L’amido è un tipo di polimero noto come polisaccaride costituito da catene di molecole di glucosio ed è sintetizzato in quantità relativamente grandi dalle piante. Il glucosio è un semplice tipo di zucchero, o saccaride, noto come monosaccaride. I polisaccaridi sono costituiti da molte unità di monosaccaridi, forse migliaia, unite insieme. La biosintesi dell’amido nelle piante inizia con gli zuccheri prodotti dalla fotosintesi e coinvolge un numero di enzimi o catalizzatori organici.
Due tipi di amido sono prodotti dalle piante. L’amilosio è costituito da catene per lo più non ramificate di molecole di glucosio, o glucani, tipicamente in numero da 1,000 a 4,400. Nell’amilopectina, le catene sono multi-ramificate e generalmente contengono tra 10,000 e 100,000 glucani. Circa il 70% dell’amido nella maggior parte delle piante è sotto forma di amilopectina, ma questo può variare leggermente tra le diverse specie. Le piante immagazzinano l’amido sotto forma di granuli all’interno delle cellule.
La biosintesi dell’amido avviene negli amiloplasti e, in una certa misura, anche nei cloroplasti. Questi sono entrambi i tipi di plastidi: corpi all’interno della cellula vegetale che svolgono funzioni specializzate. Si pensa che abbiano avuto origine come alghe blu-verdi simbiotiche che sono state incorporate nelle cellule in una fase iniziale dell’evoluzione delle piante. All’interno di questi plastidi, le molecole di amido sono assemblate da blocchi di glucosio. Il glucosio si presenta sotto forma di un composto glucosio-fosfato che è un prodotto indiretto della fotosintesi.
Le molecole di glucosio hanno gruppi ossidrile (OH) legati ad atomi di carbonio. Le unità di glucosio si legano insieme quando un atomo di idrogeno viene rimosso da un gruppo ossidrile su una molecola di glucosio e un intero gruppo ossidrile viene rimosso da un’altra, rimuovendo di fatto l’acqua (H2O). L’atomo di ossigeno rimanente da una molecola si lega quindi all’atomo di carbonio da cui il gruppo ossidrile è stato rimosso dall’altra – la reazione può essere rappresentata come: R-OH + HO-R → ROR + H2O, dove R sta per il resto di la molecola del glucosio. In questo modo si formano lunghe catene di molecole di glucosio. Questo tipo di legame tra le molecole di saccaride è noto come legame glicosidico.
I dettagli del processo sono, tuttavia, più complicati di questo – coinvolgendo un certo numero di enzimi – ma possono essere riassunti come segue. Il processo inizia con la combinazione di glucosio-1-fosfato con adenosina trifosfato (ATP) per formare adenosina difosfato glucosio (ADP-glucosio), catalizzata dall’enzima AGPasi. L’ADP-glucosio può quindi aggiungere la sua molecola di glucosio a una molecola di glucosio esistente, formando un legame glicosidico e quindi, attraverso molte ripetizioni di questo processo, costruendo una molecola di amilosio. Questa reazione è catalizzata dagli enzimi dell’amido sintasi. L’amilopectina è formata dall’azione degli enzimi ramificati dell’amido (SBE) che creano legami tra le catene esistenti di molecole di glucosio per creare un polimero ramificato.
Lo scopo della biosintesi dell’amido nelle piante è di fornire una riserva di energia. Il glucosio, prodotto dalla fotosintesi, provvede al fabbisogno energetico immediato, ma una riserva di energia da utilizzare quando le condizioni impediscono la sintesi di glucosio sufficiente ha un chiaro valore di sopravvivenza. Molte piante si sono evolute per immagazzinare grandi quantità di amido nei tuberi; nelle patate, ad esempio, il 60-80% del peso secco è costituito da amido. A partire dal 2011, è in corso una notevole ricerca sulla biosintesi dell’amido nelle piante, al fine di aumentare la produzione di amido di alcune colture alimentari.