Krakmolas yra polimero tipas, žinomas kaip polisacharidas, sudarytas iš gliukozės molekulių grandinių ir kurį gana dideli kiekiai sintetina augalai. Gliukozė yra paprastas cukraus tipas arba sacharidas, žinomas kaip monosacharidas. Polisacharidai yra sudaryti iš daugelio monosacharidų vienetų, galbūt tūkstančių, sujungtų. Krakmolo biosintezė augaluose prasideda nuo cukrų, pagamintų fotosintezės metu, ir dalyvauja daugybė fermentų arba organinių katalizatorių.
Augalai gamina dviejų rūšių krakmolą. Amilozę sudaro daugiausia neišsišakojusių gliukozės molekulių grandinių arba gliukanų, kurių paprastai yra nuo 1,000 iki 4,400. Amilopektino grandinės yra daugiašakos ir paprastai turi nuo 10,000 100,000 iki 70 XNUMX gliukanų. Daugumoje augalų apie XNUMX% krakmolo yra amilopektino pavidalu, tačiau tai gali šiek tiek skirtis įvairiose rūšyse. Augalai ląstelėse kaupia krakmolą granulių pavidalu.
Krakmolo biosintezė vyksta amiloplastuose ir tam tikru mastu chloroplastuose. Tai yra abiejų tipų plastidai – kūnai augalo ląstelėje, atliekantys specializuotas funkcijas. Manoma, kad jie atsirado kaip simbiotiniai melsvadumbliai, kurie buvo įtraukti į ląsteles ankstyvoje augalų evoliucijos stadijoje. Šiuose plastiduose krakmolo molekulės yra surenkamos iš gliukozės statybinių blokų. Gliukozė gaunama gliukozės ir fosfato junginio pavidalu, kuris yra netiesioginis fotosintezės produktas.
Gliukozės molekulės turi hidroksilo (OH) grupes, sujungtas su anglies atomais. Gliukozės vienetai jungiasi, kai vandenilio atomas pašalinamas iš hidroksilo grupės vienoje gliukozės molekulėje, o visa hidroksilo grupė pašalinama iš kitos, iš esmės pašalinant vandenį (H2O). Tada likęs deguonies atomas iš vienos molekulės prisijungia prie anglies atomo, iš kurio buvo pašalinta hidroksilo grupė, kita – reakcija gali būti pavaizduota taip: R-OH + HO-R → ROR + H2O, kur R reiškia likusią molekulę. gliukozės molekulė. Tokiu būdu susidaro ilgos gliukozės molekulių grandinės. Šio tipo ryšys tarp sacharidų molekulių yra žinomas kaip glikozidinis ryšys.
Tačiau proceso detalės yra sudėtingesnės nei tai, apimančios daugybę fermentų, tačiau jas galima apibendrinti taip. Procesas prasideda nuo gliukozės-1-fosfato sujungimo su adenozino trifosfatu (ATP), kad susidarytų adenozino difosfato gliukozė (ADP-gliukozė), kurią katalizuoja fermentas AGPazė. Tada ADP-gliukozė gali pridėti savo gliukozės molekulę prie esamos gliukozės molekulės, sudarydama glikozidinę jungtį ir taip, daug kartų kartodama šį procesą, sudarydama amilozės molekulę. Šią reakciją katalizuoja krakmolo sintazės fermentai. Amilopektinas susidaro veikiant krakmolo šakojantiems fermentams (SBE), kurie sujungia esamas gliukozės molekulių grandines ir sukuria šakotą polimerą.
Krakmolo biosintezės augaluose tikslas – aprūpinti energijos atsargas. Gliukozė, pagaminta fotosintezės būdu, užtikrina neatidėliotiną energijos poreikį, tačiau energijos rezervas, kurį reikia naudoti, kai sąlygos neleidžia susintetinti pakankamai gliukozės, turi aiškią išlikimo vertę. Daugelis augalų išsivystė taip, kad gumbuose kauptų didelius krakmolo kiekius; pavyzdžiui, bulvėse 60–80 % sausos masės sudaro krakmolas. Nuo 2011 m. vykdomi dideli krakmolo biosintezės augaluose tyrimai, siekiant padidinti tam tikrų maistinių augalų krakmolo gamybą.