Co to jest biosynteza skrobi?
Skrobia jest rodzajem polimeru znanym jako polisacharyd, który składa się z łańcuchów cząsteczek glukozy i jest syntetyzowany w stosunkowo dużych ilościach przez rośliny. Glukoza jest prostym rodzajem cukru - lub sacharydu - znanym jako monosacharyd. Polisacharydy zbudowane są z wielu połączonych ze sobą jednostek monosacharydów, być może tysięcy. Biosynteza skrobi w roślinach rozpoczyna się od cukrów wytwarzanych w procesie fotosyntezy i obejmuje szereg enzymów lub katalizatorów organicznych.
Rośliny wytwarzają dwa rodzaje skrobi. Amyloza składa się głównie z nierozgałęzionych łańcuchów cząsteczek glukozy lub glukanów, zwykle w liczbie od 1000 do 4400. W amylopektynie łańcuchy są rozgałęzione i zwykle zawierają od 10 000 do 100 000 glukanów. Około 70% skrobi w większości roślin ma postać amylopektyny, ale może się ona nieco różnić w zależności od gatunku. Rośliny przechowują skrobię w postaci granulek w komórkach.
Biosynteza skrobi zachodzi w amyloplastach, a także w pewnym stopniu w chloroplastach. Są to oba rodzaje plastydów - ciała w komórce roślinnej, które spełniają wyspecjalizowane funkcje. Uważa się, że powstały one jako symbiotyczne niebiesko-zielone glony, które zostały włączone do komórek na wczesnym etapie ewolucji roślin. W obrębie tych plastydów cząsteczki skrobi są składane z bloków budulcowych glukozy. Glukoza występuje w postaci związku glukozo-fosforanowego, który jest pośrednim produktem fotosyntezy.
Cząsteczki glukozy mają grupy hydroksylowe (OH) związane z atomami węgla. Jednostki glukozy wiążą się ze sobą, gdy atom wodoru jest usuwany z grupy hydroksylowej na jednej cząsteczce glukozy, a cała grupa hydroksylowa jest usuwana z drugiej, w efekcie usuwając wodę (H2O). Pozostały atom tlenu z jednej cząsteczki wiąże się następnie z atomem węgla, z którego usunięto grupę hydroksylową z drugiej - reakcję można przedstawić jako: R-OH + HO-R → ROR + H20, gdzie R oznacza reszta cząsteczki glukozy. W ten sposób powstają długie łańcuchy cząsteczek glukozy. Ten rodzaj wiązania między cząsteczkami sacharydu jest znany jako wiązanie glikozydowe.
Szczegóły tego procesu są jednak bardziej skomplikowane - w tym wiele enzymów - ale można je streścić w następujący sposób. Proces rozpoczyna się od połączenia glukozo-1-fosforanu z adenozynotrifosforanem (ATP) z wytworzeniem adenozynofosforanu glukozy (ADP-glukozy), katalizowanego przez enzym AGPazę. ADP-glukoza może następnie dodać swoją cząsteczkę glukozy do istniejącej cząsteczki glukozy, tworząc wiązanie glikozydowe, a tym samym, poprzez wiele powtórzeń tego procesu, budując cząsteczkę amylozy. Ta reakcja jest katalizowana przez enzymy syntazy skrobi. Amylopektyna powstaje w wyniku działania enzymów rozgałęziających skrobię (SBE), które tworzą połączenia między istniejącymi łańcuchami cząsteczek glukozy, tworząc rozgałęziony polimer.
Celem biosyntezy skrobi w roślinach jest zapewnienie zapasów energii. Glukoza wytwarzana w procesie fotosyntezy zapewnia natychmiastowe zapotrzebowanie na energię, ale rezerwa energii do wykorzystania, gdy warunki uniemożliwiają syntezę wystarczającej ilości glukozy, ma wyraźną wartość przeżycia. Wiele roślin ewoluowało do przechowywania dużych ilości skrobi w bulwach; na przykład w ziemniakach 60–80% suchej masy składa się ze skrobi. W 2011 r. Prowadzone są znaczne badania nad biosyntezą skrobi w roślinach w celu zwiększenia produkcji skrobi w niektórych uprawach spożywczych.