Škrob je vrsta polimera poznatog kao polisaharid koji se sastoji od lanaca molekula glukoze i sintetizira ga biljke u relativno velikim količinama. Glukoza je jednostavna vrsta šećera – ili saharida – poznata kao monosaharid. Polisaharidi su građeni od mnogih monosaharidnih jedinica, možda tisuća, spojenih zajedno. Biosinteza škroba u biljkama počinje sa šećerima proizvedenim fotosintezom i uključuje niz enzima, odnosno organskih katalizatora.
Biljke proizvode dvije vrste škroba. Amiloza se sastoji uglavnom od nerazgranatih lanaca molekula glukoze ili glukana, obično od 1,000 do 4,400. U amilopektinu, lanci su višestruki i općenito sadrže između 10,000 100,000 i 70 XNUMX glukana. Oko XNUMX% škroba u većini biljaka je u obliku amilopektina, ali to može varirati između različitih vrsta. Biljke pohranjuju škrob u obliku granula unutar stanica.
Biosinteza škroba odvija se u amiloplastima i donekle u kloroplastima. To su obje vrste plastida – tijela unutar biljne stanice koja obavljaju specijalizirane funkcije. Smatra se da su nastale kao simbiotske modrozelene alge koje su ugrađene u stanice u ranoj fazi evolucije biljaka. Unutar ovih plastida, molekule škroba se sastavljaju od gradivnih blokova glukoze. Glukoza dolazi u obliku glukozno-fosfatnog spoja koji je neizravni proizvod fotosinteze.
Molekule glukoze imaju hidroksilne (OH) skupine vezane za atome ugljika. Glukozne jedinice se vežu zajedno kada se atom vodika ukloni iz hidroksilne skupine na jednoj molekuli glukoze, a cijela hidroksilna skupina ukloni iz druge, u stvari uklanjajući vodu (H2O). Preostali atom kisika iz jedne molekule zatim se veže za atom ugljika s kojeg je uklonjena hidroksilna skupina na drugoj – reakcija se može predstaviti kao: R-OH + HO-R → ROR + H2O, gdje R predstavlja ostatak molekula glukoze. Na taj način se izgrađuju dugi lanci molekula glukoze. Ova vrsta veze između molekula saharida poznata je kao glikozidna veza.
Pojedinosti procesa su, međutim, složenije od ovoga – uključuju brojne enzime – ali se mogu sažeti na sljedeći način. Proces počinje spajanjem glukoza-1-fosfata s adenozin trifosfatom (ATP) kako bi se formirala adenozin difosfat glukoza (ADP-glukoza), katalizirana enzimom AGPaza. ADP-glukoza zatim može dodati svoju molekulu glukoze postojećoj molekuli glukoze, tvoreći glikozidnu vezu i tako, kroz mnogo ponavljanja ovog procesa, izgrađivati molekulu amiloze. Ovu reakciju kataliziraju enzimi škrob sintaze. Amilopektin nastaje djelovanjem enzima za grananje škroba (SBE) koji stvaraju veze između postojećih lanaca molekula glukoze kako bi stvorili razgranati polimer.
Svrha biosinteze škroba u biljkama je osigurati skladište energije. Glukoza, proizvedena fotosintezom, osigurava trenutne energetske potrebe, ali rezerva energije koja se koristi kada uvjeti sprječavaju sintezu dovoljne količine glukoze ima jasnu vrijednost preživljavanja. Mnoge biljke su evoluirale da pohranjuju velike količine škroba u gomolje; u krumpiru, na primjer, 60-80% suhe težine sastoji se od škroba. Od 2011. godine u tijeku je znatna količina istraživanja biosinteze škroba u biljkama s ciljem povećanja proizvodnje škroba određenih prehrambenih kultura.