Wanneer verandert een plant suiker in zetmeel?

Wanneer de plant energie nodig heeft
Wanneer de plant energie nodig heeft, wordt een glucosemolecuul uit het zetmeelmolecuul gehaald om te worden afgebroken voor de opgeslagen energie.

Studenten die fotosynthese bestuderen, kunnen zich afvragen waarom sommige planten zoeter zijn dan andere, terwijl alle planten suiker maken. Hoewel de vraag eenvoudig en logisch is, gaat het juiste antwoord dieper in op het complexe proces waarmee planten die suiker maken, opslaan en gebruiken. Hoe planten suiker maken, begint met fotosynthese, terwijl het omzetten van suiker in zetmeel afhangt van de metabolische behoeften van de planten terwijl ze groeien. Alleen de overtollige suiker zal dehydratatiesynthese ondergaan, de term voor de omzetting van glucose in zetmeel in bladeren.

Energie en fotosynthese

Fotosynthese begint met de ultieme energiebron van de aarde: de zon. Het chlorofyl in planten gebruikt de energie van de zon om koolstofdioxide te combineren met water om een eenvoudig suikermolecuul te vormen, terwijl zuurstof als bijproduct vrijkomt, volgens de Universiteit van Michigan. Chemisch gezien stelt de fotosynthetische vergelijking de combinatie voor van zes koolstofdioxide (CO 2) moleculen met zes water (H 2 O) moleculen om één suiker (C 6 H 12 O 6) molecuul te vormen, waarbij zes zuurstof (O 2) moleculen vrijkomen. Dit proces wordt meestal afgekort als 6CO 2 + 6H 2 O = C 6 H 12 O 6+ 6O 2, waarbij het plusteken (+) de chemicaliën scheidt in het proces. Het gelijkteken (=) wordt gelezen als "opbrengst", wat aangeeft dat de reactie plaatsvindt. Slechts ongeveer 1 procent van de zonne-energie die het blad raakt, stimuleert het proces van fotosynthese, maar die ene procent ondersteunt het meeste leven op aarde.

Het blad gebruikt onmiddellijk een deel van de suiker die tijdens deze reactie ontstaat als energie voor het blad om zijn metabolische processen in stand te houden. Een deel van de suiker wordt onmiddellijk omgezet in zetmeelkorrels, die in het blad worden opgeslagen of worden omgezet in cellulose om celwanden te vormen terwijl de plant groeit. Overmatige hoeveelheden suiker verplaatsen zich door de plant om energie te leveren voor metabolische processen in andere delen van de plant. De suiker die niet nodig is voor energie of het opbouwen van cellulose, wordt omgezet in zetmeel dat wordt opgeslagen in stengels, bladeren, wortels en zaden. Het proces waarbij glucose wordt omgezet in zetmeel staat bekend als "dehydratatiesynthese". Volgens Biology online komt er een watermolecuul vrij wanneer elk van de eenvoudige suikermoleculen van glucose aan het zetmeelmolecuul wordt toegevoegd.

Overmatige hoeveelheden suiker verplaatsen zich door de plant om energie te leveren voor metabolische
Overmatige hoeveelheden suiker verplaatsen zich door de plant om energie te leveren voor metabolische processen in andere delen van de plant.

Cellulaire ademhaling, ook wel de 'donkere cyclus' genoemd, begint wanneer er geen zonlicht beschikbaar is. Planten moeten in deze tijden hun stofwisselingsprocessen nog voortzetten, dus de zetmeelkorrels die in het blad zijn opgeslagen, zorgen voor de benodigde energie. Het opgeslagen zetmeel in het blad wordt weer omgezet in suiker, die samen met zuurstof koolstofdioxide, water en energie vrijgeeft in de vorm van adenosinetrifosfaat (ATP). In wezen het omgekeerde van fotosynthese, wordt deze chemische vergelijking geschreven als C 6 H 12 O 6 + 6O 2 = 6H 2 0 + 6CO 2 + ATP, wat betekent dat één glucosemolecuul wordt gecombineerd met zes zuurstofmoleculen, waardoor het suikermolecuul uiteenvalt in zes watermoleculen en zes kooldioxidemoleculen om de opgeslagen energie van de zon vrij te maken, meldt de hyperfysica van de staatsuniversiteit van Georgia.

Koolhydraten: suiker, suikers en zetmeel

De suiker die door het proces van fotosynthese wordt gecreëerd, is glucose, ofwel enkelvoudig ofwel monosacharide. Wanneer glucose wordt gecombineerd met fructose, een ander monosacharide, is disacharide sucrose het resultaat. Zoals uitgelegd door The Sugar Association, verwijst de term "suikers" naar zowel mono- als disacchariden, de eenvoudigste soorten koolhydraten. Monosachariden omvatten glucose, fructose en galactose, terwijl disachariden sucrose, lactose, maltose en trehalose omvatten. Planten bevatten glucose, fructose en sucrose in verschillende hoeveelheden, volgens het Canadese suikerinstituut. Planten gebruiken deze suikers als energiebronnen om cellulose op te bouwen of op te slaan voor later gebruik.

Cellulose en zetmeel zijn polysachariden of complexe koolhydraten die meerdere sachariden of enkelvoudige koolhydraten bevatten. Alle koolhydraten bevatten koolstof, waterstof en zuurstof, meestal in een verhouding van 1:2:1, of één koolstof tot twee waterstofatomen tot één zuurstof. Koolhydraatketens bevatten echter meerdere met elkaar verbonden enkelvoudige koolhydraten. Zetmeel bevat meerdere verbonden glucosemoleculen die zijn gerangschikt als amylose in lineaire ketens of amylopectine in sterk vertakte ketens. De oriëntatie van deze ketens bepaalt of de glucoseketens zetmeel vormen voor opslag of cellulose voor plantengroei en structurele ondersteuning, zegt het Polymer science learning center.

Een glucoseketen met een zuurstof- en waterstofpaar dat naar beneden wijst, wordt een "alfaglucose" genoemd, terwijl een glucoseketen met een zuurstof- en waterstofpaar dat naar buiten wijst een "bètaglucose" wordt genoemd. Om zetmeel te maken, combineren alfaglucosemoleculen zich bij het zuurstof-waterstofpaar en vormen een gekruld zetmeelmolecuul met veel glucosemoleculen die zich van het hoofdmolecuul vertakken. Wanneer de plant energie nodig heeft, wordt een glucosemolecuul uit het zetmeelmolecuul gehaald om te worden afgebroken voor de opgeslagen energie. Cellulose daarentegen vormt zich wanneer bètaglucosemoleculen zich verbinden in lange ketens die als blokken in elkaar passen om de structuur van de celwanden van de plant te creëren. Deze celluloseketens passen zo dicht bij elkaar dat watermoleculen er niet tussen kunnen passen, waardoor cellulose in wezen waterdicht is.

Conversie en opslag

Volgens Biology online komt er een watermolecuul vrij wanneer elk van de eenvoudige suikermoleculen van
Volgens Biology online komt er een watermolecuul vrij wanneer elk van de eenvoudige suikermoleculen van glucose aan het zetmeelmolecuul wordt toegevoegd.

Terwijl een deel van de glucose in het blad wordt opgeslagen als zetmeelkorrels waar het werd gevormd, combineert veel van de glucose met fructose om sucrose te vormen voordat het door de plant gaat om energie te leveren voor metabolische processen in cellen die geen toegang hebben tot zonlicht. De sucrose beweegt door verschillen in suiker- en waterconcentraties in de cellen, stelt Georgia State University. Speciale cellen in het floëem dragen de suiker van de bladeren naar de andere, niet-fotosynthetiserende delen van de plant, waaronder bloemen, fruit, zaden, takken en wortels. Zodra de sucrose deze nieuwe locaties bereikt, wordt een deel van de sucrose onmiddellijk gebruikt, terwijl de overmaat wordt omgezet in zetmeel of cellulose.

Sommige planten, zoals suikerriet (Saccharum officinarum, planthardheidzones 8 t/m 12 van het Amerikaanse Department of Agriculture, en suikerbieten (Beta vulgaris, zones 4 t/m 8), slaan hogere concentraties sucrose op dan andere planten. bevat ongeveer 14 procent sucrose, terwijl suikerbieten ongeveer 19 procent sucrose bevatten Suikeropslag in planten, vooral in fruit, levert energie voor het zich ontwikkelende zaad Zaden bevatten echter zetmeel dat de nieuwe plant van voeding voorziet totdat de nieuwe plant bladeren laat groeien fotosynthese te starten.

Een deel van de overtollige sucrose in de plant wordt omgezet in kleine korrels in cellen, maar veel planten ontwikkelen speciale zetmeelopslageenheden die de plant van brandstof zullen voorzien wanneer fotosynthese niet mogelijk is. Een enkel zetmeelmolecuul kan tussen de 500 en 2 miljoen glucose-eenheden bevatten, wat een zeer compacte energiebron voor de plant vormt vanwege de manier waarop het zetmeelmolecuul rondkrult terwijl het zich vormt. Cellulose daarentegen bevat 2000 tot 14000 glucosemoleculen die zijn gerangschikt in lange strengen die de structuur van de plant vormen terwijl deze groeit. Mensen over de hele wereld zijn afhankelijk van de opgeslagen zetmeelmoleculen in voedingsmiddelen zoals maïs (maïs), aardappelen, rijst, taro en yams, maar kunnen de dicht opeengepakte cellulosestrengen niet verteren.