Keményítő
Tartalomjegyzék
Reviewed by: Todd Smith, PhD
Keményítő definíció
noun
plural: keményítő, keményítők
keményítő, stɑɹtʃ
Egy poliszacharid szénhidrát (C6H10O5)n, amely nagyszámú glükózmolekulából áll, amelyek glikozidos kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz, és különösen magvakban, hagymákban és gumókban található
Áttekintés
A keményítő a poliszacharid szénhidrátok csoportjába tartozik. A szénhidrátok szénből, hidrogénből és oxigénből álló szerves vegyületek, általában 1:2:1 arányban. A biomolekulák egyik fő osztályát alkotják. Tápanyagként két fő csoportba sorolhatók: egyszerű szénhidrátok és összetett szénhidrátok. Az egyszerű szénhidrátok, amelyeket néha egyszerűen csak cukornak neveznek, egy vagy két szacharidmaradékból állnak. Könnyen emészthetőek és gyors energiaforrásként szolgálnak. Az összetett szénhidrátok (például a cellulóz, a keményítő, a kitin és a glikogén) azok, amelyeknek több időre van szükségük az emésztéshez és az anyagcseréhez. Gyakran magas a rosttartalmuk, és az egyszerű szénhidrátokkal ellentétben kevésbé okoznak kiugró vércukorszint-emelkedést. Különösen a glikogént tárolják a májban, hogy gyorsan hozzáférjenek az energiához, mivel a zsírok előtt elégetik.
Történelem és terminológia
A keményítőt már 100 000 évvel ezelőtt is ismerték és használták. Úgy tartják, hogy az ételkészítményekben, például a kenyér és a kása készítésénél használták. Ez a hipotézis a régi barlangokból feltárt kőeszközökön alapul. Az eszközöket valószínűleg a vadon termő cirok keményítőszemcséinek kaparására és őrlésére használták. Ez a megfigyelés arra engedte következtetni a tudósokat, hogy az afrikai szavannákon és erdőségekben élő korai emberek őskori étrendjébe a keményítő beépítése javította a táplálék minőségét. A gabonafélék alapanyaggá való feldolgozása az őskori étrend átalakulását jelentette, és úgy vélték, hogy ez döntő lépés volt az emberi evolúcióban. (Hivatkozás 1) A keményítő szó az óangol stearc (“erős, erős, durva”) szóból származhat, amely viszont germán eredetű lehet, azaz starchī, azaz “erős”.
Jellemzők
A keményítő egy komplex poliszacharid, amely nagyszámú, glikozidos kötésekkel összekapcsolt glükózegységből áll. Fehér, íztelen és szagtalan por. Változó moláris tömegű. Alkoholban és hideg vízben nem oldódik. Kémiai képlete (C6H10O5)n. A tiszta keményítőt kétféle molekula alkotja: amilóz és amilopektin. Mind az amilóz, mind az amilopektin glükózmaradékokból álló poliszacharidok. Szerkezetükben különböznek: az amilóz α-(1,4) glikozidos kötésekkel összekapcsolt glükózmolekulák lineáris lánca, míg az amilopektin 24-30 glükóz alegységenként α-(1,4) glikozidos kötésekkel és α-(1,6) kötésekkel lineárisan összekapcsolt glükózmolekulák elágazó láncából áll. Mivel a keményítő alapvetően D-glükózból álló poliszacharid, ezért az α-glükánok csoportjába tartozik.
Az amilopektin jobban oldódik vízben és könnyebben emészthető, mint az amilóz. Oldhatóságát a sok végpontjának köszönheti, amelyek hidrogénkötéseket tudnak kialakítani a vízzel. A keményítő általában 75-80 tömegszázalék amilopektint és 20-25 tömegszázalék amilózt tartalmaz.
Dehidrációs szintézis
A monoszacharid egységek összekapcsolásának kémiai folyamatát nevezzük dehidrációs szintézisnek, mivel melléktermékként víz szabadul fel. A keményítőt dehidrációs szintézissel állítják elő. A növények a nem használt glükózt keményítőként tárolják. Először a glükózt foszforilálják glükóz-1-foszfáttá. A keményítőszemcsék a különböző növényi szervek sejtjeiben található amiloplasztiszokban tárolódnak. A keményítőszemcsék megtalálhatók a gyümölcsökben, magvakban, gumókban és rizómákban. A százszorszép, a napraforgó és a csicsóka olyan növények, amelyek keményítő helyett inulint (ami egy fruktán) tárolnak.
Lebomlás
A növényekben a keményítő lebomlása természetesen éjszaka történik. A glükán-vízdikináz enzim foszforilálja a keményítőt, különösen az egyik glükózmaradék C-6-jánál. Ezután egy másik enzim (foszfoglükán-vízdikináz) foszforilálja a glükózmaradékot C-3-nál. A foszforilálás után a lebontó enzimek már a keményítőre hathatnak, hogy egyszerű cukrokat szabadítsanak fel. Például a béta-amiláz két glükózmaradékot szabadít fel maltózként. Egy másik lebontó enzim a disproportionáló enzim-1, amely a lebontási folyamat végén glükózmolekulát szabadít fel. A keményítő lebontásából főként malátacukor és kisebb mennyiségű glükóz keletkezik. Ezek az egyszerű cukrok ezután a plasztidból a citoszolba kerülnek transzportereken keresztül: a maltóz transzporter a maltóz esetében és a plasztidikus glükóz transzlokátor a glükóz esetében. Később szubsztrátként felhasználhatók a szacharóz bioszintéziséhez, amely nélkülözhetetlen a mitokondriális oxidatív pentóz útvonalban, amely éjszaka ATP-t termel. (Ref.2)
Hidrolízis
A hidrolízis egy poliszacharid, például a keményítő egyszerű cukorkomponensekké történő átalakításának folyamata. Különösen a poliszacharidok monoszacharidokká történő átalakításának folyamatát nevezzük szacharifikációnak. Az emberben az olyan összetett szénhidrátok, mint a keményítő, enzimatikus reakciók sorozatán keresztül emésztődnek. Ezek az enzimek a nyál amiláz, a hasnyálmirigy amiláz és a maltáz. A nyálamiláz a keményítőre hat, és azt maltózzá bontja. Amikor a részben megemésztett szénhidrátok a vékonybélbe jutnak, a hasnyálmirigy hasnyálmirigynedvet választ ki, amely a hasnyálmirigy-amilázt tartalmazza. Ez az enzim a részben emésztett szénhidrátokra hat, egyszerű cukrokká bontva azokat. A vékonybél ecsetszegélye olyan emésztőenzimeket szabadít fel, mint az izomaltáz, a maltáz, a szukráz és a laktáz. Az izomaltáz a poliszacharidokat az alfa-1-6 kötéseknél emészti meg, és az alfa-határértékű dextrint maltózzá alakítja át. A maltáz a maltózt (egy diszacharid) két glükózegységre bontja. A szukráz és a laktáz a szacharózt és a laktózt monoszacharid alkotórészeire bontja. A vékonybél ecsethatárán lévő hámsejtek (enterociták) felszívják a monoszacharidokat, majd a kapillárisokba bocsátják azokat. Az egyszerű cukrok ezután a véráramból más szövetek sejtjeihez, különösen a májhoz szállítódnak. A vérben lévő glükózt a szervezet ATP előállítására használhatja fel. Ellenkező esetben a májba szállítják a galaktózzal és a fruktózzal együtt (amelyek nagyrészt glükózzá alakulnak át), ahol glikogénként tárolják.
Rezisztens keményítő
A rezisztens keményítő a keményítő olyan formája, amely az ember vékonybelében ellenáll az emésztésnek. Ez egyben élelmi rost is. Ehelyett a vastagbélben a vastagbél mikrobiótája metabolizálja. A vastagbélben lévő mikrobák erjesztik, és olyan metabolikus melléktermékeket termelnek, mint például gázok és rövid szénláncú zsírsavak. Különösen a rövid szénláncú zsírsavak szívódnak fel és nyújtanak egészségügyi előnyöket az emberi szervezet számára. A rezisztens keményítő erjedése elősegíti a hasznos baktériumok növekedését is.
Növényi keményítő vs. állati keményítő
Az állati keményítő önmagában nem keményítő. Az amilopektin szerkezetének és összetételének hasonlósága miatt az állati glikogén alkotórészére utal. Míg a növények a felesleges glükózt keményítő formájában tárolják, addig az állatok ezt szintén glikogén formájában teszik. A glikogén a glükóz elágazó polimerje, amely főként a máj- és izomsejtekben termelődik, és másodlagos hosszú távú energiatárolóként funkcionál az állati sejtekben. A keményítőhöz hasonlóan a glikogén is összetett szénhidrát, amely elsősorban tároló szénhidrátként szolgál. A különbség a növényekben található amilopektin és az állatokban található amilopektin között az, hogy az utóbbi 8-12 glükózegységenként kiterjedtebb elágazással rendelkezik.
Biológiai jelentősége
Minden növényi mag és gumó tartalmaz keményítőt, amely túlnyomórészt amilóz és amilopektin formájában van jelen. A növények a keményítőt a felesleges glükóz tárolására használják, és így éjszaka vagy amikor a fotoszintézis nem valószínű, a mitokondriális oxidatív foszforiláción keresztül táplálékként is felhasználják a keményítőt. A növények a felesleges keményítőt amiloplasztokban tárolják, amelyek olyan leukoplasztok, amelyek elsősorban a glükóz polimerizációja révén a keményítőszemcsék tárolására és e tartalékok egyszerűbb cukrokká (pl. maltózzá és glükózzá) történő visszaalakítására szolgálnak, különösen akkor, amikor a fény nem áll rendelkezésre. A kloroplasztiszok, az elsősorban a fotoszintézisben részt vevő pigmentált organellumok szintén képesek a keményítő tárolására.
Az állatok a felesleges glükózt nem keményítőként, hanem glikogénként tárolják. Egyes állatok azonban keményítőtartalmú táplálékkal táplálkoznak.
A táplálékkeményítő számos alapélelmiszerben, például a kukoricában, rizsben, búzában, burgonyában, maniókában, árpában, rozsban, taróban, jamszgyökérben stb. jelen van. Jelen van továbbá különböző élelmiszerekben, mint például gabonafélékben, tésztákban, palacsintákban, kenyérben, tésztákban stb. A keményítő grammonként körülbelül 4,2 kilokalóriát biztosít. Az emberekben a keményítő szolgálhat a glükóz fő forrásaként. A glükóz nélkülözhetetlen, mivel részt vesz az általános anyagcserében, pl. a glikolízisben (az energiaszintézishez), a glikogenezisben (a glikogénszintézishez), a pentóz-foszfát útban (a pentózok és a NADPH szintéziséhez, amelyeket a nukleinsavszintézisben, illetve a lipidszintézisben használnak fel).
A keményítőnek számos kereskedelmi felhasználási területe van, például a papírgyártásban, élelmiszerként, a kereskedelmi szőlőcukor előállításában, a mosodákban a vászon merevítésére, paszta készítésére, a nyomdaiparban, a hidrogéngyártásban stb.
Egészségügyi kockázat
A túl sok keményítő az étrendben összefüggésben van a fogszuvasodással, az elhízással és a cukorbetegséggel. A keményítő (különösen főzve és a feldolgozott élelmiszerekben található) étkezés után a vércukorszint megugrását okozhatja. Ezért a keményítőfogyasztás mértékletes fogyasztása javasolt. A cöliákiában és veleszületett szukráz-izomaltázhiányban szenvedő egyéneknek kerülniük kell a keményítőtartalmú ételeket. (3. hivatkozás))
Etimológia
- Old angol stearc (“erős, erős, durva”)
Kémiai képlet
- (C6H10O5)n
Kapcsolódó kifejezések
- állatfajok keményítő
- oldható keményítő
- keményítő-egyenérték
- keményítőgumi
- keményítőcukor
- keményítő-szintáz
- keményítő-evés
- Keményítő-jódteszt
Összehasonlítás
- glikogén
Lásd még
- poliszacharid
- szénhidrát
- amilóz
- amilopektin
- jódteszt
- Kását ettünk 100,000 évvel ezelőtt. (2009. december 18.). Retrieved from telegraph.co.uk/news/uknews/6834609/Porridge-was-eaten-100000-years-ago.html Link
- Wikipedia Contributors. (2019, február 25.). Keményítő. Retrieved from en.wikipedia.org/wiki/Starch#Növényi energiatároló Link
- Keményítő: Élelmiszerek, emésztés, glikémiás index. (2016, június 4.). Letöltve: nutrientsreview.com/carbs/polysaccharides-starch.html Link