主な違い – デンプン vs セルロース vs グリコーゲン
デンプン、セルロース、グリコーゲンは、生きた細胞の中に存在する3種類の高分子炭水化物です。
独立栄養生物は光合成の際に単糖であるグルコースを生産する。
これらの高分子炭水化物であるデンプン、セルロース、グリコーゲンは、いずれもグルコースのモノマーユニットが異なる種類のグリコシド結合で結合したものです。
これらは、化学的エネルギー源であると同時に、細胞の構造成分としての役割を担っている。
デンプン、セルロース、グリコーゲンの主な違いは、デンプンが植物の主な貯蔵炭水化物源であるのに対し、セルロースは植物の細胞壁の主な構造成分、グリコーゲンは菌類と動物の主な貯蔵炭水化物エネルギー源であることです。
この記事では、以下のことを探ります。
- デンプンとは
– 構造・性質・由来・機能 - セルロースとは
– 構造、性質、原料、機能 - グリコーゲンとは
– 構造・性質・由来・機能 - デンプン、セルロース、グリコーゲンの違いとは？
スターチとは
でんぷんは、緑色植物が主なエネルギー貯蔵物質として合成する多糖類です。
グルコースは光合成生物によって単純な有機化合物として生成される。
油脂やデンプンなどの不溶性物質に変換され貯蔵される。
でんぷんのような不溶性の貯蔵物質は、細胞内の水ポテンシャルに影響を与えない。
貯蔵場所から移動しないこともあります。
植物では、グルコースとデンプンはセルロースのような構造成分に変換される。
また、細胞構造の成長と修復に必要なタンパク質にも変換される。
植物は、果物、ジャガイモなどの塊茎、米、小麦、トウモロコシ、キャッサバなどの種子のような主食にグルコースを貯蔵しています。
デンプンはアミロプラストと呼ばれる粒の中に存在し、半結晶構造に配列しています。
デンプンはアミロースとアミロペクチンという2種類のポリマーから構成されています。
アミロースは直鎖状でらせん状の鎖ですが、アミロペクチンは分岐した鎖です。
植物に含まれるデンプンの約25％がアミロースで、残りはアミロペクチンです。
グルコース1-リン酸はまずADP-グルコースに変換される。
次にADP-グルコースは、デンプン合成酵素によって1,4-αグリコシド結合を介して重合される。
この重合により、線状高分子であるアミロースが形成される。
澱粉枝切り酵素により1,6-αグリコシド結合が鎖に導入され、アミロペクチンが生成される。
図1に米の澱粉粒を示す。
セルロースとは
セルロースは、グルコースが数百から数千単位で結合した多糖類です。
植物の細胞壁の主成分です。
多くの藻類や真菌類もセルロースを用いて細胞壁を形成している。
セルロースは、グルコース分子間に1,4-βグリコシド結合が形成された直鎖高分子です。
また、1本の鎖の複数の水酸基の間には、隣接する鎖との間に水素結合が形成される。
これにより、2本の鎖は強固に結合している。
同様に、セルロース繊維の形成には、複数のセルロース鎖が関与している。
図2に、3本のセルロース鎖からなるセルロースファイバーを示す。
セルロース鎖間の水素結合は水色の線で示した。
グリコーゲンとは
グリコーゲンは、動物や菌類の貯蔵多糖類です。
動物ではデンプンの類似物質です。
グリコーゲンはアミロペクチンに構造的に似ているが、アミロペクチンより高度に分岐している。
1,4-αグリコシド結合を介して直鎖を形成し、1,6-αグリコシド結合を介して分岐が起こる。
分岐は鎖中のグルコース分子8〜12個ごとに起こる。
その顆粒は細胞の細胞質内に存在する。
肝臓の細胞も、筋肉細胞と同様に、ヒトではグリコーゲンを貯蔵している。
必要なときに、グリコーゲンはグリコーゲンホスホリラーゼによってグルコースに分解される。
このプロセスはグリコーゲン分解と呼ばれる。
グリコーゲン分解を促進するホルモンがグルコゴンです。
図3にグリコーゲンの1,4-αグリコシド結合と1,6-αグリコシド結合を示す。
図3: グリコーゲンの結合様式
デンプンセルロースとグリコーゲンの違い
定義
デンプン。
デンプンは、植物の主な貯蔵炭水化物源です。
セルロース。
セルロースは、植物の細胞壁の主要な構造成分です。
グリコーゲン。
グリコーゲンは、菌類や動物の主な貯蔵炭水化物エネルギー源です。
モノマー
澱粉のことです。
デンプンのモノマーはα-グルコースです。
セルロース セルロースの単量体はβ-グルコースです。
グリコーゲン。
グリコーゲンの単量体はα-グルコースです。
モノマー間の結合
デンプン アミロースの1,4グリコシド結合、アミロペクチンの1,4および1,6グリコシド結合は、デンプンの単量体間で生じる。
セルロース セルロースのモノマー間には、1,4個のグリコシド結合が存在する。
グリコーゲン：グリコーゲンのモノマー間に1,4および1,6グリコシド結合が存在する。
連鎖の性質
デンプン。
アミロースは分岐していないコイル状の鎖、アミロペクチンは長い分岐した鎖で、その一部がコイル状になっている。
セルロース セルロースは分岐していない直鎖の長鎖で、隣接する鎖とH結合を形成している。
グリコーゲン グリコーゲンは短く、多くの枝分かれした鎖で、そのうちのいくつかはコイル状になっている。
分子式
デンプン でんぷんの分子式は(C6H10O5)n
セルロース セルロースの分子式は(C6H10O5)nです。
グリコーゲン。
グリコーゲンの分子式は、C24H42O21です。
モル質量
デンプン でんぷんのモル質量は変動します。
セルロース。
セルロースのモル質量は162.1406g/molです。
グリコーゲン。
グリコーゲンのモル質量は666.5777g/molです。
で見つかりました。
でんぷん。
澱粉は植物に含まれる。
セルロース。
セルロースは植物に含まれる。
グリコーゲン。
グリコーゲンは、動物や菌類に含まれる。
機能
デンプン。
でんぷんは、炭水化物のエネルギー貯蔵の役割を果たす。
セルロース セルロースは、細胞壁のような細胞構造の構築に関与している。
グリコーゲン グリコーゲンは、炭水化物のエネルギー貯蔵物質として機能する。
発生状況
デンプン。
デンプンは穀物中に含まれる。
セルロース。
セルロースは繊維に含まれる。
グリコーゲン。
グリコーゲンは小さな粒状で存在する。
結論
デンプン、セルロース、グリコーゲンは、生物に含まれる多糖類です。
でんぷんは植物に含まれ、炭水化物の主要な貯蔵形態です。
でんぷんは直鎖状のものをアミロース、分岐したものをアミロペクチンと呼びます。
グリコーゲンはアミロペクチンに似ているが、高度に枝分かれしている。
動物や菌類の主要な炭水化物貯蔵形態です。
セルロースは直鎖状の多糖類で、複数のセルロース鎖の間で水素結合を形成し、繊維状構造を形成している。
植物、一部の藻類、菌類の細胞壁の主成分です。
このように、デンプンセルロースとグリコーゲンの主な違いは、それぞれの生物における役割の違いです。
参考までに。
1. Berg, Jeremy M. “複合糖質は単糖の結合で形成される”. 生化学(Biochemistry). 第5版。
