人工合成淀粉步骤用化学解释

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精选答案

自然界最常见的淀粉合成方式：光合作用

植物的光合作用分为光反应和暗反应两部分，前者发生在类囊体薄膜上，后者则发生在叶绿体基质内。在光反应阶段，水在光解作用下生成氧气和还原氢，这里的还原氢为暗反应阶段的碳循环提供了还原动力。

重点是暗反应阶段，该过程又可以进一步分为CO2的固定以及C3的还原2个过程。首先，CO2与C5在酶的催化作用下分解成2分子的C3，实现了CO2的固定。接着，生成的C3在还原氢、ATP和酶的作用下生成葡萄糖、水以及C5。反应生成的C5再次参与碳循环，如此反复，源源不断地生成葡萄糖（葡萄糖经聚合之后即形成淀粉）。

人工合成淀粉：从60多步到11步

首先，CO2在电氢还原作用下生成甲醇，再经过碳碳缩合反应生成C3，而C3是一个重要中间体，包括DHA（二羟丙酮）、DHAP（磷酸二羟丙酮）。之后再经过三碳缩合反应就可以生成C6，也就是葡萄糖单体，最后经生物聚合就可以生成淀粉。

人工合成淀粉的技术工艺路线大致为：CO2→C1→FADH→DHA→DHAP→GAP→F-6-P→G-6-P→G-1-P→G→淀粉，整个过程涉及11步重要的生化反应。而在自然条件下，光反应和暗反应涉及的化学反应则有60多步，而且效率较低。

无论是自然合成还是人工合成，其产物都是葡萄糖，在聚合方式上会有所差异。葡萄糖分子如果呈直线聚合，则形成直链淀粉，如果交叉排列，则形成支链淀粉。

其中，直链淀粉包含的葡萄糖单元为几百个，支链淀粉则达几千个，每个分支上含有20~30个葡萄糖单元。在自然界中，玉米、小麦、水稻等天然淀粉中直链淀粉约占20%~60%，支链淀粉在70%以上，不同的农作物，两种淀粉的比例也有所不同。

据中科院天津工业生物所的所长马延和介绍，人工合成的淀粉主要是直链淀粉。当然，我国科学家也有能力加入分支单元，人工合成支链淀粉，和天然的淀粉并无差别。更让人振奋的是，人工合成的淀粉和天然淀粉的核磁结果也是完全相同的！如果能够实现工业化投产，这将对缓解全球粮食危机产生重要影响。