植物におけるアミロプラストとデンプン貯蔵

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アミロプラストは、デンプンが合成され、貯蔵される植物細胞に存在するオルガネラです。植物のエネルギー貯蔵システムの一部であることに加えて、これらのオルガネラは、植物が上から下を区別できるようにすることで、植物の発達と成長に不可欠な機能も果たし、根が成長する場所と進むべき道を知ることができます。 . 茎と葉の場所。

アミロプラストは特定の種類のロイコプラストです。これらは、日光にさらされていない組織で一般的に見られるプラスチドのクラスであり、色素がないことを特徴としています。このため、顕微鏡で観察しても色はありません。

アミロプラストは、さまざまな種類の植物や植物組織のさまざまな部分に非常に豊富に存在します。たとえば、それらはジャガイモや他の塊茎に大量に含まれており、多くの果物にも含まれています。

色素体

少し前に述べたように、アミロプラストは色素体の一種です。プラスチドは、細胞の細胞質から内部を分離する二重膜に囲まれたオルガネラのグループです。異なる機能を持ついくつかの異なる種類のプラスチドがありますが、それらはすべていくつかの基本的な特徴を共有しています。

  • 色素体は、植物細胞の細胞質に見られるオルガネラです。
  • すべてのプラスチドは、プロプラスチドと呼ばれる未熟な細胞の一種に由来します。
  • すべてのプラスチドは、外側の膜と 1 つまたは複数の内部コンパートメントを持ち、2 つ目の膜に囲まれています。どちらも細胞膜に似たリン脂質膜です。
  • プラスチドは独自の DNA を持ち、所属する細胞とは無関係に二分裂によって分裂します。

色素体の種類

プロプラスチドは成熟すると、次の 4 種類の異なるプラスチドのいずれかになります。

葉緑体

それらは、光合成によって、二酸化炭素と水からのグルコース生合成が行われる緑色の色素体です。これらのオルガネラは主に植物の葉に見られ、光合成に必要なエネルギーを提供するために太陽光を吸収する緑色の色素であるクロロフィルを含んでいます。

葉緑体は、アミロプラストと同様に色素体の一種です。

色素体

それらは、合成して保存するさまざまな色素から特徴的な色を持つオルガネラであるため、このように呼ばれます. それらは、花、果実、根、およびいくつかの種類の葉の色に責任があります.

ジェロントプラスト

それらは、細胞が死んだときに発生する他のプラスチドの分解の産物に対応しています。

白血球

前述のように、これらは無色の色素体であり、その主な機能は細胞の栄養素を蓄えることです. それらは主に、根や種子胚芽などの光にさらされていない組織 (非光合成組織) に見られます。

貯蔵する栄養素の種類に応じて、4 種類のロイコプラストがあります。一部はエライオプラストと呼ばれ、脂肪酸 (脂質または植物油) を合成して貯蔵します。エチオプラストと呼ばれる他のものは、クロロフィル前駆体を合成して保存し、光にさらされると葉緑体に発達する可能性があります。ロイコプラストの 3 番目のタイプは、プロテインプラストと呼ばれ、その名前が示すようにタンパク質を貯蔵します。最後に、アミロプラストはデンプンを合成して貯蔵します。

アミロプラストにおけるデンプンの合成と貯蔵

デンプンは、葉緑体とアミロプラストの両方で、グルコース分子の重合によって合成されます。この貯蔵化合物は、1 種類の糖 (この場合はグルコース分子) のみで構成されるポリマーであるため、ホモ多糖として分類されます。

植物は、光合成が植物が必要とするよりも多くのグルコースを生成する強烈な光の期間中に生成された過剰なグルコースを貯蔵する方法としてデンプンを使用します. 保存場所にもよりますが、このデンプンは、植物が暗闇の中にいるとき、または光合成が実行できない状況で、代替エネルギー源として植物によって使用されます.

葉緑体に蓄えられたデンプンは一過性のものであり、植物が十分な日光を受けていないときにブドウ糖の迅速な供給源となります. 代わりに、アミロプラストで合成されたデンプンは長期間保存されます。種子が発芽しようとしているときなど、特定の状況でのみ使用される予備です。

アミロースとアミロペクチン

デンプンは、アミロースとアミロペクチンの 2 つの特徴的な形態のいずれかで発生する可能性があり、どちらもアミロプラストによって合成および保存されます。

アミロースは、α1-4 グリコシド結合(1 つのグルコース分子の炭素 1 を次の炭素 4 に結合)によって互いに結合されたグルコース分子の直鎖 (非分岐) 鎖で構成されます。

一方、アミロペクチンはデンプンの枝分かれした形です。この場合、α1-4 グリコシド結合を持つグルコース分子によって形成される長鎖は、炭素 6 を介して他の鎖と結合し、α1-6 グリコシド結合を形成します。

アミロプラストでのデンプンの合成と貯蔵は、人間にとって特に重要です。なぜなら、私たちが消費する炭水化物の多くは、この予備の多糖類に由来するからです。実際、唾液にはアミロースとアミロペクチンのα1-4グリコシド結合を分解するα-アミラーゼと呼ばれる酵素が含まれているため、アミロースは私たちが食べると最初に代謝され始める栄養素の1つです. α1-6結合は後で分解されます。

アミロプラストの内部コンパートメントへの保存

成熟すると、アミロプラストは膜に囲まれた内部コンパートメントを形成し、その中にデンプンを顆粒の形で保存します。これらの顆粒の数とサイズは、植物種と関与する特定の組織の両方に依存します。一部の細胞には、いくつかの内部顆粒を含むアミロプラストが含まれていますが、他の細胞には単一の大きな球形の顆粒が含まれています。

顆粒は、アミロースとアミロペクチンの高度に規則的な組み合わせで構成されており、顆粒のサイズは主に植物が貯蔵するデンプンの量によって決まります. 場合によっては、顆粒が非常にコンパクトで高密度になり、それらを含むアミロプラストが懸濁しているサイトゾルよりも高密度になります。この密度の違いは、以下に示すように、茎と根の成長方向に関連する重要な意味を持ちます.

アミロプラストと重力屈性

冒頭で述べたように、アミロプラストはデンプンの合成と貯蔵に関与するだけでなく、植物が重力を感知する方法にも重要な役割を果たします。これにより、植物は根が下を向き、新芽が上を向く正しい方向に成長します。重力を感知し、それに平行して成長するこの能力は、重力屈性と呼ばれます。

アミロプラストと重力屈性

シュートと根の組織は反対方向に成長しなければならないため、重力屈性は異なる組織タイプで異なる方法で発生します。茎では、重力屈性はシュートの内胚葉細胞に現れ、それらを重力と反対方向に成長させます(負の重力屈性)が、根では、各根の先端に現れ、それらを下向きに成長させます. . 、同じ重力方向 (正の重力屈性)。

これらの組織にはスタトサイト (重力を感知する特殊な細胞) が含まれており、スタトライトと呼ばれる特別なクラスのアミロプラストが含まれています。これらのスタトリスは、非常にコンパクトで高密度のデンプン顆粒を蓄積することを特徴としており、(スタトサイトに対して)サイトゾルよりも密度が高くなります。この密度の違いにより、これらのアミロプラストは常に下方に移動する傾向があり、その向きに関係なく、細胞の底に蓄積します。

重力屈性のアミロプラスト媒介メカニズム

細胞を動かしたり回転させたりすると、アミロプラストは底になくなり、密度が高くなった新しい底に向かって沈降し始めます。その途中で小胞体と接触し、小胞体からのカルシウムの放出や、小胞体の底部での IAA (オーキシン) と呼ばれるホルモンの放出を含む一連のプロセスを引き起こします。網状細胞。

このプロセスは、茎と根の両方で同じです。ただし、IAA ホルモンの効果はどちらの場合も逆です。茎芽では、 IAA ホルモンが細胞の伸長と成長を刺激する効果がありますしたがって、スタトサイトの下にある細胞が刺激され、伸長および再生し、芽を上方に押し上げます。

根の細胞では、ホルモンの効果は正反対です。これらの細胞の IAA は、成長を刺激するのではなく、成長を阻害します。したがって、スタトサイトの下の細胞 (および IAA ホルモン放出を受ける細胞) は成長せず、その上にある細胞は正常に成長し、根の先端を下に押します。

アミロプラストでのデンプンの合成と貯蔵のプロセスの詳細、およびまだ解明されていない重力屈性があります。しかし、アミロプラストが非常に重要なオルガネラであることは明らかです。

参考文献

ネルソン、D.L.、コックス、M.M. (2013)。Lehninger-生化学の原則。(第6版)。818-821。W. H. フリーマン アンド カンパニー。ニューヨーク

Clark, MA, Choi, J. & Douglas, M. (2018). 生物学 2e . 938-939。OpenStax。ヒューストン。https://openstax.org/details/books/biology-2eで入手可能

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Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

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