Co je to škrobová biosyntéza?

Škrob je typ polymeru známý jako polysacharid, který sestává z řetězců molekul glukózy a je syntetizován v relativně velkém množství rostlinami. Glukóza je jednoduchý druh cukru - nebo sacharidu - známý jako monosacharid. Polysacharidy jsou vyrobeny z mnoha monosacharidových jednotek, možná tisíců, spojených dohromady. Biosyntéza škrobu v rostlinách začíná u cukrů produkovaných fotosyntézou a zahrnuje řadu enzymů nebo organických katalyzátorů.

Rostliny produkují dva typy škrobu. Amylóza sestává z převážně nerozvětvených řetězců molekul glukózy nebo glukanů, obvykle v počtu 1 000 až 4 400. V amylopektinu jsou řetězce více rozvětvené a obvykle obsahují mezi 10 000 a 100 000 glukanů. Asi 70% škrobu ve většině rostlin je ve formě amylopektinu, ale to se může mezi různými druhy poněkud lišit. Rostliny ukládají škrob ve formě granulí uvnitř buněk.

Biosyntéza škrobu probíhá v amyloplastech a do jisté míry i v chloroplastech. Jsou to oba typy plastidů - těla v rostlinné buňce, která vykonávají specializované funkce. Předpokládá se, že vznikly jako symbiotické modrozelené řasy, které byly včleněny do buněk v rané fázi vývoje rostlin. V těchto plastidech jsou molekuly škrobu sestaveny z glukózových stavebních bloků. Glukóza je ve formě sloučeniny glukóza-fosfát, která je nepřímým produktem fotosyntézy.

Molekuly glukózy mají hydroxylové (OH) skupiny navázané na atomy uhlíku. Glukózové jednotky se vážou společně, když je atom vodíku odstraněn z hydroxylové skupiny na jedné molekule glukózy a celá hydroxylová skupina je odstraněna z druhé, čímž se odstraní voda (H20). Zbývající atom kyslíku z jedné molekuly se poté váže na atom uhlíku, ze kterého byla odstraněna hydroxylová skupina na druhé straně - reakci lze reprezentovat jako: R-OH + HO-R → ROR + H20, kde R znamená zbytek molekuly glukózy. Tímto způsobem se vytvářejí dlouhé řetězce molekul glukózy. Tento typ vazby mezi sacharidovými molekulami je známý jako glykosidická vazba.

Podrobnosti procesu jsou však komplikovanější než toto - zahrnující řadu enzymů -, ale lze je shrnout následovně. Proces začíná kombinací glukóza-1-fosfátu s adenosintrifosfátem (ATP) za vzniku adenosin difosfátové glukózy (ADP-glukóza), katalyzované enzymem AGPase. ADP-glukóza pak může přidat svou molekulu glukózy k existující molekule glukózy, čímž se vytvoří glykosidická vazba, a tak prostřednictvím mnoha opakování tohoto procesu vytvoří molekulu amylózy. Tato reakce je katalyzována enzymy syntázy škrobu. Amylopektin je tvořen působením enzymů na větvení škrobu (SBE), které vytvářejí vazby mezi stávajícími řetězci molekul glukózy za vzniku větveného polymeru.

Účelem biosyntézy škrobu v rostlinách je poskytnout zásobu energie. Glukóza produkovaná fotosyntézou zajišťuje okamžitou potřebu energie, ale rezerva energie, která má být použita, když podmínky brání syntéze dostatečné glukózy, má jasnou hodnotu přežití. Mnoho rostlin se vyvinulo pro skladování velkého množství škrobu v hlízách; v bramborách například tvoří 60 až 80% sušiny škrob. Od roku 2011 probíhá značné množství výzkumu biosyntézy škrobu v rostlinách s cílem zvýšit produkci škrobu u některých potravinářských plodin.