Was ist Stärkebiosynthese?
Stärke ist ein als Polysaccharid bekannter Polymertyp, der aus Ketten von Glucosemolekülen besteht und von Pflanzen in relativ großen Mengen synthetisiert wird. Glukose ist eine einfache Art von Zucker - oder Saccharid - bekannt als Monosaccharid. Polysaccharide bestehen aus vielen Monosaccharideinheiten, möglicherweise Tausenden, die miteinander verbunden sind. Die Stärkebiosynthese in Pflanzen beginnt mit Zuckern, die durch Photosynthese hergestellt werden, und umfasst eine Reihe von Enzymen oder organischen Katalysatoren.
Zwei Stärketypen werden von Pflanzen produziert. Amylose besteht aus meist unverzweigten Ketten von Glucosemolekülen oder Glucanen, deren Anzahl typischerweise 1.000 bis 4.400 beträgt. In Amylopektin sind die Ketten mehrfach verzweigt und enthalten im Allgemeinen zwischen 10.000 und 100.000 Glucane. Etwa 70% der Stärke in den meisten Pflanzen liegt in Form von Amylopektin vor, dies kann jedoch zwischen verschiedenen Arten etwas variieren. Pflanzen lagern Stärke in Form von Granulaten in Zellen.
Die Stärkebiosynthese findet in Amyloplasten und teilweise auch in Chloroplasten statt. Dies sind beide Arten von Plastiden - Körper in der Pflanzenzelle, die spezielle Funktionen erfüllen. Es wird vermutet, dass sie als symbiotische Blaualgen entstanden sind, die in einem frühen Stadium der Pflanzenentwicklung in die Zellen eingebaut wurden. Innerhalb dieser Plastiden werden Stärkemoleküle aus Glukosebausteinen zusammengesetzt. Die Glucose liegt in Form einer Glucose-Phosphat-Verbindung vor, die ein indirektes Produkt der Photosynthese ist.
Glucosemoleküle weisen Hydroxyl (OH) -Gruppen auf, die an Kohlenstoffatome gebunden sind. Glucoseeinheiten binden zusammen, wenn ein Wasserstoffatom von einer Hydroxylgruppe an einem Glucosemolekül entfernt wird und eine ganze Hydroxylgruppe von einem anderen entfernt wird, wodurch Wasser (H 2 O) entfernt wird. Das verbleibende Sauerstoffatom eines Moleküls bindet dann an das Kohlenstoffatom, von dem die Hydroxylgruppe am anderen entfernt wurde - die Reaktion kann dargestellt werden als: R-OH + HO-R → ROR + H 2 O, wobei R für das steht Rest des Glukosemoleküls. Auf diese Weise werden lange Ketten von Glucosemolekülen aufgebaut. Diese Art der Bindung zwischen Saccharidmolekülen ist als glykosidische Bindung bekannt.
Die Details des Prozesses sind jedoch komplizierter als dies - eine Reihe von Enzymen involvierend - können jedoch wie folgt zusammengefasst werden. Der Prozess beginnt mit der Kombination von Glucose-1-phosphat mit Adenosintriphosphat (ATP) unter Bildung von Adenosindiphosphatglucose (ADP-Glucose), katalysiert durch das Enzym AGPase. ADP-Glucose kann dann sein Glucosemolekül an ein bestehendes Glucosemolekül anlagern, eine glycosidische Bindung eingehen und so durch viele Wiederholungen dieses Prozesses ein Amylosemolekül aufbauen. Diese Reaktion wird durch Stärkesynthaseenzyme katalysiert. Amylopektin entsteht durch die Einwirkung von Stärke-Verzweigungsenzymen (SBEs), die Verbindungen zwischen vorhandenen Ketten von Glucosemolekülen herstellen, um ein verzweigtes Polymer zu bilden.
Der Zweck der Stärkebiosynthese in Pflanzen besteht darin, einen Energiespeicher bereitzustellen. Glukose, die durch Photosynthese hergestellt wird, liefert einen unmittelbaren Energiebedarf, aber eine Energiereserve, die verwendet werden muss, wenn die Bedingungen die Synthese von ausreichend Glukose verhindern, hat einen klaren Überlebenswert. Viele Pflanzen haben sich entwickelt, um große Stärkemengen in Knollen zu lagern. In Kartoffeln bestehen beispielsweise 60-80% des Trockengewichts aus Stärke. Ab 2011 wird in erheblichem Umfang an der Stärkebiosynthese in Pflanzen geforscht, um die Stärkeproduktion bestimmter Nahrungsmittelpflanzen zu steigern.