Pati adalah jenis polimer yang dikenal sebagai polisakarida yang terdiri dari rantai molekul glukosa dan disintesis dalam jumlah yang relatif besar oleh tanaman. Glukosa adalah jenis gula sederhana – atau sakarida – yang dikenal sebagai monosakarida. Polisakarida dibangun dari banyak unit monosakarida, mungkin ribuan, bergabung bersama. Biosintesis pati pada tanaman dimulai dengan gula yang dihasilkan oleh fotosintesis dan melibatkan sejumlah enzim, atau katalis organik.
Dua jenis pati diproduksi oleh tanaman. Amilosa terdiri dari sebagian besar rantai molekul glukosa yang tidak bercabang, atau glukan, biasanya berjumlah 1,000 hingga 4,400. Dalam amilopektin, rantainya bercabang banyak dan umumnya mengandung antara 10,000 dan 100,000 glukan. Sekitar 70% dari pati di sebagian besar tanaman dalam bentuk amilopektin, tetapi ini dapat sedikit berbeda antara spesies yang berbeda. Tumbuhan menyimpan pati dalam bentuk butiran di dalam sel.
Biosintesis pati terjadi di amiloplas dan juga sampai batas tertentu di kloroplas. Ini adalah kedua jenis plastida – tubuh di dalam sel tumbuhan yang melakukan fungsi khusus. Mereka dianggap berasal sebagai ganggang biru-hijau simbiosis yang dimasukkan ke dalam sel pada tahap awal evolusi tanaman. Di dalam plastida ini, molekul pati dirakit dari blok pembangun glukosa. Glukosa datang dalam bentuk senyawa glukosa-fosfat yang merupakan produk tidak langsung dari fotosintesis.
Molekul glukosa memiliki gugus hidroksil (OH) yang terikat pada atom karbon. Unit glukosa mengikat bersama-sama ketika atom hidrogen dikeluarkan dari gugus hidroksil pada satu molekul glukosa dan seluruh gugus hidroksil dikeluarkan dari yang lain, yang pada dasarnya menghilangkan air (H2O). Atom oksigen yang tersisa dari satu molekul kemudian berikatan dengan atom karbon dari mana gugus hidroksil dihilangkan pada molekul lainnya — reaksi dapat direpresentasikan sebagai: R-OH + HO-R → ROR + H2O, di mana R adalah singkatan dari molekul glukosa. Dengan cara ini, rantai panjang molekul glukosa dibangun. Jenis ikatan antara molekul sakarida ini dikenal sebagai ikatan glikosidik.
Namun, detail prosesnya lebih rumit dari ini — melibatkan sejumlah enzim — tetapi dapat diringkas sebagai berikut. Proses dimulai dengan penggabungan glukosa-1-fosfat dengan adenosin trifosfat (ATP) untuk membentuk glukosa adenosin difosfat (ADP-glukosa), dikatalisis oleh enzim AGPase. ADP-glukosa kemudian dapat menambahkan molekul glukosanya ke molekul glukosa yang ada, membentuk ikatan glikosidik dan dengan demikian, melalui banyak pengulangan proses ini, membangun molekul amilosa. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim pati sintase. Amilopektin dibentuk oleh aksi enzim percabangan pati (starch branching enzyme/SBEs) yang menjalin hubungan antara rantai molekul glukosa yang ada untuk membuat polimer bercabang.
Tujuan biosintesis pati pada tumbuhan adalah untuk menyediakan simpanan energi. Glukosa, yang dihasilkan oleh fotosintesis, menyediakan kebutuhan energi segera, tetapi cadangan energi yang akan digunakan ketika kondisi mencegah sintesis glukosa yang cukup memiliki nilai kelangsungan hidup yang jelas. Banyak tanaman telah berevolusi untuk menyimpan sejumlah besar pati dalam umbi-umbian; pada kentang, misalnya, 60-80% dari berat keringnya terdiri dari pati. Pada 2011, ada cukup banyak penelitian yang sedang berlangsung tentang biosintesis pati pada tanaman, dengan tujuan untuk meningkatkan produksi pati tanaman pangan tertentu.