Important determinants for fucoidan bioactivity: a critical review of structure-function relations and extraction methods for fucose-containing sulfated polysaccharides from brown seaweeds

Resumo

Algas marinhas – ou macroalgas marinhas – principalmente algas marrons da classe Phaeophyceae, contêm fucoidan. Fucoidan designa um grupo de certos polissacarídeos sulfatados contendo fucose (FCSPs) que têm uma estrutura construída de α-L-fucopiranosil ligado em (1→3) ou de α ligado em (1→3) e (1→4) Resíduos -L-fucopiranosil, mas também incluem galactofucanos sulfatados com estruturas construídas de unidades (1→6)-β-D-galacto- e/ou (1→2)-β-D-manopiranosil com fucose ou ramificação de fuco-oligossacarídeo, e/ou ácido glucurônico, xilose ou substituições de glicose. Esses FCSPs oferecem várias funções bioativas potencialmente benéficas para os seres humanos. As propriedades bioativas podem variar dependendo da fonte de algas marinhas, das características estruturais e de composição, do conteúdo (densidade de carga), distribuição e ligação das substituições de sulfato e da pureza do produto FCSP. A preservação da integridade estrutural das moléculas de FCSP depende essencialmente da metodologia de extração que tem um significado crucial, mas parcialmente negligenciado, para obter as características estruturais relevantes necessárias para atividades biológicas específicas e para elucidar as relações estrutura-função. O objetivo desta revisão é fornecer informações sobre os desenvolvimentos mais recentes na química de fucoidan/FCSPs enfatizando a importância de diferentes técnicas de extração para a composição estrutural e atividade biológica com foco particular em grupos sulfato.

Abstract

Seaweeds–or marine macroalgae–notably brown seaweeds in the class Phaeophyceae, contain fucoidan. Fucoidan designates a group of certain fucose-containing sulfated polysaccharides (FCSPs) that have a backbone built of (1→3)-linked α-L-fucopyranosyl or of alternating (1→3)- and (1→4)-linked α-L-fucopyranosyl residues, but also include sulfated galactofucans with backbones built of (1→6)-β-D-galacto- and/or (1→2)-β-D-mannopyranosyl units with fucose or fuco-oligosaccharide branching, and/or glucuronic acid, xylose or glucose substitutions. These FCSPs offer several potentially beneficial bioactive functions for humans. The bioactive properties may vary depending on the source of seaweed, the compositional and structural traits, the content (charge density), distribution, and bonding of the sulfate substitutions, and the purity of the FCSP product. The preservation of the structural integrity of the FCSP molecules essentially depends on the extraction methodology which has a crucial, but partly overlooked, significance for obtaining the relevant structural features required for specific biological activities and for elucidating structure-function relations. The aim of this review is to provide information on the most recent developments in the chemistry of fucoidan/FCSPs emphasizing the significance of different extraction techniques for the structural composition and biological activity with particular focus on sulfate groups.