ФУКОЗА

ФУКОЗА (син.: родеоза, галактометилоза. 6-дезокси-L-галактоза) — метилпентоза, моносахарид из группы дезоксигексоз, входит в состав углеводсодержащих соединений животных, растительных и бактериальных клеток. Наиболее распространенный L-изомер Ф. (см. Мукополисахариды), играющим важную роль в выполнении этими соединениями их специфических функций, таких, напр., как биол. узнавание, и др. Генетически обусловленная недостаточность альфа-L-фукозидазы (КФ 3.2.1.51), катализирующей отщепление Ф. от содержащих ее соединений, является причиной тяжелого наследственного заболевания — фукозидоза. D-Фукоза обнаружена только у нек-рых бактерий и растений.

Мол. вес (масса) Ф. составляет 164,2; OH-группа у 6-го углеродного атома в молекуле этой дезоксигексозы (см. Гексозы) замещена на атом водорода.

L- и D-формы Ф. образуют открытую альдегидную и несколько циклических таутомерных форм; t°пл L-фукозы 145°, удельное вращение плоскости поляризованного света [a]_D = —153°.

Хим. свойства Ф. сходны со свойствами других Муравьиный альдегид).

Наличие в молекуле Ф. метильной группы обусловливает ее высокую подвижность при хроматографии (см.) на бумаге, а также лабильность гликозидной связи в различных фукозосодержащих соединениях. В большинстве фукозосодержащих соединений Ф. связана с остальными моносахаридами углеводных цепей aльфа-гликозидной связью. В организме человека и животных известны только два соединения, в молекулах к-рых Ф. соединена с другими углеводами не α-, а β-гликозидной связью. Это β-фукозо-L-фосфат и гуанозиндифосфат-β-L-фукоза, являющаяся универсальным донором фукозильных остатков при биосинтезе фукозосодержащих соединений, в к-ром участвуют высокоспецифические фукозилтрансферазы.

Получают Ф. гидролизом природных веществ, напр. L-фукозу получают путем гидролиза фукозосодержащего полисахарида водорослей фукана.

Наиболее богатым источником, содержащим L-фукозу олигосахаридов, является женское молоко. Среди олигосахаридов женского молока встречаются моно-, ди- и трифукозил-производные. В моче человека обнаружены L-фукозил-миоинозит, 2-0-α-L-фукозил-D-глюкоза и нек-рые другие содержащие Ф. олигосахариды.

L-фукоза входит в состав ряда сывороточных Сиаловые кислоты). Между количеством Ф. и количеством N-ацетилнейраминовой к-ты в этих соединениях существует обратно пропорциональная зависимость.

L-Фукоза была обнаружена в составе гликолипидов плазматических мембран (см. Мембраны биологические), она является компонентом ряда ганглиозидов (см.) и нейтральных гликолипидов мозга человека. Уникальный гликолипид — a-L-фукопи-ранозилцерамид, содержащий в качестве углеводного компонента только Ф., был выделен из карциномы толстой кишки. В гликозаминогликанах L-фукоза встречается лишь в качестве минорного компонента боковых цепей наряду с D-маннозой и D-ксилозой. Присутствие в углеводных цепях Ф. характерно для кератансульфата.

Концевое положение Ф. в олигосахаридных цепях обусловливает, по-видимому, особую роль этого сахара в биол. узнавании и в ряде других важнейших процессов живого организма. Установлена важная роль Ф. как своеобразного маркера транспортного гликопротеида, специфически узнаваемого рецепторами на мембранах гепатоцитов. Полагают, что остатки Ф. на поверхности лимфоцитов (см.), ориентированные наружу, участвуют в узнавании лимфоцитов другими клетками лимфоидной ткани (см. Иммунокомпетентные клетки). Удаление Ф. с поверхности лимфоцитов перед их введением в кровоток приводит к тому, что эти лимфоциты оказываются не в селезенке, как обычно, а в печени.

Показано, что Ф. играет существенную роль в процессе удаления глюкоцереброзидазы из кровотока и поглощения этого фермента гепатоцитами. После обработки глюкоцереброзидазы α-L-фукозидазой (т. е. отщепления остатка Ф. от молекулы ферментного белка) она поглощалась гепатоцитами в значительно меньшей степени, чем нативный фермент. На поверхности макрофагов (см.) существуют специфические рецепторы, «узнающие» остатки Ф. гликоновой части молекул эластазы и катепсина D из лейкоцитов человека.

Имеются данные о том, что именно остаток Ф. специфических рецепторов гликопротеидной природы на поверхности макрофагов ответствен за связывание с макрофагом MIF — фактора (англ. migration inhibitory factor), ингибирующего миграцию макрофагов (см. Медиаторы клеточного иммунитета). Обнаружено также, что Ф. и сиаловая к-та гликопротеидов — рецепторов поверхности макрофагов обеспечивают взаимодействие с этими клетками не только MIF, но и MAF фактора, вызывающего агрегацию макрофагов (англ. macrophage aggregation factor).

В животных тканях активированная форма Ф. — ГДФ (гуанозиндифосфат)фукоза может образовываться из глюкозы путем сложных ферментативных превращений: глюкоза раминовой —> глюкозо-6-фосфат фруктозо-6-фосфат —> маннозо-6-фосфат с маннозо-1-фосфат —> ГДФманноза —> ГДФфукоза. Образование основного донора остатков Ф. при биосинтезе углеводных цепей гликоконъюгатов — ГДФфукозы может происходить и при непосредственном фосфорилировании (см.) Ф. в следующих реакциях: фукоза + АТФ—>фукозо-1-фосфат + АДФ; фукозо-1-фосфат + ГТФ (гуанозинтрифосфат) —► ГДФфукоза. Включение остатков Ф. в молекулы различных олигосахаридов, гликопротеидов и гликолипидов катализируется в присутствии ГДФфукозы фукозилтрансферазами, специфичными к особенностям структуры акцепторных молекул.

Отщепление Ф. от содержащих ее соединений осуществляется с помощью лизосомного фермента α-L-фукозидазы, к-рый имеет множественные формы (см. Изоферменты). В организме человека фукозидаза присутствует практически во всех тканях и биол. жидкостях. Наряду с другими гликозидазами у человека этот фермент обнаруживается уже на ранних стадиях эмбриогенеза в различных органах плода и в плодной части плаценты.

Генетически обусловленная недостаточность α-L-фукозидазы приводит к развитию тяжелого нейровис-церального заболевания фукозидо-за, относящегося к наследственным гликозидозам (см. Гликозидозы) и наследуемого по аутосомно-рецессивному типу.

Клинические проявления фукозидоза характеризуются нарушениями со стороны нервной системы: слабоумием, резким понижением мышечного тонуса, судорогами. У больных наблюдается увеличение печени, селезенки, сердца. Повышенная потливость сопровождается значительным выделением ионов натрия и хлора. Отмечены нарушения со стороны костей, включая деформацию позвоночника и изменения костей черепно-лицевого скелета.

Клинически выделяют два варианта (типа) фукозидоза. При фукозидозе I типа заболевание проявляется уже через несколько месяцев после рождения ребенка. Болезнь быстро прогрессирует, сопровождается частыми инф. заболеваниями дыхательных путей и заканчивается смертью детей в возрасте 4—5 лет. При фукозидозе II типа с атипической, менее тяжелой, чем при фукозидозе I типа, клин, картиной больные доживают до 14—20 лет. Фукозидоз II типа часто сочетается с диффузной ангиокератомой (см.), рассматриваемой как отличительный признак фукозидоза этого типа. При этом обильного потоотделения с повышенной концентрацией ионов натрия и хлора в поте (что типично для более тяжелого фукозидоза I типа) обычно не наблюдают.

Различия в клин, картине при фукозидозе дают основания предполагать существование широкой генетической гетерогенности этого заболевания. Генетический дефект фукозидазы приводит к накоплению в различных органах и тканях больных фукозидозом самых разнообразных по природе продуктов — фукозосодержащих гликозахминогликанов, гликолипидов, олигосахаридов.

Для сыворотки крови больного фукозидозом характерно накопление Le^b-антигенов, содержащих два фукозильных остатка, связанных соответственно α-1,2—и α-1,4-связью с остатками галактозы и N-ацетил-глюкозамина. При этом концентрация Le^b-антигенов, в к-рых один остаток Ф. присоединен альфа-1,4-связью, не изменяется. Это позволяет предположить, что у больного отсутствует фукозидаза того типа, к-рый ответствен за расщепление альфа-1,2-связи.

В культивируемых фибробластах кожи больных фукозидозом отмечают повышенное содержание низкомолекулярного гликопептида типа фукоза — α-1,6-N-ацетилглюкозамин-аспарагин, к-рый является в. этом случае основным продуктом накопления. В моче больных фукозидозом обнаруживается большое количество различных фукозосодержащих олигосахаридов, часть к-рых; связана с аспарагином.

Биохим. диагностику фукозидоза проводят путем определения активности α-L-фукозидазы, к-рая в различной степени снижается в плазме и сыворотке крови, лейкоцитах, моче, печени, почках и других тканях. В диагностических целях обычно исследуют плазму и сыворотку крови,, лейкоциты, фибробласты кожи и мочу больных. Пренатальная диагностика фукозидоза основана на определении активности фукозидазы в. культуре клеток амниотической жидкости. Наличие довольно высокой активности фукозидазы в плодной части плаценты дает основание полагать, что пренатальная диагностика фукозидоза может быть основана на определении фукозидазной активности в материале, полученном при биопсии плаценты.

Лечение фукозидоза пока не разработано. Что касается развития, подходов энзимотерапии для коррекции этого заболевания, то они находятся на стадии экспериментальной разработки на культуре клеток. Получены данные о том, что фибробласты кожи больных фукозидозом: способны поглощать из культуральной среды очищенную aльфа-L-фукозидазу плаценты человека, к-рая проникает в лизосомы и эффективно расщепляет там накопленные фукозосодержащие соединения. Прогноз фукозидоза неблагоприятный.

Увеличение количества Ф. в гликопротеидах сыворотки крови отмечено при активном туберкулезе, подостром бактериальном эндокардите, циррозе и раке печени. Однако изменение количества Ф. в этих случаях не является специфическим. Заслуживают внимания нек-рые клин, исследования, в результате к-рых удалось показать четкие и достоверно специфические изменения содержания Ф. в гликопротеидах и гликолипидах при нек-рых заболеваниях, напр, при язвенной болезни и хрон. пневмонии. При процессах малигнизации в ряде случаев обнаружено появление в тканях специфических фуколипидов, отсутствующих, как правило, в интактной ткани.

Библиогр.: Бейер E. М. и Видершайн Г. Я. Фукозидазы человека и животных, Усп. биол. химии, т. 23, с. 102, 1982, библиогр.; Видершайн Г. Я. Биохимические основы гликозидозов, с. 222, 228, М., 1980; Лизосомы и лизосом-ные болезни накопления, под ред. Дж. В. Каллахана и Дж. А. Лоудена, пер. с англ., с. 318, М., 1984; The carbohydrates, chemistry and biochemistry, ed. by W. Pigman a. D. Horton, v. IB, N. Y.— L., 1980; Genetic errors of glycoprotein metabolism, ed. by P. Durand a. J. O’Brien, В. a. o., 1982; Kennedy J. F. a. White G. A. Bioactive carbohydrates, in chemistry, biochemistry and biology, N. Y. a. o., 1983.

Г. Я. Видершайн.