科学杂志中国人工淀粉合成

近期，中国科学院天津工业生物技术研究所马延和团队在美国《科学》杂志在线发表题为《从二氧化碳用无细胞化学酶合成淀粉》的文章。 这是继1965年我国人工合成牛胰岛素和1982年人工合成酵母丙氨酸转移核糖核酸之后，在合成生物学领域又一重大研究成果。蛋白质、核酸和多糖是生物体内重要的、不可或缺的三大类生物大分子。人工合成淀粉成功，也实现了我国人工合成三类生物大分子的“大满贯”。而且，与牛胰岛素和酵母丙氨酸转移核糖核酸人工合成不同的是，这次淀粉的人工合成是真正意义上的“从头合成”，是最简单的无机化合物二氧化碳和氢，合成生物大分子淀粉。 此项研究被认为是不依赖植物光合作用，直接人工合成淀粉。其实，在植物中光合作用与淀粉的合成似乎没有任何直接关联。光合作用是植物固定二氧化碳的过程，是通过光能的利用，使1个五碳糖和二氧化碳反应，形成2个三碳化合物。而淀粉的合成则是葡萄糖和腺苷三磷酸（ATP）反应而活化，进而合成淀粉。如果将这两者关联起来，则一定变成一个极其复杂的过程。确切地说，此项研究是不通过光合作用，将二氧化碳转变成有机物。 此项研究使用的人工合成过程包含了11步反应，大致可以分为四个阶段：一碳化合物的合成和转化；三碳化合物及其衍生物的合成和转化；己糖衍生物的合成和转化；活化前体制备和淀粉的合成。整个过程中仅第一步，二氧化碳和氢合成甲醇是用化学催化剂，其他10步反应，全是酶催化反应。这是基于对有关的反应过程，特别是淀粉的生物合成全过程的透彻了解。不仅知晓相关酶的性质及其分子结构，同时由于基因工程技术的成熟和掌握，还人工地得到这些酶。这些酶的利用极大地提高了反应的效率。就我们所知，迄今全化学合成的寡糖中单糖残基的数目仅10余个，而淀粉中葡萄糖残体的数目超过100个。此项研究的合成过程避免了全化学合成的多种困难和麻烦。 此项研究的结果明确地告诉人们，人工合成淀粉成功了。为此，似乎看到了通过人工合成有可能解决粮食短缺的问题。然而，要将这种希冀转为现实，似乎还有很长的路要走。首先，能量守恒是自然界的重要法则。既然淀粉可以供应能量，因此，合成淀粉时需要外界提供能量。在11步反应中有3个反应需要ATP。而和植物的光合作用固定二氧化碳所需非能量是来自自然界的光能。其次，在11步反应中，需要10个工程用酶，ATP的再生还需要一个激酶。这些工程酶的成本是多少？目前生物医药产业生产的多数是合成的、为人类所用的有机化合物，主要是药物类。药物使用量是毫克级，而且不是所有人都需要使用的，价格也普遍较高。而作为粮食的淀粉，是人们天天都需要的，而且是以斤（500克）作为计量单位的。即便人工合成淀粉能批量生产上市，食用人工合成淀粉的成本是多少？或许是普通人难以承受的。 人工合成淀粉用作粮食，也许目前还不太现实。但是，此项研究中的前两个合成阶段，还是有应用价值的。因为很多化工原料是一些二碳和三碳化合物。而目前这些化工原料，不少是用粮食——淀粉生产的。因此，如果前两个阶段的反应成本是许可的，似乎可以通过替代节约不少粮食。同时，如果将前两个阶段的反应加以拓展，也许可以得到更多不同类型的二碳和三碳化合物，并用作化工原料。

获得的可能性很小。

突破和技术。

一般来说，在生物学论文中，这两个词的意思是，1还有很多其他需要突破的技术，2距离实际应用遥遥无期。

以当前中国乃至世界的生物科学水平来说，寄希望于化工方式合成淀粉的可能性更大一些，类似于生产尿素。

在生物工程方面，在我有生之年，只要能见到碳4转基因作物实现就行了，生工方式合成淀粉，这步子太大了，蛋不够用。

第一，无机物合成有机物不是什么新鲜事，1828年维勒就用无机物合成了尿素，而今天，先用工业方法将无机物转化为甲醛，再用Kiliani氰化增碳法之类的合成葡萄糖的方法也已经相对成熟了。

第二，这个合成方法，快是快，但贵也应该是真贵，短期内应该没办法大规模推广。

总结：

这个技术主要难点是如何廉价生产大量的氢气，以及如何大规模储存氢气，目前主要是光伏发电电解水制氢，用的电是太阳能风能的弃电，是解决风能以及太阳能发电不稳定的问题，是把氢当成储能介质的。

这个东西本质跟甲醇制造淀粉不存在很大的技术相关性。也就是前者对后者工艺进步，不存在什么影响，后来的进步对前者工艺进步同样不存在多大的联系。

中国科学家人工合成淀粉不能得诺奖，诺贝尔奖主要会关注基础科学，而不是一项技术的突破。

人工合成淀粉，是中国科学家历时6年多科研攻关，继上世纪60年代在世界上首次完成人工合成结晶牛胰岛素之后，又在人工合成淀粉方面取得重大颠覆性、原创性突破——国际上首次在实验室实现二氧化碳到淀粉的从头合成。

中国从二氧化碳人工合成淀粉被国际学术界认为是影响世界的重大颠覆性技术，这一成果2021年9月24日在国际学术期刊《科学》发表。

二氧化碳合成淀粉：

所谓“二氧化碳合成淀粉”，顾名思义就是不用光合作用，以二氧化碳为原料生成淀粉。二氧化碳合成淀粉技术就是甩开绿色植物，直接从二氧化碳生成了淀粉。

这意味着我们所需要的淀粉，未来不再需要种植农作物，而是通过生产车间就能制造出来。举一个例子：玉米生长期为4个月，也就是说从播种到收获需要4个月时间。而合成玉米淀粉，不到一个月就能完成，效率大大提高。