澱粉生合成とは？

デンプンは、グルコース分子の鎖からなる多糖類として知られるポリマーの一種であり、植物によって比較的大量に合成されます。 グルコースは単糖として知られている単純なタイプの糖、または糖類です。 多糖類は、多数の単糖類単位、場合によっては数千個が結合して構成されています。 植物の澱粉生合成は、光合成によって生成される糖から始まり、多くの酵素または有機触媒が関与します。

植物によって2種類のデンプンが生産されます。 アミロースは、主に数が1,000〜4,400のグルコース分子またはグルカンのほとんど分岐していない鎖で構成されています。 アミロペクチンでは、鎖は多分岐であり、一般に10,000〜100,000個のグルカンを含んでいます。 ほとんどの植物のデンプンの約70％はアミロペクチンの形ですが、これは種によって多少異なります。 植物はデンプンを細胞内に顆粒の形で保存します。

デンプン生合成は、アミロプラストで、またある程度葉緑体でも起こります。 これらは両方のタイプの色素体、つまり特殊な機能を実行する植物細胞内の体です。 それらは、植物の進化の初期段階で細胞に取り込まれた共生の藍藻として発生したと考えられています。 これらの色素体内では、澱粉分子がグルコース構成要素から組み立てられています。 グルコースは、光合成の間接的な産物であるグルコースリン酸化合物の形で提供されます。

グルコースの分子には、炭素原子に結合したヒドロキシル（OH）基があります。 グルコース単位は、あるグルコース分子のヒドロキシル基から水素原子が除去され、ヒドロキシル基全体が別のグルコース分子から除去されると結合し、実際には水（H ₂ O）が除去されます。 次に、1つの分子の残りの酸素原子が、もう一方のヒドロキシル基が除去された炭素原子に結合します。反応は次のように表すことができます。R-OH+ HO-R→ROR + H ₂ Oグルコース分子の残り。 このようにして、グルコース分子の長い鎖が構築されます。 糖分子間のこの種の結合は、グリコシド結合として知られています。

しかし、プロセスの詳細は、これよりも複雑です（多くの酵素が関与します）が、次のように要約できます。 このプロセスは、グルコース-1-リン酸とアデノシン三リン酸（ATP）を組み合わせて、酵素AGPaseによって触媒されるアデノシン二リン酸グルコース（ADP-グルコース）を形成することから始まります。 ADP-グルコースは、そのグルコース分子を既存のグルコース分子に追加し、グリコシド結合を形成します。したがって、このプロセスを何度も繰り返すことにより、アミロース分子が構築されます。 この反応は、デンプン合成酵素によって触媒されます。 アミロペクチンは、既存のグルコース分子鎖間のリンクを偽造して分岐ポリマーを作成するデンプン分岐酵素（SBE）の作用により形成されます。

植物のデンプン生合成の目的は、エネルギーの貯蔵を提供することです。 光合成によって生成されるグルコースは、即時のエネルギーニーズを提供しますが、条件が十分なグルコースの合成を妨げる場合に使用されるエネルギーの余剰分は明確な生存価値を持ちます。 多くの植物が塊茎に大量のデンプンを保存するように進化しました。 例えば、ジャガイモでは、乾燥重量の60〜80％がデンプンで構成されています。 2011年の時点で、特定の食用作物のデンプン生産を増加させる目的で、植物のデンプン生合成に関するかなりの量の研究が進行中です。