Tärkkelys on polymeerityyppi, joka tunnetaan polysakkaridina ja joka koostuu glukoosimolekyyliketjuista ja jota kasvit syntetisoivat suhteellisen suurina määrinä. Glukoosi on yksinkertainen sokerityyppi – tai sakkaridi – joka tunnetaan nimellä monosakkaridi. Polysakkaridit on rakennettu monista monosakkaridiyksiköistä, mahdollisesti tuhansista toisiinsa yhdistetyistä. Tärkkelyksen biosynteesi kasveissa alkaa fotosynteesin tuottamista sokereista ja sisältää useita entsyymejä tai orgaanisia katalyyttejä.
Kasvit tuottavat kahdenlaisia tärkkelyksiä. Amyloosi koostuu enimmäkseen haarautumattomista glukoosimolekyyliketjuista tai glukaaneista, tyypillisesti 1,000-4,400. Amylopektiinissä ketjut ovat monihaaraisia ja sisältävät yleensä 10,000 100,000-70 XNUMX glukaania. Noin XNUMX% tärkkelyksestä on useimmissa kasveissa amylopektiinin muodossa, mutta tämä voi vaihdella jonkin verran eri lajien välillä. Kasvit varastoivat tärkkelystä rakeiden muodossa solujen sisällä.
Tärkkelyksen biosynteesi tapahtuu amyloplasteissa ja jossain määrin myös kloroplasteissa. Nämä ovat molemmat plastidityyppejä – kasvisolussa olevia kappaleita, jotka suorittavat erityistoimintoja. Niiden uskotaan olevan peräisin symbioottisista sinilevistä, jotka sisällytettiin soluihin kasvien evoluution varhaisessa vaiheessa. Näissä plastideissa tärkkelysmolekyylit kootaan glukoosin rakennuspalikoista. Glukoosi on glukoosi-fosfaattiyhdisteen muodossa, joka on epäsuora fotosynteesituote.
Glukoosimolekyyleissä on hydroksyyli (OH) -ryhmiä sitoutunut hiiliatomeihin. Glukoosiyksiköt sitoutuvat yhteen, kun vetyatomi poistetaan yhden glukoosimolekyylin hydroksyyliryhmästä ja koko hydroksyyliryhmä poistetaan toisesta, käytännössä poistamalla vesi (H2O). Yhden molekyylin jäljellä oleva happiatomi sitoutuu sitten toiseen hiiliatomiin, josta hydroksyyliryhmä poistettiin-reaktio voidaan esittää seuraavasti: R-OH + HO-R → ROR + H2O, jossa R on loppuosa glukoosimolekyyli. Tällä tavalla muodostuu pitkiä glukoosimolekyyliketjuja. Tämäntyyppinen sidos sakkaridimolekyylien välillä tunnetaan glykosidisidoksena.
Prosessin yksityiskohdat ovat kuitenkin tätä monimutkaisempia – joihin liittyy useita entsyymejä – mutta ne voidaan tiivistää seuraavasti. Prosessi alkaa yhdistämällä glukoosi-1-fosfaatti ja adenosiinitrifosfaatti (ATP), jolloin muodostuu adenosiinidifosfaattiglukoosia (ADP-glukoosi), jota katalysoi AGPaasientsyymi. ADP-glukoosi voi sitten lisätä glukoosimolekyylinsä olemassa olevaan glukoosimolekyyliin muodostaen glykosidisidoksen ja siten monien tämän prosessin toistojen avulla rakentaa amyloosimolekyylin. Tätä reaktiota katalysoivat tärkkelysyntaasientsyymit. Amylopektiini muodostuu tärkkelyksen haarautuvien entsyymien (SBE) vaikutuksesta, jotka muodostavat linkkejä glukoosimolekyylien olemassa olevien ketjujen välillä haarautuneen polymeerin luomiseksi.
Tärkkelyksen biosynteesin tarkoitus kasveissa on tarjota energiavarastoa. Fotosynteesin tuottama glukoosi tarjoaa välittömän energiantarpeen, mutta energiavaranto, jota käytetään silloin, kun olosuhteet estävät riittävän glukoosin synteesin, on selkeä selviytymisarvo. Monet kasvit ovat kehittyneet varastoimaan suuria määriä tärkkelystä mukuloihin; esimerkiksi perunoissa 60-80% kuivapainosta on tärkkelystä. Vuodesta 2011 alkaen on käynnissä huomattava määrä tutkimuksia kasvien tärkkelyksen biosynteesistä joidenkin elintarvikekasvien tärkkelystuotannon lisäämiseksi.