Amidonul este un tip de polimer cunoscut sub numele de polizaharidă care constă din lanțuri de molecule de glucoză și este sintetizat în cantități relativ mari de plante. Glucoza este un tip simplu de zahăr – sau zaharidă – cunoscut sub numele de monozaharidă. Polizaharidele sunt construite din multe unități de monozaharide, eventual mii, unite între ele. Biosinteza amidonului la plante începe cu zaharurile produse prin fotosinteză și implică o serie de enzime sau catalizatori organici.
Două tipuri de amidon sunt produse de plante. Amiloza constă în cea mai mare parte din lanțuri neramificate de molecule de glucoză sau glucani, de obicei între 1,000 și 4,400. În amilopectină, lanțurile sunt multi-ramificate și conțin în general între 10,000 și 100,000 de glucani. Aproximativ 70% din amidonul din majoritatea plantelor este sub formă de amilopectină, dar aceasta poate varia oarecum între diferitele specii. Plantele stochează amidonul sub formă de granule în interiorul celulelor.
Biosinteza amidonului are loc în amiloplaste și, de asemenea, într-o oarecare măsură, în cloroplaste. Acestea sunt ambele tipuri de plastide – corpuri din interiorul celulei vegetale care îndeplinesc funcții specializate. Se crede că au apărut ca alge simbiotice albastre-verzi care au fost încorporate în celule într-un stadiu incipient al evoluției plantelor. În cadrul acestor plastide, moleculele de amidon sunt asamblate din blocuri de construcție de glucoză. Glucoza vine sub forma unui compus glucoză-fosfat care este un produs indirect al fotosintezei.
Moleculele de glucoză au grupări hidroxil (OH) legate de atomi de carbon. Unitățile de glucoză se leagă împreună atunci când un atom de hidrogen este îndepărtat dintr-o grupă hidroxil de pe o moleculă de glucoză și o grupă hidroxil întreagă este îndepărtată dintr-o alta, eliminând de fapt apa (H2O). Atomul de oxigen rămas dintr-o moleculă se leagă apoi de atomul de carbon din care gruparea hidroxil a fost îndepărtată pe cealaltă – reacția poate fi reprezentată ca: R-OH + HO-R → ROR + H2O, unde R reprezintă restul molecula de glucoză. În acest fel, se formează lanțuri lungi de molecule de glucoză. Acest tip de legătură între moleculele de zaharide este cunoscut sub numele de legătură glicozidică.
Detaliile procesului sunt, totuși, mai complicate decât aceasta – implicând o serie de enzime – dar pot fi rezumate după cum urmează. Procesul începe cu combinarea glucozei-1-fosfat cu adenozin trifosfat (ATP) pentru a forma adenozin difosfat glucoză (ADP-glucoză), catalizată de enzima AGPază. ADP-glucoza își poate adăuga apoi molecula de glucoză la o moleculă de glucoză existentă, formând o legătură glicozidică și astfel, prin multe repetări ale acestui proces, formând o moleculă de amiloză. Această reacție este catalizată de enzimele amidon sintazei. Amilopectina se formează prin acțiunea enzimelor de ramificare a amidonului (SBE) care formează legături între lanțurile existente de molecule de glucoză pentru a crea un polimer ramificat.
Scopul biosintezei amidonului la plante este de a oferi un depozit de energie. Glucoza, produsă prin fotosinteză, asigură nevoile imediate de energie, dar o rezervă de energie care trebuie utilizată atunci când condițiile împiedică sinteza suficientă de glucoză are o valoare clară de supraviețuire. Multe plante au evoluat pentru a stoca cantități mari de amidon în tuberculi; la cartofi, de exemplu, 60-80% din greutatea uscată constă din amidon. Începând cu 2011, există o cantitate considerabilă de cercetări în curs de desfășurare a biosintezei amidonului în plante, în vederea creșterii producției de amidon a anumitor culturi alimentare.