Stärkelse är en typ av polymer känd som en polysackarid som består av kedjor av glukosmolekyler och syntetiseras i relativt stora mängder av växter. Glukos är en enkel typ av socker – eller sackarid – känd som en monosackarid. Polysackarider är uppbyggda av många monosackaridenheter, möjligen tusentals, sammanfogade. Stärkelsebiosyntes i växter börjar med sockerarter som produceras genom fotosyntes och involverar ett antal enzymer, eller organiska katalysatorer.
Två typer av stärkelse produceras av växter. Amylos består av mestadels ogrenade kedjor av glukosmolekyler, eller glukaner, vanligtvis 1,000 4,400 till 10,000 100,000 till antalet. I amylopektin är kedjorna flergrenade och innehåller vanligtvis mellan 70 XNUMX och XNUMX XNUMX glukaner. Cirka XNUMX % av stärkelsen i de flesta växter är i form av amylopektin, men detta kan variera något mellan olika arter. Växter lagrar stärkelse i form av granulat i celler.
Stärkelsebiosyntes 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 av växternas utveckling. Inom dessa plastider är stärkelsemolekyler sammansatta av glukosbyggstenar. Glukosen kommer i form av en glukos-fosfatförening som är en indirekt produkt av 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, vilket i själva verket tar bort vatten (H2O). 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 + H2O, där R står för resten av glukosmolekylen. På så sätt byggs långa kedjor av glukosmolekyler upp. Denna typ av bindning mellan sackaridmolekyler är känd som en glykosidbindning.
Detaljerna i processen är dock mer komplicerade än så – involverar 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 sin glukosmolekyl till en befintlig glukosmolekyl, bilda en glykosidbindning och därmed, genom många upprepningar av denna process, bygga upp en amylosmolekyl. Denna reaktion katalyseras av stärkelsesyntasenzymer. Amylopektin bildas genom verkan av stärkelseförgrenande enzymer (SBE) som skapar länkar mellan befintliga kedjor av glukosmolekyler för att skapa en grenad polymer.
Syftet med stärkelsebiosyntes i växter är att tillhandahålla ett förråd av energi. Glukos, som produceras genom fotosyntes, ger ett omedelbart energibehov, men en reserv av energi som ska användas när förhållanden förhindrar syntesen av tillräckligt med glukos har ett tydligt överlevnadsvärde. Många växter har utvecklats för att lagra stora mängder stärkelse i knölar; i exempelvis potatis består 60-80 % av torrvikten av stärkelse. Från och med 2011 pågår en betydande mängd forskning kring stärkelsebiosyntes i växter, i syfte att öka stärkelseproduktionen av vissa livsmedelsgrödor.