Qu'est-ce que la biosynthèse de l'amidon?
L'amidon est un type de polymère appelé polysaccharide constitué de chaînes de molécules de glucose et synthétisé en quantités relativement importantes par les plantes. Le glucose est un type simple de sucre, ou saccharide, appelé monosaccharide. Les polysaccharides sont construits à partir de nombreuses unités monosaccharidiques, éventuellement des milliers, réunies. La biosynthèse de l'amidon chez les plantes commence par les sucres produits par la photosynthèse et implique un certain nombre d'enzymes, ou catalyseurs organiques.
Deux types d'amidon sont produits par les plantes. L'amylose se compose principalement de chaînes non ramifiées de molécules de glucose, ou glucanes, généralement de 1 000 à 4 400. Dans l'amylopectine, les chaînes sont multi-ramifiées et contiennent généralement entre 10 000 et 100 000 glucanes. Environ 70% de l’amidon dans la plupart des plantes se trouve sous la forme d’amylopectine, mais cela peut varier quelque peu entre les différentes espèces. Les plantes stockent l'amidon sous forme de granulés dans les cellules.
La biosynthèse de l'amidon a lieu dans les amyloplastes et, dans une certaine mesure, dans les chloroplastes. Ce sont les deux types de plastides - des corps dans la cellule végétale qui remplissent des fonctions spécialisées. On pense que ces algues sont à l'origine d'algues bleu-vert symbiotiques qui ont été incorporées dans les cellules à un stade précoce de l'évolution des plantes. Au sein de ces plastides, les molécules d’amidon sont assemblées à partir d’éléments constitutifs du glucose. Le glucose se présente sous la forme d’un composé glucose-phosphate, produit indirect de la photosynthèse.
Les molécules de glucose ont des groupes hydroxyle (OH) liés à des atomes de carbone. Les unités de glucose se lient quand un atome d'hydrogène est éliminé d'un groupe hydroxyle d'une molécule de glucose et qu'un groupe hydroxyle entier est éliminé d'une autre molécule, ce qui élimine en fait l'eau (H 2 O). L'atome d'oxygène restant d'une molécule se lie alors à l'atome de carbone duquel le groupe hydroxyle a été éliminé de l'autre - la réaction peut être représentée par: R-OH + HO-R → ROR + H 2 O, où R représente le reste de la molécule de glucose. De cette manière, de longues chaînes de molécules de glucose se forment. Ce type de liaison entre les molécules de saccharide est appelé liaison glycosidique.
Les détails du processus sont cependant plus compliqués que cela - impliquant un certain nombre d'enzymes - mais peuvent être résumés comme suit. Le processus commence par la combinaison du glucose-1-phosphate avec de l'adénosine triphosphate (ATP) pour former du glucose adénosine diphosphate (ADP-glucose), catalysée par l'enzyme AGPase. ADP-glucose peut ensuite ajouter sa molécule de glucose à une molécule de glucose existante, en formant un lien glycosidique et ainsi, par le biais de nombreuses répétitions de ce processus, constituer une molécule d'amylose. Cette réaction est catalysée par les enzymes d'amidon synthase. L'amylopectine est formée par l'action des enzymes de ramification de l'amidon (SBE) qui créent des liens entre les chaînes existantes des molécules de glucose afin de créer un polymère ramifié.
La biosynthèse de l'amidon chez les plantes a pour but de constituer une réserve d'énergie. Le glucose, produit par la photosynthèse, répond aux besoins énergétiques immédiats, mais une réserve d’énergie à utiliser lorsque les conditions empêchent la synthèse d’un glucose suffisant a une valeur de survie évidente. De nombreuses plantes ont évolué pour stocker de grandes quantités d’amidon dans les tubercules; dans les pommes de terre, par exemple, 60 à 80% du poids sec est constitué d’amidon. Depuis 2011, de nombreuses recherches sont en cours sur la biosynthèse de l'amidon chez les plantes afin d'accroître la production d'amidon de certaines cultures vivrières.