Tärkkelys

Tärkkelys

Reviewed by: Todd Smith, PhD

Tärkkelyksen määritelmä

substantiivi
monikko: tärkkelys, tärkkelykset
tärkkelys, stɑɹtʃ
Polysakkaridihiilihydraatti (C6H10O5)n, joka koostuu suuresta määrästä glukoosimolekyylejä, jotka ovat liittyneet toisiinsa glykosidisidoksin, ja jota esiintyy erityisesti siemenissä, sipuleissa ja mukuloissa

Yleistä

Tärkkelys kuuluu polysakkaridihiilihydraattien ryhmään. Hiilihydraatit ovat orgaanisia yhdisteitä, jotka koostuvat hiilestä, vedystä ja hapesta yleensä suhteessa 1:2:1. Ne ovat yksi tärkeimmistä biomolekyylien luokista. Ravintoaineina ne voidaan luokitella kahteen pääryhmään: yksinkertaisiin hiilihydraatteihin ja monimutkaisiin hiilihydraatteihin. Yksinkertaiset hiilihydraatit, joita joskus kutsutaan yksinkertaisesti sokeriksi, koostuvat yhdestä tai kahdesta sakkaridijäännöksestä. Ne ovat helposti sulavia ja toimivat nopeana energianlähteenä. Monimutkaiset hiilihydraatit (kuten selluloosa, tärkkelys, kitiini ja glykogeeni) ovat hiilihydraatteja, jotka tarvitsevat enemmän aikaa sulatukseen ja aineenvaihduntaan. Niissä on usein runsaasti kuitua, ja toisin kuin yksinkertaiset hiilihydraatit, ne aiheuttavat harvemmin piikkejä verensokerissa. Erityisesti glykogeeni varastoituu maksaan, jotta se on nopeasti saatavilla energiaa, sillä se poltetaan ennen rasvaa.

Historia ja terminologia

Tärkkelys on tunnettu ja käytetty jo 100 000 vuotta sitten. Sitä uskotaan käytetyn ruoanvalmistuksessa, kuten leivän valmistuksessa ja puuroissa. Tämä hypoteesi perustuu vanhoista luolista kaivettuihin kivityökaluihin. Työkaluja käytettiin todennäköisesti luonnonvaraisen durran tärkkelysjyvien raaputtamiseen ja jauhamiseen. Tämä havainto sai tutkijat olettamaan, että tärkkelyksen sisällyttäminen Afrikan savanneilla ja metsämailla eläneiden varhaisihmisten esihistorialliseen ruokavalioon paransi ruokavalion laatua. Jyvien jalostaminen peruselintarvikkeeksi merkitsi muutosta esihistoriallisessa ruokavaliossa, ja sen uskotaan olleen ratkaiseva askel ihmisen evoluutiossa. (Viitattu 1) Sana tärkkelys saattaa tulla vanhan englannin stearc (”vahva, vahva, karkea”) sanasta, joka puolestaan saattaa olla germaanista alkuperää eli starchī, joka tarkoittaa ”vahvaa”.

Ominaispiirteet

Tärkkelys on monimutkainen polysakkaridi, joka koostuu suuresta määrästä glukoosiyksikköjä, jotka on yhdistetty toisiinsa glukoosisidoksilla. Se on valkoista, mautonta ja hajutonta jauhetta. Sen moolimassa vaihtelee. Se ei liukene alkoholiin eikä kylmään veteen. Sen kemiallinen kaava on (C6H10O5)n. Puhdas tärkkelys koostuu kahdentyyppisistä molekyyleistä: amyloosista ja amylopektiineistä. Sekä amyloosi että amylopektiini ovat polysakkarideja, jotka koostuvat glukoosijäännöksistä. Ne eroavat toisistaan rakenteeltaan: amyloosi on lineaarinen glukoosimolekyylien ketju, joka on yhdistetty α-(1,4)-glykosidisidoksilla, kun taas amylopektiini on haaroittunut glukoosimolekyylien ketju, joka on yhdistetty lineaarisesti α-(1,4)-glykosidisidoksilla ja α-(1,6)-sidoksilla 24-30 glukoosialayksikön välein. Koska tärkkelys on polysakkaridi, joka koostuu pääasiassa D-glukoosista, se kuuluu siten α-glukaanien ryhmään.

Amylopektiini liukenee veteen paremmin ja on helpommin sulavaa kuin amyloosi. Sen liukoisuus johtuu monista päätepisteistä, jotka voivat muodostaa vetysidoksia veden kanssa. Yleensä tärkkelys sisältää 75-80 painoprosenttia amylopektiiniä ja 20-25 painoprosenttia amyloosia.

Dehydraatiosynteesi

Kemiallista prosessia, jossa monosakkaridiyksiköt yhdistyvät, kutsutaan dehydraatiosynteesiksi, koska sen sivutuotteena vapautuu vettä. Tärkkelystä tuotetaan dehydraatiosynteesillä. Kasvit varastoivat tärkkelyksenä glukoosia, jota ei käytetä. Ensin glukoosi fosforyloituu glukoosi-1-fosfaatiksi. Tärkkelysrakeet varastoituvat amyloplasteihin, jotka sijaitsevat eri kasvien elinten solujen sisällä. Tärkkelysrakeet voivat olla hedelmissä, siemenissä, mukuloissa ja juurakoissa. Päivänkakkarat, auringonkukat ja maa-artisokat ovat esimerkkejä kasveista, jotka tärkkelyksen sijaan varastoivat inuliinia (joka on fruktaani).

Hajoaminen

Kasveissa tärkkelyksen hajoaminen tapahtuu luonnollisesti yöllä. Entsyymi glukaanivedikinaasi fosforyloi tärkkelystä, erityisesti yhden glukoosijäännöksen C-6:n kohdalla. Sen jälkeen toinen entsyymi (fosfoglukaanivesidikinaasi) fosforyloi glukoosijäännöksen C-3-kohdassa. Fosforylaation jälkeen tärkkelystä hajottavat entsyymit voivat nyt vaikuttaa tärkkelykseen ja vapauttaa yksinkertaisia sokereita. Esimerkiksi beeta-amylaasi vapauttaa kaksi glukoosijäännöstä maltoosiksi. Toinen hajottava entsyymi on disproportionoiva entsyymi-1, joka hajotusprosessin lopussa vapauttaa glukoosimolekyylin. Tärkkelyksen hajoamisesta syntyy pääasiassa maltoosia ja pienempiä määriä glukoosia. Nämä yksinkertaiset sokerit siirtyvät sitten plastidista sytosoliin transporterien välityksellä: maltoosin osalta maltoositransporterin ja glukoosin osalta plastidisen glukoositranslokaattorin välityksellä. Niitä voidaan myöhemmin käyttää substraattina sakkaroosin biosynteesissä, joka on välttämätön mitokondrioiden oksidatiivisessa pentoosireitissä, joka tuottaa ATP:tä yöllä. (Viitattu 2)

Hydrolyysi

Hydrolyysi on prosessi, jossa polysakkaridi, kuten tärkkelys, muutetaan yksinkertaisiksi sokerikomponenteiksi. Prosessia, jossa polysakkaridit muunnetaan erityisesti monosakkarideiksi, kutsutaan sokeroitumiseksi. Ihmisessä monimutkaiset hiilihydraatit, kuten tärkkelys, pilkkoutuvat useiden entsymaattisten reaktioiden avulla. Näitä entsyymejä ovat syljen amylaasi, haiman amylaasi ja maltaasi. Sylkiamylaasi vaikuttaa tärkkelykseen ja hajottaa sen maltoosiksi. Kun osittain pilkotut hiilihydraatit päätyvät ohutsuoleen, haima erittää haimamehua, joka sisältää haima-amylaasia. Tämä entsyymi vaikuttaa osittain sulatettuihin hiilihydraatteihin pilkkomalla ne yksinkertaisiksi sokereiksi. Ohutsuolen harjasraja vapauttaa ruoansulatusentsyymejä, kuten isomaltasia, maltasia, sakkaraasia ja laktaasia. Isomaltaasi pilkkoo polysakkarideja alfa-1-6-linkityksissä ja muuntaa alfa-rajoitteisen dekstriinin maltoosiksi. Maltase hajottaa maltoosin (disakkaridi) kahdeksi glukoosiyksiköksi. Sakkaraasi ja laktaasi pilkkovat sakkaroosin ja laktoosin vastaavasti monosakkaridiosiksi. Ohutsuolen harjasrajan epiteelisolut (enterosyytit) imevät monosakkarideja ja vapauttavat niitä kapillaareihin. Yksinkertaiset sokerit kulkeutuvat sitten verenkierrosta muiden kudosten soluihin, erityisesti maksaan. Elimistö voi hyödyntää veressä olevaa glukoosia ATP:n tuottamiseen. Muussa tapauksessa se kuljetetaan maksaan yhdessä galaktoosin ja fruktoosin (jotka muuttuvat suurelta osin glukoosiksi) kanssa varastoitavaksi glykogeeniksi.

Resistentti tärkkelys

Resistentti tärkkelys on tärkkelyksen muoto, joka vastustaa ihmisen ohutsuolessa tapahtuvaa ruoansulatusta. Se on myös ravintokuitua. Sen sijaan paksusuolen mikrobisto metaboloi sen paksusuolessa. Paksusuolen mikrobit fermentoivat sitä ja tuottavat aineenvaihdunnan sivutuotteita, kuten kaasuja ja lyhytketjuisia rasvahappoja. Erityisesti lyhytketjuiset rasvahapot imeytyvät ja tarjoavat terveyshyötyjä ihmiskeholle. Resistentin tärkkelyksen käyminen edistää myös hyödyllisten bakteerien kasvua.

Kasvitärkkelys vs. eläintärkkelys

Eläintärkkelys ei ole tärkkelystä sinänsä. Sillä tarkoitetaan eläimen glykogeenin ainesosaa amylopektiinin rakenteen ja koostumuksen samankaltaisuuden vuoksi. Kun kasvit varastoivat ylimääräistä glukoosia tärkkelyksen muodossa, eläimet varastoivat sitä myös glykogeenin muodossa. Glykogeeni on glukoosin haarautunut polymeeri, jota tuotetaan pääasiassa maksa- ja lihassoluissa ja joka toimii eläinsolujen toissijaisena pitkäaikaisena energiavarastona. Glykogeeni on tärkkelyksen tavoin monimutkainen hiilihydraatti, joka toimii ensisijaisesti varastohiilihydraattina. Kasvien amylopektiini eroaa eläinten amylopektiinista siinä, että jälkimmäisessä on laajempi haarautuminen 8-12 glukoosiyksikön välein.

Biologinen merkitys

Kaikki kasvien siemenet ja mukulat sisältävät tärkkelystä, joka esiintyy pääasiassa amyloosina ja amylopektiininä. Kasvit käyttävät tärkkelystä keinona varastoida ylimääräistä glukoosia ja käyttävät siten myös tärkkelystä ravintona mitokondrioiden oksidatiivisen fosforylaation kautta yöllä tai silloin, kun fotosynteesi ei ole todennäköistä. Kasvit varastoivat ylimääräisen tärkkelyksen amyloplasteihin, jotka ovat leukoplasteja, jotka toimivat ensisijaisesti tärkkelysrakeiden varastoinnissa glukoosin polymerisaation kautta ja näiden varastojen muuntamisessa takaisin yksinkertaisemmiksi sokereiksi (esim. maltoosiksi ja glukoosiksi) erityisesti silloin, kun valoa ei ole saatavilla. Kloroplastit, pigmentoituneet organellit, jotka osallistuvat pääasiassa fotosynteesiin, pystyvät myös varastoimaan tärkkelystä.

Eläimet eivät varastoi ylimääräistä glukoosia tärkkelyksenä, vaan ne varastoivat sitä glykogeenina. Tietyt eläimet kuitenkin syövät tärkkelyspitoista ravintoa.
Tärkkelystä on monissa peruselintarvikkeissa, kuten maississa, riisissä, vehnässä, perunassa, maniokissa, ohrassa, rukiissa, tarossa, jamssissa jne. Sitä on myös erilaisissa elintarvikkeissa, kuten viljoissa, nuudeleissa, pannukakuissa, leivässä, pastassa jne. Tärkkelys sisältää noin 4,2 kilokaloria grammaa kohti. Ihmisillä tärkkelys voi toimia pääasiallisena glukoosin lähteenä. Glukoosi on välttämätön, koska se osallistuu yleiseen aineenvaihduntaan, esim. glykolyysiin (energian synteesiin), glykogeneesiin (glykogeenisynteesiin), pentoosifosfaattitiehen (pentoosi- ja NADPH-synteesiin, joita käytetään nukleiinihapposynteesissä ja lipidisynteesissä).
Tärkkelyksellä on monia kaupallisia käyttötarkoituksia, kuten paperinvalmistuksessa, elintarvikkeena, kaupallisen rypälesokerin valmistuksessa, liinavaatteiden jäykistämisessä pesuloissa, liisterin valmistuksessa, painoteollisuudessa, vedyn tuotannossa jne.

Terveysriski

Tärkkelyksen liiallinen määrä ravinnossa liittyy hammaskarieksen kehittymiseen, liikalihavuuteen ja diabetes mellitukseen. Tärkkelys (erityisesti kypsennetty ja prosessoitujen elintarvikkeiden sisältämä) voi aiheuttaa veren glukoosipitoisuuden piikkejä aterian jälkeen. Näin ollen tärkkelystä suositellaankin nautittavaksi kohtuudella. Henkilöiden, joilla on keliakia ja synnynnäinen sakkaraasi-isomaltaasin puutos, on ehkä vältettävä tärkkelyspitoisia elintarvikkeita. (Viite 3))

Etymologia

• Vanha englanninkielinen stearc (”stark, vahva, karkea”)

Kemiallinen kaava

• (C6H10O5)n

Aiheeseen liittyviä termejä

• eläinlajit tärkkelys
• Liukoinen tärkkelys
• Tärkkelysekvivalentti
• Tärkkelyskumi
• Tärkkelyssokeri
• Tärkkelyssyntaasi
• Tärkkelys-syöminen
• Tärkkelys-joditesti

Vertaa

• glykogeeni

Katso myös

• polysakkaridi
• hiilihydraatti
• amyloosi
• amylopektiini
• joditesti

1. Puuroa syötiin 100,000 vuotta sitten. (2009, 18. joulukuuta 2009). Haettu osoitteesta telegraph.co.uk/news/uknews/6834609/Porridge-was-eaten-100000-years-ago.html Linkki
2. Wikipedia Contributors. (2019, 25. helmikuuta). Tärkkelys. Haettu osoitteesta fi.wikipedia.org/wiki/Tärkkelys#Kasvien energiavarasto Link
3. Tärkkelys: Elintarvikkeet, ruoansulatus, glykeeminen indeksi. (2016, 4. kesäkuuta). Haettu osoitteesta nutrientsreview.com/carbs/polysaccharides-starch.html Link