Che cos'è la biosintesi dell'amido?
L'amido è un tipo di polimero noto come polisaccaride che consiste in catene di molecole di glucosio ed è sintetizzato in quantità relativamente grandi dalle piante. Il glucosio è un tipo semplice di zucchero - o saccaride - noto come monosaccaride. I polisaccaridi sono costruiti da molte unità monosaccaridiche, possibilmente migliaia, unite insieme. La biosintesi dell'amido nelle piante inizia con gli zuccheri prodotti dalla fotosintesi e coinvolge numerosi enzimi o catalizzatori organici.
Le piante producono due tipi di amido. L'amilosio è costituito principalmente da catene non ramificate di molecole di glucosio, o glucani, in genere da 1.000 a 4.400 in numero. Nell'amilopectina, le catene sono multi-ramificate e generalmente contengono tra 10.000 e 100.000 glucani. Circa il 70% dell'amido nella maggior parte delle piante è in forma di amilopectina, ma questo può variare leggermente tra le diverse specie. Le piante immagazzinano l'amido sotto forma di granuli all'interno delle cellule.
La biosintesi dell'amido si svolge negli amiloplasti e anche in una certa misura nei cloroplasti. Questi sono entrambi i tipi di plastidi: corpi all'interno della cellula vegetale che svolgono funzioni specializzate. Si pensa che abbiano avuto origine come alghe simbiotiche blu-verdi che sono state incorporate nelle cellule in una fase iniziale dell'evoluzione delle piante. All'interno di questi plastidi, le molecole di amido sono assemblate da blocchi di glucosio. Il glucosio si presenta sotto forma di un composto glucosio-fosfato che è un prodotto indiretto della fotosintesi.
Le molecole di glucosio hanno gruppi idrossilici (OH) legati ad atomi di carbonio. Le unità di glucosio si legano insieme quando un atomo di idrogeno viene rimosso da un gruppo ossidrilico su una molecola di glucosio e un intero gruppo idrossilico viene rimosso da un altro, in effetti rimuovendo l'acqua (H 2 O). L'atomo di ossigeno rimanente da una molecola si lega quindi all'atomo di carbonio da cui è stato rimosso il gruppo ossidrilico dall'altra - la reazione può essere rappresentata come: R-OH + HO-R → ROR + H 2 O, dove R sta per resto della molecola di glucosio. In questo modo si formano lunghe catene di molecole di glucosio. Questo tipo di legame tra molecole di saccaride è noto come legame glicosidico.
I dettagli del processo sono, tuttavia, più complicati di questo - coinvolgono numerosi enzimi - ma possono essere riassunti come segue. Il processo inizia con la combinazione di glucosio-1-fosfato con adenosina trifosfato (ATP) per formare adenosina difosfato glucosio (ADP-glucosio), catalizzato dall'enzima AGPase. Il glucosio ADP può quindi aggiungere la sua molecola di glucosio a una molecola di glucosio esistente, formando un legame glicosidico e quindi, attraverso molte ripetizioni di questo processo, costruendo una molecola di amilosio. Questa reazione è catalizzata dagli enzimi sintasi dell'amido. L'amilopectina è formata dall'azione degli enzimi di ramificazione dell'amido (SBE) che creano collegamenti tra catene esistenti di molecole di glucosio per creare un polimero ramificato.
Lo scopo della biosintesi dell'amido nelle piante è quello di fornire una riserva di energia. Il glucosio, prodotto dalla fotosintesi, fornisce bisogni energetici immediati, ma una riserva di energia da utilizzare quando le condizioni impediscono la sintesi di glucosio sufficiente ha un chiaro valore di sopravvivenza. Molte piante si sono evolute per immagazzinare grandi quantità di amido nei tuberi; nelle patate, ad esempio, il 60-80% del peso secco è costituito da amido. A partire dal 2011, sono in corso numerose ricerche sulla biosintesi dell'amido nelle piante, al fine di aumentare la produzione di amido di talune colture alimentari.