Un taxi per il chicco di amido

L'amido è utilizzato dalle piante come riserva di energia e come componente dell'alimentazione umana e animale, in quanto importante fonte di carboidrati. Viene utilizzato anche nell'industria alimentare, dell'Umwelt und Geomatik. L'amilosio, un componente dell'amido difficile da digerire per l'uomo, viene utilizzato come agente legante o gelificante nell'industria alimentare.

Nonostante la grande importanza dell'amido per le piante, gli esseri umani e l'industria, le ricerche non comprendono appieno come si forma. I ricercatori del gruppo di Samuel Zeeman, professore di biochimica vegetale presso l'ETH di Zurigo, hanno ora trovato un importante pezzo del puzzle che completa il quadro della sintesi dell'amido. Ne hanno appena dato notizia sulla rivista scientifica "Plos Biology".

Immagazzinamento dell'energia solare

Durante il giorno, quando il sole splende, le piante verdi effettuano la fotosintesi. Utilizzano l'anidride carbonica dell'aria per produrre zucchero, che alimenta il loro metabolismo. Lo zucchero in eccesso viene convertito in granuli di amido, che le piante immagazzinano nelle foglie. Di notte, quando l'energia è necessaria e la fotosintesi è ferma, le piante attingono a questa riserva di zucchero.

L'amido, tuttavia, non è affatto una sostanza uniforme, ma è costituito da diversi componenti: in gran parte dalla cosiddetta amilopectina, un polisaccaride altamente ramificato e facilmente digeribile, e in misura minore dall'amilosio a struttura lineare.

Scoperto un nuovo gene

Finora si sapeva che solo un enzima era coinvolto nella formazione dell'amilosio, che si trova nei granuli di amido. Senza questa macchina molecolare, nota come amido sintasi legato ai granuli (GBSS), la pianta non può sintetizzare l'amilosio.

Conducendo una ricerca sistematica nella pianta modello Arabidopsis thaliana per altri possibili geni attivi nella produzione di amido, i ricercatori guidati da Zeeman ne hanno ora scoperto uno che è anche coinvolto nella formazione di amilosio. Questo gene codifica per una proteina che può legarsi temporaneamente al GBSS e all'amido per guidare il primo verso il suo sito d'azione. Per questo motivo lo scopritore del gene (o della proteina), il dottorando di Zeeman David Seung, ha chiamato questa molecola "Protein Targeting to Starch" (PTST).

Le molecole sono reciprocamente dipendenti

Per chiarire il suo ruolo, i ricercatori hanno condotto esperimenti con piante mutate. Queste mutazioni hanno soppresso la formazione di PTST. Di conseguenza, i mutanti mancavano completamente di amilosio, anche se il contenuto totale di amido era lo stesso di una pianta selvatica. I ricercatori hanno concluso che il crescione dipende in modo assoluto dal PTST per la formazione dell'amilosio. Con grande sorpresa, i ricercatori hanno scoperto che il GBSS, l'enzima più comune legato ai granuli di amido delle piante, non era praticamente presente nelle piante mutanti. Come si spiega questo fatto?

Etichettando le due proteine con sostanze fluorescenti, i ricercatori sono finalmente riusciti a risolvere l'enigma: GBSS ha bisogno di PTST, poiché questo è il taxi che trasporta GBSS ai granuli di amido. Dopo che la PTST ha raccolto il GBSS, si "parcheggia" brevemente sulla superficie dei granuli di amido nascenti per scaricare il suo carico. La PTST si stacca quindi dal granulo di amido, mentre la GBSS continua la sintesi di amilosio. Inoltre, la proteina di trasporto sembra essere necessaria anche per la stabilità di GBSS. Senza PTST e senza legarsi al granulo di amido, GBSS è instabile.

Anche il PTST-Taxi influenza la quantità di amido formato, pur essendo esso stesso solo un veicolo di trasporto. Se gli scienziati hanno aumentato la formazione di GBSS nelle piante di prova, le piante non erano ancora in grado di produrre più amido. "? poco utile fornire più passeggeri per sintetizzare l'amido se mancano i taxi", spiega l'ETH. Al contrario, gli scienziati delle piante hanno scoperto che un aumento del numero di taxi, ovvero una maggiore formazione di PTST, non ha portato a un aumento della produzione di amido, poiché i taxi mancavano di passeggeri.

Contenuto di amido su richiesta?

Tuttavia, la proteina PTST non si trova solo nel crescione. ? evolutivamente conservata, il che significa che è nata presto nel corso dell'evoluzione delle piante, si è conservata nelle specie appena evolute e da allora non è praticamente cambiata. Per questo motivo si trova in molte piante, compresi vari tipi di cereali. Il suo ruolo deve ancora essere chiarito, afferma Zeeman. "Tuttavia, questa scoperta ci mostra un possibile modo per regolare il contenuto di amilosio nelle colture in base alle esigenze", afferma lo scienziato vegetale.

La nuova scoperta potrebbe un giorno essere utilizzata per produrre amilosio puro per applicazioni industriali. L'amilosio può essere utilizzato come additivo alimentare per gelificare salse o budini e per la produzione di imballaggi biodegradabili. Per questo motivo i ricercatori stanno proteggendo la loro scoperta con una domanda di brevetto depositata tramite l'ETH transfer.

David Seung ha scoperto la funzione speciale del PTST durante la sua tesi di dottorato. L'australiano aveva già ottenuto una borsa di studio ETH Excellence, che gli ha permesso di venire a Zurigo per il suo programma di Master.