¿Qué es la biosíntesis de almidón?

El almidón es un tipo de polímero conocido como polisacárido que consiste en cadenas de moléculas de glucosa y las plantas lo sintetizan en cantidades relativamente grandes. La glucosa es un tipo simple de azúcar, o sacárido, conocido como monosacárido. Los polisacáridos se construyen a partir de muchas unidades de monosacáridos, posiblemente miles, unidas. La biosíntesis de almidón en las plantas comienza con azúcares producidos por la fotosíntesis e involucra una serie de enzimas o catalizadores orgánicos.

Las plantas producen dos tipos de almidón. La amilosa se compone principalmente de cadenas no ramificadas de moléculas de glucosa, o glucanos, típicamente de 1,000 a 4,400 en número. En la amilopectina, las cadenas son multirramificadas y generalmente contienen entre 10,000 y 100,000 glucanos. Alrededor del 70% del almidón en la mayoría de las plantas está en forma de amilopectina, pero esto puede variar algo entre las diferentes especies. Las plantas almacenan almidón en forma de gránulos dentro de las células.

La biosíntesis de almidón tiene lugar en amiloplastos y también, en cierta medida, en cloroplastos. Estos son ambos tipos de plastidios: cuerpos dentro de la célula vegetal que realizan funciones especializadas. Se cree que se originaron como algas simbióticas azul-verdes que se incorporaron a las células en una etapa temprana de la evolución de las plantas. Dentro de estos plástidos, las moléculas de almidón se ensamblan a partir de bloques de construcción de glucosa. La glucosa viene en forma de un compuesto de glucosa-fosfato que es un producto indirecto de la fotosíntesis.

Las moléculas de glucosa tienen grupos hidroxilo (OH) unidos a átomos de carbono. Las unidades de glucosa se unen cuando un átomo de hidrógeno se elimina de un grupo hidroxilo en una molécula de glucosa y un grupo hidroxilo completo se elimina de otro, eliminando de hecho el agua (H2O). El átomo de oxígeno restante de una molécula se une al átomo de carbono del cual se eliminó el grupo hidroxilo en la otra; la reacción se puede representar como: R-OH + HO-R → ROR + H ₂ O, donde R representa el resto de la molécula de glucosa. De esta manera, se forman largas cadenas de moléculas de glucosa. Este tipo de enlace entre las moléculas de sacárido se conoce como enlace glucosídico.

Sin embargo, los detalles del proceso son más complicados que esto, involucrando una serie de enzimas, pero se pueden resumir de la siguiente manera. El proceso comienza con la combinación de glucosa-1-fosfato con adenosina trifosfato (ATP) para formar adenosina difosfato de glucosa (ADP-glucosa), catalizada por la enzima AGPasa. ADP-glucosa luego puede agregar su molécula de glucosa a una molécula de glucosa existente, formando un enlace glucosídico y, por lo tanto, a través de muchas repeticiones de este proceso, formando una molécula de amilosa. Esta reacción es catalizada por las enzimas almidón sintasa. La amilopectina se forma por la acción de enzimas de ramificación de almidón (SBE) que forjan enlaces entre las cadenas existentes de moléculas de glucosa para crear un polímero ramificado.

El propósito de la biosíntesis de almidón en las plantas es proporcionar un depósito de energía. La glucosa, producida por la fotosíntesis, satisface las necesidades energéticas inmediatas, pero una reserva de energía para ser utilizada cuando las condiciones impiden la síntesis de glucosa suficiente tiene un claro valor de supervivencia. Muchas plantas han evolucionado para almacenar grandes cantidades de almidón en tubérculos; en las papas, por ejemplo, el 60-80% del peso seco consiste en almidón. A partir de 2011, hay una considerable cantidad de investigación en curso sobre la biosíntesis de almidón en las plantas, con miras a aumentar la producción de almidón de ciertos cultivos alimentarios.