Quando una pianta cambia lo zucchero in amido?

Quando la pianta ha bisogno di energia
Quando la pianta ha bisogno di energia, una molecola di glucosio viene prelevata dalla molecola di amido per essere scomposta per l'energia immagazzinata.

Gli studenti che studiano la fotosintesi potrebbero chiedersi perché alcune piante sono più dolci di altre quando tutte le piante producono zucchero. Sebbene la domanda sia semplice e logica, la risposta corretta approfondisce il complesso processo mediante il quale le piante producono, immagazzinano e usano quello zucchero. Il modo in cui le piante producono lo zucchero inizia con la fotosintesi, mentre la conversione dello zucchero in amido dipende dalle esigenze metaboliche delle piante man mano che crescono. Solo lo zucchero in eccesso subirà la sintesi di disidratazione, che è il termine per la conversione del glucosio in amido nelle foglie.

Energia e fotosintesi

La fotosintesi inizia con l'ultima fonte di energia della Terra: il sole. La clorofilla nelle piante utilizza l'energia del sole per combinare l'anidride carbonica con l'acqua per formare una semplice molecola di zucchero mentre rilascia ossigeno come sottoprodotto, secondo l' Università del Michigan. Chimicamente, l'equazione fotosintetica rappresenta la combinazione di sei molecole di anidride carbonica (CO 2) con sei molecole di acqua (H 2 O) per formare una molecola di zucchero (C 6 H 12 O 6), liberando sei molecole di ossigeno (O 2). Questo processo è solitamente abbreviato come 6CO 2 + 6H 2 O = C 6 H 12 O 6+ 6O 2, in cui il segno più (+) separa le sostanze chimiche nel processo. Il segno di uguale (=) viene letto come "rendimento", indicando la reazione in corso. Solo circa l'1% dell'energia solare che colpisce la foglia guida il processo di fotosintesi, ma quell'unico percento supporta la maggior parte della vita sulla Terra.

La foglia utilizza immediatamente parte dello zucchero creato durante questa reazione come energia affinché la foglia mantenga i suoi processi metabolici. Parte dello zucchero viene immediatamente convertito in granuli di amido, che vengono immagazzinati nella foglia o convertiti in cellulosa per formare pareti cellulari man mano che la pianta cresce. Quantità eccessive di zucchero si muovono attraverso la pianta per fornire energia per i processi metabolici in altre parti della pianta. Lo zucchero che non è necessario per l'energia o per la costruzione della cellulosa viene convertito in amido che viene immagazzinato in steli, foglie, radici e semi. Il processo mediante il quale il glucosio viene convertito in amido è noto come "sintesi di disidratazione". Una molecola d'acqua viene rilasciata quando ciascuna delle semplici molecole di zucchero del glucosio viene aggiunta alla molecola di amido, secondo Biology online.

Quantità eccessive di zucchero si muovono attraverso la pianta per fornire energia per i processi metabolici
Quantità eccessive di zucchero si muovono attraverso la pianta per fornire energia per i processi metabolici in altre parti della pianta.

La respirazione cellulare, chiamata anche "ciclo oscuro", inizia quando la luce solare non è disponibile. Le piante hanno ancora bisogno di continuare i loro processi metabolici durante questi periodi, quindi i grani di amido immagazzinati nella foglia forniscono l'energia necessaria. L'amido immagazzinato all'interno della foglia si riconverte in zucchero, che si combina con l'ossigeno per rilasciare anidride carbonica, acqua ed energia sotto forma di adenosina trifosfato (ATP). Essenzialmente l'inverso della fotosintesi, questa equazione chimica è scritta come C 6 H 12 O 6 + 6O 2 = 6H 2 0 + 6CO 2 + ATP, il che significa che una molecola di glucosio si combina con sei molecole di ossigeno, rompendo la molecola di zucchero in sei molecole d'acqua e sei molecole di anidride carbonica per rilasciare l'energia immagazzinata dal sole, riporta l'iperfisica dell'università statale della Georgia.

Carboidrati: zucchero, zuccheri e amido

Lo zucchero creato attraverso il processo di fotosintesi è il glucosio, singolo o monosaccaride. Quando il glucosio si combina con il fruttosio, un altro monosaccaride, il disaccaride saccarosio è il risultato. Come spiegato da The sugar association, il termine "zuccheri" si riferisce sia ai mono che ai disaccaridi, i tipi più semplici di carboidrati. I monosaccaridi includono glucosio, fruttosio e galattosio, mentre i disaccaridi includono saccarosio, lattosio, maltosio e trealosio. Le piante contengono glucosio, fruttosio e saccarosio in quantità variabili, secondo l'istituto canadese dello zucchero. Le piante usano questi zuccheri come fonti di energia per costruire la cellulosa o conservarli per un uso successivo.

La cellulosa e l'amido sono polisaccaridi o carboidrati complessi che contengono più saccaridi o carboidrati semplici. Tutti i carboidrati contengono carbonio, idrogeno e ossigeno, di solito in un rapporto di 1:2:1, o un carbonio su due idrogeni su un ossigeno. Le catene di carboidrati, tuttavia, contengono più carboidrati semplici collegati. L'amido contiene più molecole di glucosio collegate disposte come amilosio in catene lineari o amilopectina in catene altamente ramificate. L'orientamento di queste catene determina se le catene di glucosio formano l'amido per lo stoccaggio o la cellulosa per la crescita delle piante e il supporto strutturale, afferma il Polymer science learning center.

Una catena di glucosio con una coppia di ossigeno e idrogeno rivolta verso il basso è chiamata "glucosio alfa", mentre una catena di glucosio con una coppia di ossigeno e idrogeno rivolta verso l'esterno è chiamata "glucosio beta". Per produrre l'amido, le molecole di glucosio alfa si combinano nella coppia ossigeno-idrogeno, formando una molecola di amido arricciata con molte molecole di glucosio che si diramano dalla molecola principale. Quando la pianta ha bisogno di energia, una molecola di glucosio viene prelevata dalla molecola di amido per essere scomposta per l'energia immagazzinata. La cellulosa, d'altra parte, si forma quando le molecole di beta glucosio si connettono in lunghe catene che si incastrano come blocchi per creare la struttura delle pareti cellulari della pianta. Queste catene di cellulosa si adattano così strettamente insieme che le molecole d'acqua non possono stare tra di loro, rendendo la cellulosa essenzialmente impermeabile.

Conversione e conservazione

Una molecola d'acqua viene rilasciata quando ciascuna delle semplici molecole di zucchero del glucosio viene
Una molecola d'acqua viene rilasciata quando ciascuna delle semplici molecole di zucchero del glucosio viene aggiunta alla molecola di amido, secondo Biology online.

Mentre parte del glucosio rimane immagazzinato nella foglia sotto forma di granelli di amido dove si è formato, gran parte del glucosio si combina con il fruttosio per formare saccarosio prima di spostarsi attraverso la pianta per fornire energia per i processi metabolici nelle cellule che non hanno accesso alla luce solare. Il saccarosio si muove a causa delle differenze nelle concentrazioni di zucchero e acqua nelle cellule, afferma l'università statale della Georgia. Le cellule speciali che si trovano nel floema trasportano lo zucchero dalle foglie alle altre parti non fotosintetizzanti della pianta, inclusi fiori, frutti, semi, rami e radici. Una volta che il saccarosio raggiunge queste nuove posizioni, una parte del saccarosio viene utilizzata immediatamente mentre l'eccesso viene convertito in amido o cellulosa.

Alcune piante, come la canna da zucchero (Saccharum officinarum, zone di rusticità vegetale del Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti da 8 a 12; e le barbabietole da zucchero (Beta vulgaris, zone da 4 a 8), immagazzinano concentrazioni di saccarosio più elevate rispetto ad altre piante. La canna da zucchero, ad esempio, contiene circa il 14 percento di saccarosio, mentre le barbabietole da zucchero contengono circa il 19 percento di saccarosio. L'accumulo di zucchero nelle piante, specialmente nella frutta, fornisce energia per il seme in via di sviluppo. I semi, tuttavia, contengono amido che fornisce nutrimento per la nuova pianta fino a quando la nuova pianta non fa crescere le foglie per iniziare la fotosintesi.

Parte del saccarosio in eccesso all'interno della pianta si converte in piccoli grani all'interno delle cellule, ma molte piante sviluppano speciali unità di stoccaggio dell'amido che alimenteranno la pianta quando la fotosintesi non è possibile. Una singola molecola di amido può contenere da 500 a 2 milioni di unità di glucosio, fornendo una fonte di energia molto compatta per la pianta a causa del modo in cui la molecola di amido si arriccia mentre si forma. La cellulosa, d'altra parte, contiene da 2000 a 14000 molecole di glucosio disposte in lunghi filamenti che costruiscono la struttura della pianta mentre cresce. Le persone in tutto il mondo dipendono dalle molecole di amido immagazzinate in alimenti come mais (mais), patate, riso, taro e patate dolci, ma non possono digerire i filamenti di cellulosa fitti.