¿Qué es la fucosa?
La fucosa (abreviada Fuc), o 6-L-desoxi-galactosa, es un monosacárido parcialmente desoxigenado (desoxiazúcar) de seis carbonos, cuya fórmula empírica es C6H12O5. Como otros monosacáridos, es un azúcar polihidroxilado.
Cuando un grupo hidroxilo es reemplazado por un átomo de hidrógeno, se deriva un desoxiazúcar. Aunque teóricamente este reemplazo podría afectar a cualquier grupo hidroxilo de cualquier monosacárido, en la naturaleza hay poca variedad de desoxiazúcares.
Algunos desoxiazúcares son: 1) la desoxirribosa (2-desoxi-D-ribosa), derivada de la D-ribosa, que forma parte del ADN; 2) la ramnosa (6-D-desoxi-manosa), derivada de la D-manosa; 3) la fucosa, derivada de la L-galactosa. Esta última es más frecuente que la D-fucosa, derivada de la D-galactosa.
Características y estructura de la fucosa
– Nombres. La fucosa también se conoce con los nombres 6-desoxi-galacto-hexosa, fucopiranosa, galactometilosa y rodeosa.
– Fórmula química. Su fórmula empírica química es C6H12O5.
– Tipo de monosacárido. Aunque normalmente se encuentra formando polisacáridos y glicoproteínas, aislada como monosacárido, es más dulce que la galactosa. Ello se debe a que el reemplazo de un grupo hidroxilo por un átomo de hidrógeno incrementa el carácter hidrofóbico y, por ende, la dulzura de la molécula.
– Estructura. Tiene una estructura de anillo de seis carbonos. Puede existir en varias formas isoméricas, siendo la más común la forma en la que el grupo funcional hidroxilo en el carbono número 1 está en la parte superior del anillo (configuración alfa).
– Desoxigenación. Es un monosacárido parcialmente desoxigenado, lo que significa que es un desoxiazúcar.
– Investigación. Por su rol en la biología celular y molecular, la fucosa ha sido foco de investigación importante en campos como la biología molecular, la bioquímica y la medicina, especialmente en el estudio de enfermedades genéticas y metabólicas.
– Importancia clínica. Errores en la síntesis o el procesamiento de la fucosa pueden generar consecuencias clínicas significativas. Por ejemplo, la deficiencia de una enzima involucrada en la síntesis de fucosa puede provocar trastornos metabólicos graves, como la enfermedad de la deficiencia de fucosiltransferasa.
Distribución de fucosa en la naturaleza
La D-fucosa está presente en sustancias antibióticas producidas por microbios, y en glicósidos vegetales, como la convolvulina, la chartreusina, la ledienosida y la queirotoxina.
La L-fucosa es un constituyente de los polisacáridos de las algas, las hojas del ciruelo, las semillas de lino, soja y canola, la goma de tragacanto, las paredes celulares de la patata, los tubérculos de la mandioca, el kiwi, la corteza de la ceiba y el mucigel de la caliptra del maíz, así como otras plantas.
La L-fucosa también está presente en los huevos de erizos de mar y en la gelatina que protege los huevos de rana.
En los mamíferos, los fucanos con L-fucosa forman los ligandos que actúan en la adhesión leucocito-endotelial mediada por selectina, y participan en numerosos eventos ontogenéticos.
La L-fucosa abunda en los fucoesfingolípidos del epitelio gastrointestinal y la médula ósea, y aparece en proporciones pequeñas en el cartílago y en estructuras queratinosas.
En los humanos, los fucanos con L-fucosa forman parte de glicoproteínas de la saliva y los jugos gástricos. También forman parte de los antígenos que definen los grupos sanguíneos ABO. Están presentes en varios oligosacáridos de la leche materna.
Metabolismo de la fucosa
Las fucosiltransferasas utilizan la GDP-fucosa, una forma de fucosa activada por nucleótidos, como donante de fucosa en la construcción de oligosacáridos fucosilados.
La GDP-fucosa se deriva de la GDP-manosa por la acción sucesiva de dos enzimas: la GDP-manosa 4,6-deshidratasa y la GDP-4-ceto-6-desoximanosa 3,5-epimerasa-4-reductasa.
Utilizando un cofactor NADP+, la primera enzima cataliza la deshidratación de la GDP-manosa. La reducción de la posición 6 y oxidación de la posición 4 produce la GDP-6-desoxi-4-ceto-manosa (durante la reacción, el híbrido es transferido de la posición 4 a la 6 del azúcar).
La segunda enzima, que es NADPH dependiente, cataliza la epimerización de las posiciones 3 y 5, y la reducción del grupo 4-ceto, de la GDP-6-desoxi-4-ceto-manosa.
Las bacterias pueden crecer utilizando fucosa como fuente única de carbono y energía por medio de un operón inducible por fucosa que codifica enzimas catabólicas para esta azúcar.
El proceso anterior involucra: 1) entrada de fucosa libre a través de la pared celular con mediación de una permeasa; 2) isomerización de la fucosa (una aldosa) para formar fuculosa (una cetosa); 3) fosforilación de la fuculosa para formar fuculosa-1-fosfato; 4) una reacción aldolasa para formar lactaldehído y fosfato de dihidroxiacetona a partir de la fuculosa-1-fosfato.
Funciones de la fucosa
- Papel en el cáncer. Entre los síntomas de muchos tipos de tumor cancerígeno se encuentra la presencia de proteínas unidas a glucanos, que se distinguen por poseer una composición de oligosacáridos alterada. La presencia de estos glucanos anormales, entre los cuales destacan los fucanos, está vinculada a la malignidad y potencial metastásico de dichos tumores. En el cáncer mamario, las células tumorales incorporan fucosa a las glicoproteínas y glicolípidos. La fucosa contribuye a la progresión de este cáncer, favoreciendo la activación de las células madre cancerosas, la metástasis hematogénica y la invasión de tumores a través de matrices extracelulares. En el carcinoma pulmonar y la hepatocarcinogénesis, la expresión aumentada de la fucosa está vinculada con un potencial metastásico elevado y con baja probabilidad de supervivencia. Como contrapartida, algunos fucanos sulfatados son sustancias prometedoras en el tratamiento del cáncer, tal como lo han determinado numerosos estudios in vitro con líneas de células cancerosas, incluyendo aquellas causantes de cáncer mamario, pulmonar, prostático, gástrico, de colon y recto.
- Papel en otras enfermedades. La expresión aumentada de fucanos en las inmunoglobulinas séricas se ha relacionado con la artritis reumatoide juvenil y adulta. La deficiencia en la adhesión de leucocitos II es una enfermedad congénita rara debida a mutaciones que alteran la actividad de un transportador de FDP-fucosa localizado en el aparato de Golgi. Los pacientes sufren de retardo mental y psicomotor, y de infecciones bacterianas recurrentes. Esta enfermedad responde favorablemente a dosis orales de fucosa.
- Potencial biomédico. Los fucanos sulfatados obtenidos de las algas pardas son importantes reservorios de compuestos con potencial terapéutico. Tienen propiedades antiinflamatorias y antioxidantes, inhibiendo la migración de linfocitos en sitios de infección y favoreciendo la liberación de citoquinas. Incrementan la respuesta inmune mediante la activación de los linfocitos y macrófagos. Tienen propiedades anticoagulantes. Se ha comprobado en pacientes humanos que por vía oral inhiben la agregación plaquetaria. Tienen potencial antibiótico y antiparasitario e inhiben el crecimiento de la bacteria patógena estomacal Helicobacter pylori. Mata a los parásitos Plasmodium spp. (agente causal de la malaria) y Leishmania donovani (agente causal de la leishmaniasis viscerotrópica americana). Finalmente, tienen potentes propiedades antivirales, inhibiendo la entrada a la célula de varios virus de gran importancia para la salud humana, incluyendo Arenavirus, Cytomegalovirus, Hantavirus, Hepadnavirus, HIV, virus del herpes simplex, y virus de la influenza.
Referencias
- Becker, D.J., Lowe, J.B. Fucose: biosynthesis and biological function in mammals. Glycobiology.
- Flowers, H.M. Chemistry and biochemistry of D- and L-fucose. Advances in Carbohydrate Chemistry and Biochemistry.
- Murray, R.K., et al. Harper’s illustrated biochemistry. McGraw Hill.
- Pereira, L. Therapeutic and nutritional uses of algae. CRC Press.
- Tanner, W., Loewus, F.A. Plant carbohydrates II. Extracellular carbohydrates. Springer.