Vad är stärkelsebiosyntes?
Stärkelse är en typ av polymer känd som en polysackarid som består av kedjor av glukosmolekyler och som syntetiseras i relativt stora mängder av växter. Glukos är en enkel typ av socker - eller sackarid - känd som en monosackarid. Polysackarider är byggda från många monosackaridenheter, eventuellt tusentals, sammanfogade. Stärkelsesbiosyntes i växter börjar med socker som produceras genom fotosyntes och involverar ett antal enzymer eller organiska katalysatorer.
Två typer av stärkelse produceras av växter. Amylos består av mestadels oförgrenade kedjor av glukosmolekyler eller glukaner, vanligtvis 1 000 till 4 400 i antal. I amylopektin är kedjorna grenade och innehåller i allmänhet mellan 10 000 och 100 000 glukaner. Cirka 70% av stärkelsen i de flesta växter är i form av amylopektin, men det kan variera något mellan olika arter. Växter lagrar stärkelse i form av granuler i celler.
Stärkelsesbiosyntes sker i amyloplaster och även till viss del i kloroplaster. Dessa är båda typerna av plastider - kroppar i växtcellen som utför specialiserade funktioner. De tros ha sitt ursprung som symbiotiska blågröna alger som införlivades i cellerna i ett tidigt skede i växternas utveckling. Inom dessa plastider monteras stärkelsemolekyler från glukosbyggnadsstenar. Glukosen kommer i form av en glukos-fosfatförening som är en indirekt produkt från fotosyntes.
Molekyler av glukos har hydroxylgrupper (OH) bundna till kolatomer. Glukosenheter binder samman när en väteatom avlägsnas från en hydroxylgrupp på en glukosmolekyl och en hel hydroxylgrupp avlägsnas från en annan, i själva verket avlägsnar vatten (H20). Den återstående syreatomen från en molekyl binder sedan till kolatomen från vilken hydroxylgruppen avlägsnades på den andra - reaktionen kan representeras som: R-OH + HO-R → ROR + H20, där R står för resten av glukosmolekylen. På detta sätt byggs långa kedjor av glukosmolekyler upp. Denna typ av bindning mellan sackaridmolekyler är känd som en glykosidbindning.
Detaljerna i processen är emellertid mer komplicerade än detta - med ett antal enzymer - men kan sammanfattas enligt följande. Processen börjar med att kombinera glukos-1-fosfat med adenosintrifosfat (ATP) för att bilda adenosindifosfatglukos (ADP-glukos), katalyserad av enzymet AGPas. ADP-glukos kan sedan lägga till dess glukosmolekyl till en befintlig glukosmolekyl och bilda en glykosidbindning och därmed genom många upprepningar av denna process bygga upp en amylosmolekyl. Denna reaktion katalyseras av stärkelsyntes-enzymer. Amylopektin bildas genom verkan av stärkelseforgrenande enzymer (SBE) som bildar länkar mellan befintliga kedjor av glukosmolekyler för att skapa en grenad polymer.
Syftet med stärkelsesbiosyntes i växter är att tillhandahålla en energilagring. Glukos, producerad genom fotosyntes, ger omedelbara energibehov, men en energireserv som ska användas när förhållandena förhindrar syntesen av tillräckligt med glukos har ett klart överlevnadsvärde. Många växter har utvecklats för att lagra stora mängder stärkelse i knölar; i potatis, till exempel, består 60-80% av torrvikten av stärkelse. Från och med 2011 pågår en betydande mängd forskning om biosyntes av stärkelse i växter i syfte att öka stärkelseproduktionen för vissa livsmedelsgrödor.