats. Am., J. Transl. Res., 3, 292-322.
5. Murray, RK, et al. 2003. Harpera ilustrētā bioķīmija. McGraw-Hill, Ņujorka.
6. Pereira, L. 2018. Aļģu terapeitiskā un uztura izmantošana. CRC Press, Boca Raton.
7. Staudacher, E., Altmann, F., Wilson, IBH, März, L. 1999. Fukoze N-glikānos: no auga līdz cilvēkam. Biochimica et Biophysica Acta, 1473, 216–236.
8. Tanner, W., Loewus, FA 1981. Augu ogļhidrāti II. Āršūnu ogļhidrāti. Springers, Ņujorka.
9. Vanhooren, PT, Vandamme, EJ 1999. L-fukoze: rašanās, fizioloģiskā loma, ķīmiskā, fermentatīvā un mikrobu sintēze. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 74, 479-497.