Stärkebiosynthese

Stärkebiosynthese ist der biochemische Prozess, durch den Pflanzen Stärke als Energiespeicher in Plastiden synthetisieren. In Blättern erfolgt dies in Chloroplasten als transiente Stärke während des Tages, während in Speichergeweben wie Knollen, Samen und Wurzeln Amyloplasten die langfristige Stärkespeicherung übernehmen. Stärke besteht aus zwei Hauptbestandteilen: Amylose und Amylopektin.

Der zentrale Stoffwechselweg beginnt mit der Bildung von ADP-Glucose in Plastiden durch ADP-Glucose-Pyrophosphorylase (AGPase) aus Glucose-1-phosphat und ATP. ADP-Glucose dient als aktiver Glucosylspender für Stärkensynthasen, die Ketten durch α-1,4-Verknüpfungen verlängern und so Glucanstränge bilden. Amylose entsteht überwiegend durch Granule-bound Stärkensynthase (GBSS), während Amylopektin durch lösliche Stärkensynthasen (SSI–SSIV) sowie Verzweigungsenzyme (BE I, BE II) aufgebaut wird.

Verzweigungen werden durch Verzweigungsenzyme eingeführt, während Glucane durch Debranching-Enzyme wie ISA umstrukturiert werden, um das typische Verzweigungsmuster von Amylopektin zu ermöglichen. Die resultierenden Stärkelgranula besitzen eine semi-kristalline Struktur; der Gehalt an Amylose beeinflusst Eigenschaften wie Gelierfähigkeit, Viskosität und Textur, die für Nahrungsmittel- und Industrieanwendungen maßgeblich sind.

Regulation erfolgt auf mehreren Ebenen: Verfügbarkeit von Kohlenhydraten aus der Photosynthese, circadiane Regulierungen und die plastidiale Transport- und Energieeinteilung beeinflussen AGPase-Aktivität und die Stärkesynthese. Nachtweise Abbauprozesse durch Amylasen liefern Energie während der Dunkelheit.

Stärkebiosynthese ist ein zentrales Ziel in der Pflanzenzüchtung und Biotechnologie, um Erträge und Stärkeeigenschaften wie Amylose-/Amylopektin-Verhältnis zu optimieren.