Hvad er stivelsesbiosyntese?

Stivelse er en type polymer kendt som et polysaccharid, der består af kæder af glukosemolekyler og syntetiseres i relativt store mængder af planter.Glukose er en simpel type sukker mdash;eller Saccharide Mdash;kendt som et monosaccharid.Polysaccharider er bygget fra mange monosaccharidenheder, muligvis tusinder, sammen.Stivelsesbiosyntesen i planter begynder med sukker produceret ved fotosyntesen og involverer et antal enzymer eller organiske katalysatorer.

To typer stivelse produceres af planter.Amylose består af for det meste uforgrenede kæder af glukosemolekyler eller glukaner, typisk 1.000 til 4.400 i antal.I amylopectin er kæderne multi-forgrenede og indeholder generelt mellem 10.000 og 100.000 glukaner.Cirka 70% af stivelsen i de fleste planter er i form af amylopectin, men dette kan variere noget mellem forskellige arter.Planter opbevarer stivelse i form af granuler i celler.

Stivelsesbiosyntese finder sted i amyloplaster og også til en vis grad i chloroplaster.Dette er begge typer plastider mdash;Kroppe i plantecellen, der udfører specialiserede funktioner.De menes at have stammer fra som symbiotiske blågrønne alger, der blev inkorporeret i cellerne på et tidligt tidspunkt i planternes udvikling.Inden for disse plastider samles stivelsesmolekyler fra glukosebyggesten.Glukosen kommer i form af en glukose-phosphatforbindelse, der er et indirekte produkt af fotosyntesen.

Molekyler af glukose har hydroxyl (OH) grupper bundet til carbonatomer.Glukoseenheder binder sammen, når et hydrogenatom fjernes fra en hydroxylgruppe på et glukosemolekyle og en hel hydroxylgruppe fjernes fra en anden, hvilket faktisk fjerner vand (H ₂ O).Det resterende iltatom fra det ene molekyle bindinger derefter til det carbonatom, hvorfra hydroxylgruppen blev fjernet på den anden mdash;Reaktionen kan repræsenteres som: r-oh + ho-r rarr;R-O-R + H ₂ O, hvor R står for resten af glukosemolekylet.På denne måde er lange kæder af glukosemolekyler opbygget.Denne type binding mellem saccharidmolekyler er kendt som en glycosidisk binding.

Detaljerne i processen er imidlertid mere komplicerede end dette mdash;involverer et antal enzymer mdash;men kan sammenfattes som følger.Processen starter med kombinationen af glukose-1-phosphat med adenosintriphosphat (ATP) til dannelse af adenosin-diphosphatglukose (ADP-glucose), katalyseret af enzymet AGPase.ADP-glukose kan derefter tilføje sit glukosemolekyle til et eksisterende glukosemolekyle, danne en glycosidbinding og dermed gennem mange gentagelser af denne proces opbygge et amylosemolekyle.Denne reaktion katalyseres af stivelsessyntaseenzymer.Amylopectin dannes ved virkning af stivelsesforgreningsenzymer (SBE'er), der smedforbindelser mellem eksisterende kæder af glukosemolekyler for at skabe en forgrenet polymer.

Formålet med stivelse biosyntesen i planter er at tilvejebringe en energibutik.Glukose, produceret af fotosyntesen, giver øjeblikkelige energibehov, men en reserve af energi, der skal bruges, når forholdene forhindrer syntese af tilstrækkelig glukose, har en klar overlevelsesværdi.Mange planter har udviklet sig til at opbevare store mængder stivelse i knolde;I kartofler, for eksempel, består 60-80% af tørvægten af stivelse.Fra 2011 er der en betydelig mængde forskning i gang i stivelsesbiosyntesen i planter med henblik på at øge stivelsesproduktionen af visse fødevareafgrøder.