FUCOSE: KENMERKEN, STRUCTUUR, FUNCTIES - CHEMIE - 2026

De fucose (Fuc afgekort) of 6-deoxy-L-galactose monosaccharide gedeeltelijk gedeoxygeneerd (deoxysugar) zes koolstofatomen met de empirische formule C ₆ H ₁₂ O ₅ . Net als andere monosacchariden is het een meerwaardige suiker.

Wanneer een hydroxylgroep wordt vervangen door een waterstofatoom, wordt een desoxysuiker afgeleid. Hoewel deze vervanging theoretisch elke hydroxylgroep van een monosaccharide zou kunnen beïnvloeden, is er in de natuur weinig variatie aan deoxysuikers.

Bron: Edgar181

Enkele deoxysuikers zijn: 1) deoxyribose (2-deoxy-D-ribose), afgeleid van D-ribose, dat deel uitmaakt van DNA; 2) rhamnose (6-D-deoxymannose), afgeleid van D-mannose; 3) fucose, afgeleid van L-galactose. Dit laatste komt vaker voor dan D-fucose, afgeleid van D-galactose.

Kenmerken en structuur

Fucose is ook bekend onder de namen 6-deoxy-galacto-hexose, fucopyranose, galactomethylose en rodeose.

Hoewel het normaal wordt aangetroffen bij de vorming van polysacchariden en glycoproteïnen, is het geïsoleerd als een monosaccharide zoeter dan galactose. Dit komt door het feit dat de vervanging van een hydroxylgroep door een waterstofatoom het hydrofobe karakter verhoogt en daarmee de zoetheid van het molecuul.

De hydroxylgroepen van fucose kunnen dezelfde reacties ondergaan als andere suikers, waarbij een grote verscheidenheid aan acetalen, glycosiden, ethers en esters wordt geproduceerd.

Een gefucosyleerd biomolecuul is er een waaraan, door de werking van een fucosyltransferase, fucosemoleculen zijn gehecht door middel van glycosidebindingen. Wanneer de hydrolyse van glycosidebindingen plaatsvindt door de werking van een fucosidase, waardoor de fucose wordt gescheiden, wordt gezegd dat het biomolecuul gedefucosyleerd is.

Aangezien glucanen worden gefucosyleerd, worden complexere glucanen, fucanen genaamd, gegenereerd, die al dan niet deel uitmaken van glycoproteïnen. Gesulfateerde fucanen worden gedefinieerd als die polysacchariden die gesulfateerde L-fucoseresiduen bevatten. Ze zijn typerend voor bruine algen. Voorbeelden zijn ascophylane, sargasan en pelvetan.

Een van de best bestudeerde fucanen is fucoidan, verkregen uit de bruine alg Fucus vesiculosus, die al decennia op de markt is (Sigma-Aldrich Chemical Company).

Verspreiding in de natuur

D-fucose is aanwezig in antibiotische stoffen die worden geproduceerd door microben en in plantenglycosiden, zoals convolvuline, chartreusine, ledienoside en keirotoxine.

L-fucose is een bestanddeel van polysacchariden uit algen, pruimenbladeren, vlas, soja- en koolzaad, tragacanthgom, aardappelcelwanden, cassaveknollen, kiwi's, de bast van de ceiba en het mucigel van de maïskaliptra, evenals andere planten.

L-fucose is ook aanwezig in eieren van zee-egels en in de gelatine die kikkereieren beschermt.

Bij zoogdieren vormen fucanen met L-fucose de liganden die inwerken op selectine-gemedieerde leukocyt-endotheliale adhesie, en nemen ze deel aan talrijke ontogenetische gebeurtenissen.

L-fucose is overvloedig aanwezig in de fucosphingolipiden van het gastro-intestinale epitheel en beenmerg, en komt in kleine hoeveelheden voor in kraakbeen en keratineuze structuren.

Bij mensen maken L-fucose-fucanen deel uit van glycoproteïnen in speeksel en maagsappen. Ze maken ook deel uit van de antigenen die ABO-bloedgroepen definiëren. Ze zijn aanwezig in verschillende oligosacchariden in moedermelk.

Fucose metabolisme

Fucosyltransferases gebruiken GDP-fucose, een nucleotide-geactiveerde vorm van fucose, als fucosedonor bij de constructie van gefucosyleerde oligosacchariden.

GDP-fucose wordt afgeleid van GDP-mannose door de opeenvolgende werking van twee enzymen: GDP-mannose 4,6-dehydratase en GDP-4-keto-6-deoximanose 3,5-epimerase-4-reductase.

Met behulp van een NADP + cofactor katalyseert het eerste enzym de uitdroging van GDP-mannose. Reductie van positie 6 en oxidatie van positie 4 produceert GDP-6-deoxy-4-keto-mannose (tijdens de reactie wordt de hybride overgebracht van positie 4 naar 6 van de suiker).

Het tweede enzym, dat NADPH-afhankelijk is, katalyseert de epimerisatie van posities 3 en 5, en de reductie van de 4-ketogroep, van GDP-6-deoxy-4-keto-mannose.

Bacteriën kunnen groeien met fucose als enige bron van koolstof en energie door middel van een fucose-induceerbaar operon dat codeert voor katabole enzymen voor deze suiker.

Het bovenstaande proces omvat: 1) het binnendringen van vrije fucose door de celwand gemedieerd door een permease; 2) isomerisatie van fucose (een aldose) om fuculose (een ketose) te vormen; 3) fosforylering van fuculose om fuculose-1-fosfaat te vormen; 4) een aldolase reactie om lactaldehyde en dihydroxyacetonfosfaat te vormen uit fuculose-1-fosfaat.

Kenmerken

Rol bij kanker

Een van de symptomen van vele soorten kankertumoren is de aanwezigheid van glucaan-gebonden eiwitten die zich onderscheiden door een gewijzigde oligosaccharidesamenstelling. De aanwezigheid van deze abnormale glucanen, waaronder fucanen, houdt verband met de maligniteit en het metastatische potentieel van deze tumoren.

Bij borstkanker nemen tumorcellen fucose op in glycoproteïnen en glycolipiden. Fucose draagt ​​bij tot de progressie van deze kanker en bevordert de activering van kankerstamcellen, hematogene metastase en de invasie van tumoren via extracellulaire matrices.

Bij longcarcinoom en hepatocarcinogenese wordt verhoogde expressie van fucose geassocieerd met een hoog metastatisch potentieel en een lage overlevingskans.

Daarentegen zijn sommige gesulfateerde fucanen veelbelovende stoffen bij de behandeling van kanker, zoals is vastgesteld door talrijke in vitro onderzoeken met kankercellijnen, waaronder die welke borst-, long-, prostaat-, maag-, colon- en endeldarmkanker veroorzaken.

Rol bij andere ziekten

Verhoogde expressie van fucanen in serumimmunoglobulinen is in verband gebracht met reumatoïde artritis bij jongeren en volwassenen.

Leukocytenadhesiedeficiëntie II is een zeldzame aangeboren ziekte als gevolg van mutaties die de activiteit van een FDP-fucosetransporteur in het Golgi-apparaat veranderen.

Patiënten lijden aan mentale en psychomotorische achterstand en lijden aan terugkerende bacteriële infecties. Deze ziekte reageert gunstig op orale doses fucose.

Biomedisch potentieel

Gesulfateerde fucanen verkregen uit bruine algen zijn belangrijke reservoirs van verbindingen met therapeutisch potentieel.

Ze hebben ontstekingsremmende en antioxiderende eigenschappen, remmen de migratie van lymfocyten op infectieplaatsen en bevorderen de afgifte van cytokinen. Ze verhogen de immuunrespons door lymfocyten en macrofagen te activeren.

Ze hebben anticoagulerende eigenschappen. Oraal is aangetoond dat ze de aggregatie van bloedplaatjes bij menselijke patiënten remmen.

Ze hebben een antibioticum en antiparasitair potentieel en remmen de groei van de maagpathogene bacterie Helicobacter pylori. Doodt parasieten Plasmodium spp. (veroorzaker van malaria) en Leishmania donovani (veroorzaker van Amerikaanse viscerotrope leishmaniasis).

Ten slotte hebben ze krachtige antivirale eigenschappen, waardoor ze de toegang tot de cel van verschillende virussen die van groot belang zijn voor de menselijke gezondheid, waaronder Arenavirus, Cytomegalovirus, Hantavirus, Hepadnavirus, HIV, herpes simplex-virus en influenzavirus, verhinderen.

Referenties

1. Becker, DJ, Lowe, JB 2003. Fucose: biosynthese en biologische functie bij zoogdieren. Glycobiology, 13, 41R-53R.
2. Deniaud-Bouët, E., Hardouin, K., Potin, P., Kloareg, B., Hervé, C. 2017. Een recensie over celwanden van bruine algen en fucosehoudende gesulfateerde polysacchariden: celwandcontext, biomedische eigenschappen en sleutel onderzoek daagt koolhydraatpolymeren uit, http://dx.doi.org/10.1016/j.carbpol.2017.07.082.
3. Flowers HM 1981. Chemie en biochemie van D- en L-fucose. Vooruitgang in koolhydraatchemie en biochemie, 39, 279-345.
4. Listinsky, JJ, Siegal, GP, Listinsky, CM 2011. Het opkomende belang van α-L-fucose bij borstkanker bij de mens: een overzicht. Am. J. Transl. Res., 3, 292-322.
5. Murray, RK, et al. 2003. Geïllustreerde biochemie van Harper. McGraw-Hill, New York.
6. Pereira, L. 2018. Therapeutische en nutritionele toepassingen van algen. CRC Press, Boca Raton.
7. Staudacher, E., Altmann, F., Wilson, IBH, März, L. 1999. Fucose in N-glycanen: van plant tot mens. Biochimica et Biophysica Acta, 1473, 216-236.
8. Tanner, W., Loewus, FA 1981. Plantaardige koolhydraten II. Extracellulaire koolhydraten. Springer, New York.
9. Vanhooren, PT, Vandamme, EJ 1999. L-fucose: voorkomen, fysiologische rol, chemische, enzymatische en microbiële synthese. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 74, 479-497.