גלוטן, קמח, ואיך החיטה השתלטה על העולם

26 06 2017

היי, תראו מה זה. שני פוסטים של ביולוגיה מבנית ברצף. סליחה מראש.

ראיתי לאחרונה סרטון חביב שמדבר על ראקציות כימיות שקורות בעוגיות במהלך האפיה (הלינק להלן), שגרם לי לתהות מה היה חסר לי במהלכו. כלומר, הטמפרטורות היו בפרנהייט, שזה כבר נוראי, אבל באחת התגובות ביוטוב גולש חביב סיפק את הנתונים (שגם הם להלן) גם בצלסיוס. אבל כל הזמן שמעתי אותם מדברים על הסוכרים, והביצים, וחיכיתי לשמוע מילה טובה על הקמח, כי מה בעצם קמח עושה באפייה? ולמה פתאום עוגיות ללא-גלוטן פתאום נמכרות כמו עוגיות יוקרה? מה זה הגלוטן הזה ולמה כל כך יקר להוציא אותו?

טוב, קודם כל, רק מתוך גאווה מטרית;

  • חמאה נמסה ב-33 מעלות.
  • סלמונלה מתה באיזור 58 מעלות.
  • חלבונים מתחילים לעבור דנטורציה באיזור 62 מעלות.
  • מים רותחים ב-100 מעלות.
  • ראקציית מאייר (או מאילרד אם גם אתם, כמוני, לא יודעים איך להגות את השם במקור) היא ראקציה שמבחינה מדעית הקינטיקה שלה מורכבת. זאת אומרת שהטמפ' שבה היא מתרחשת משתנה בהתאם להמון גורמים, למשל pH, סוג מולקולת הסוכר המעורבת, סוג חומצת האמינו ובאופן כללי הסביבה המיידית. בואו נאמר שבאופן כללי מתחת ל-150 מעלות יהיה קשה למצוא תוצרים, אבל סביר להניח שזה כבר קורה. מצאתי לפחות מאמר אחד שחקר את תוצרי ראקציית מאייר בין חלבונים של סויה לבין סוכר מסוג קסילוז, ושם כבר ב-110 מעלות היו להם תוצרים. גם הייתה לאחרונה סערה קטנה לאחר שמאמר בנייצ'ר מ-2002 הראה שאקרילאמיד יכול להיווצר בה, ומכיוון שמדובר בחומר מסרטן גרר אחריו תגובות רשמיות של הרשויות. אבל כאן לבד יש מספיק לפוסט שלם, שיבוא במועד אחר.
  • סוכר מתחיל להתקרמל בערך בטמפ' של 170 מעלות. המספר המדויק תלוי כמובן בסוג הסוכר ובמינונים.

 

עכשיו רק לצורך הדיון, הרשו לי לומר קודם כל שאני לא מומחה גדול באפיה. כלומר אני יודע להכין עוגיות שוקולד צ'יפס, וגם זה מבוסס על מתכון מעובד של בצק אלים המדהימה. ובמתכון שלה יש כמעט שתי כוסות של קמח. קמח, פעם אחרונה שבדקתי, עשוי בעיקר מזרעים טחונים, אבל מתייחסים למונח 'קמח' גם בהקשר של אגוזים, פירות וכו' כדי לציין אבקה שנוצרה מטחינת רכיבים לאחר ייבוש או קלייה, בגלל הערך התזונתי שלהם – תכולה גבוהה של עמילן, גלוטן, סיבים ושמנים צמחיים (שמהווים מקורות של פחמימות, חלבונים, סיבים ושומנים בהתאמה).

בשביל מה לטחון זרעים?

צמחים נוטים לדחוף לתוך הזרעים שלהם הרבה מאד חומרי מזון אנרגטיים שהגוף שלנו יודע להשתמש בהם. למשל הרב-סוכר עמילן (שדנתי בו יותר בהרחבה בפוסט קודם), וחלבונים, שהם ספציפית 'חלבוני אכסון' – כלומר חלבונים שהצמח אורז כדי לספק לזרע מטען לבנות ממנו את החלבונים שהוא יזדקק לו; אלו חלבונים שעברו סלקציה בזכות נוחות האריזה שלהם וכמות גבוהה של חומצות אמינו שימושיות לצמח. החומרים האלה מהווים עבור הזרע את הכלים וחומרי הגלם שהוא זקוק להם כדי לגדול ולשרוד.

ומכיוון שכך, כמובן, שימושי לאכול אותם – אבל זה גורם לכך שיהיו לחלבונים האלה כמה תכונות מעניינות מאד, במיוחד במהלך אפייה. לתכולת החלבון בקמח יש קשר הדוק למידת ה'קשיות' וה'קפיציות' של הבצק; החלבונים מתנהגים כרשת פולימרית שנותנת לבצק – שהוא בסופו של דבר סוג של ג'ל – חוזק מבני. אבל מכיוון שהמילה הכללית הזו (חלבוני אריזה) מתארת למעשה מגוון גדול מאד של חומרים בעלי תכונות שונות ומעניינות, הנושא הזה עדיין נחקר לעומקו.

מה זה גלוטן, בעצם?

בואו נחשוב על זה רגע בצורה כרונולוגית. הרי הקמח קיים ונמצא בשימוש *הרבה* לפני שהייתה ביולוגיה מולקולרית, נכון? למעשה, הגלוטן הראשון מחיטה בודד ב-1745 ע"י ברתולומיאו בקרי. הקמח מכיל כמות גדולה של חלבונים שמשמשים את הצמח לאכסון, ולאורך השנים והמחקר, מדענים בודדו סוגים שונים מאד של חלבונים ממקורות מזון שונים (למשל חיטה, שעורה, תירס, חמניות וכו וכו'). עם הזמן, התגבשה ההבנה המדעית שניתן לחלק את חלבוני האכסון האלה למספר סוגים עיקריים, שנבדלים על פי הצורה שבה מפיקים אותם; אלה שמסיסים בקלות במים נקראו אלבומינים; אלו שדרשו מים מלוחים על מנת להתמוסס נקראו גלובולינים; חלבונים שהתמוססו דווקא בתערובת אלכוהול ומים נקראו פרולמינים; וחלבונים שהתמוססו בתנאי חומציות או בסיסיות נקראו גלוטלינים. נכון שזה נשמע נחמד ומסודר?

אז זהו… שלא.

בהתאם לכמה כימיה אתם זוכרים מהתיכון, אולי שמתם לב שיש משהו בעייתי קצת בחלוקה הזו; ספציפית, שחלבון אחד יכול בעצם להיות שייך ליותר ממחלקה אחת – למשל אם חלבון נמס בתנאי חומציות אבל *גם* נמס באלכוהול, אז הוא יכול להיות פרולמין *וגם* גלוטלין. בעצם, תכונות המסיסיות השונות האלה קשורות קשר הדוק למבנה ולהרכב של החלבון. פרולמינים הם חלבונים שעשירים בחומצות האמינו פרולין; מבחינה מבנית, חומצת האמינו הזו נוטה לעשות מעין 'טוויסט' בשרשרת החלבון, כך שכמות גדולה של פרולין עוזרת לחלבון להיות קל לאריזה – מתקפל בקלות ודחוס יותר. אז על מנת לפשט מעט את החלוקה הזו, בואו נאמר שבגדול אפשר לחלק את החלבונים האלה לשתי קבוצות; אלו שמסיסים בקלות, שנקרא להם אלבומינים, ואלה ש*לא* נמסים בקלות, ודורשים מלח, או אלכוהול, או חומצה\בסיס, ולהם נקרא פרולמינים לצורך הדיון. בתמונה שמופיעה להלן ניתן לראות את ההבדלים המבניים המהותיים בכמה מסוגי החלבונים האלה, לפי הקבוצות שתיארתי (מקור).חלבוני אכסון בצמחים - מבנה גנטי

אז כמו שאפשר לראות כאן – יש *הרבה* סוגים של חלבוני אכסון בצמחים, ויש להם מבנה שונה, וחלקים תפקודיים שונים, בהתאם לצמח שממנו הגיעו ולצורה שבה הוא משתמש בהם. החלקים שמסומנים באדום בציור הם חלקים שמורים – כלומר הם חלקים שגם בסוגי חלבון שונים וזנים שונים נוטים להיות מאד דומים, וזה מרמז על כך שיש להם תפקוד שחשוב לצמח, ולכן הם נשמרים אבולוציונית. הנקודות השחורות הקטנות שמופיעות לצדי החלבונים מסמנות שיירי ציסטאין; שיירים אלה יוצרים קשרים דיסולפידיים, שהם חשובים מאד בשמירת המבנה של החלבונים האלה הדוק ונוח לאריזה. אבל לקשרים האלה יש עוד מאפיין; בתנאים מסוימים, כמו למשל בחימום או בתנאים מחזרים, הם מסוגלים להיפתח ולהיסגר. ומכיוון שיש לחלבונים האלה *הרבה* קשרים כאלה, הם לאו דווקא נסגרים באותה הצורה שבה הם היו קודם.

בחזרה לאפייה?

כן, בחזרה לאפייה. בגלל הקשרים האלה, חלבוני האריזה הנ"ל יוצרים רשת תלת מימדית של קשרים; ובגלל שהחלבונים האלה אוהבים מים, ובתהליך ההכנה של הקמח הם עוברים ייבוש – הם נוטים לספוג מצוין מים, שמנים, וכו' – והם יוצרים מבנה של ג'ל; לא במובן של הג'לי הרוטט שעשוי מג'לטין, אלא במובן הביולוגי, של תערובת של מים ושמנים עם רשת מצלבת של חלבונים שנותנת יציבות מבנית. כשאנחנו לשים את הבצק, אנחנו עוזרים לנוזלים להיכנס אל תוך הרשת; אנחנו פותחים את סיבי החלבון (בתוכניות אפייה בדרך כלל יקראו להם 'סיבי גלוטן'), והסיבים עוברים ממצבם הדחוס והארוז היטב למצב של רשת תלת-מימדית שמחזיקה את הבצק שלנו בתור מוצק. זו בעצם הסיבה שבגללה, כשמכינים פשטידה למשל, ממליצים לערבב קודם כל את הנוזלים והשמנים, ולהוסיף את הבצק בסוף; או הסיבה שבגללה ממליצים לקרר בצק בין לישות, או לא ללוש את הבצק יותר מדי. כל אחד מכללי האצבע האלה הוא בעצם התייחסות לכך שהבצק שלנו הוא רשת סבוכה של חלבונים שנפתחים ונסגרים בהתאם לטמפרטורה ותנאי הסביבה, ושאוגרים סביבם את המים והשמן וכמובן את כל חומרי הטעם שמומסים בהם.

אז כפי שכתבתי קודם, אם אנחנו מחלקים בגדול את חלבוני האריזה לפרולמינים ולאלבומינים, אז גלוטן הוא בעצם שם כולל לכל סוגי הפרולמינים; חלבונים שאינם מסיסים במים. אם תעיפו מבט ביקורתי בערכים על גלוטן בויקיפדיה העברית לעומת האנגלית, תשימו לב להבדל די מהותי שנראה שאבד במהלך התרגום מאנגלית לעברית. באנגלית, מצויין בבירור שגלוטן הוא תערובת של חלבוני אחסון שונים, וגם מספקים את השמות השונים של הגלוטנים על פי המקור הצמחי שלהם (כך למשל בחיטה נקראים גליאדינים, בשעורה הורדאינים, וכו', ואם תסתכלו שוב בתמונת הפרולמינים לעיל תוכלו לראות שאלו גם הראשונים שמופיעים שם תחת הלבונים לא-מסיסים). בעברית, לעומת זאת…

"גלוטן, (Gluten; בעברית דִּבְקָן), הוא חלבון המצוי בעיקר בדגנים כחיטה, שעורה, שיפון וכוסמין. […]"

לזכותם יאמר שהם כן מפרטים אחר כך על ההרכב, אבל לטעמי זה כבר מבלבל. למה בעצם לעשות את הסלט הזה כדי להפוך את הגלוטן לדבר יחיד, חשוב כל כך? למה כל הסיפור הזה של דיאטה-ללא-גלוטן הפך לאחרונה להיות כל כך חשוב? ומה בכלל הביג דיל עם חלבון לא מסיס במיוחד שהיתרון הגדול שלו הוא כליאת גז בתוך בצק, כך שאפשר להתפיח אותו ללחם (יאמי יאמי)?

צליאק וצרות אחרות

הקמח, והלחם שנוצר ממנו, מלווה את התרבות האנושית מערש היווצרותה; הדעה הרווחת היא כי תרבות הדגנים החל בתקופה הניאוליתית (כ-9500 לפני הספירה), ויתכן כי הרגישות האנושית למרכיבי הקמח החלה כבר אז. המקרה המתועד הקדום ביותר של מחלת הצליאק התגלה בשרידים ארכיאולוגים באתר קוסה באיטליה, שהשתייכו לאשה בת המאה הראשונה לספירה שבאמצעות בדיקות גנטיות הראו שיש לה את הגנים המשוייכים למחלה זו. מקובל לייחס את תיאור המחלה לסמואל ג'י, שהציג תיאור מקרה של צליאק ב-1888 והיה הראשון להציע שטיפול באמצעות שינוי תזונתי יהיה מועיל, על אף שהשם 'צליאק' נטבע עוד קודם לכן, ורק בשנות ה-50 של המאה העשרים מדע הביולוגיה החל לחשוף את המאפיינים והאטיולוגיה של מחלה מסתורית זו. ההערכות כיום הן ששכיחותה של מחלת הצליאק באוכלוסיה מגיעה עד ל-1:135 (כלומר קרוב ל-1% מהאוכלוסיה!), כאשר השכיחות משתנה משמעותית באיזורים שונים בעולם, ונעה בין 1:300 ועד 1:40. בנוסף על כך, הצורה הנפוצה ביותר של מחלה זו אינה סימפטומטית ולכן אינה מאובחנת (מעריכים כי חמישה מתוך שישה מקרים של צליאק אינם מאובחנים כלל). הטיפול היעיל היחידי שנפוץ כיום הוא המנעות מוחלטת מגלוטן.

מאיפה זה בא לנו עכשיו

קודם כל חשוב לציין שצליאק היא מחלה מורכבת, ויש לה יותר מגורם אחד. מה זה אומר? זה אומר שאנחנו יודעים דברים מסוימים על המחלה הזו, מאפיינים מסוימים, חלק מהסיבות. אבל אנחנו לא יודעים הכל, והמחלה הזו קיימת בתפר בין שתי מערכות שמבחינה ביולוגית הן מורכבות לא מעט; מערכת העיכול ומערכת החיסון. במחלת צליאק, הגוף מפתח תגובה חיסונית מוגזמת במערכת העיכול, שמתבטאת בסימפטומים של המחלה. הסיבות לתגובה הזו הן ככל הנראה רבות, ודורשות שיתקיימו יותר מסיבה אחת על מנת שהמחלה תופיע.

כך למשל, כמעט 95% מהאנשים שסובלים מצליאק נושאים בגנום שלהם עותק מסוים של האלל HLA-DQ2. אבל בערך 20-30% מהאנשים ש*אין* להם צליאק נושאים גם הם עותק של האלל הזה. וכמובן שיש גם 5% מחולי צליאק שאין להם בכלל את האלל הזה. כך שהאלל הזה הוא ככל הנראה לא הגורם היחיד. קיים גם אלל בשם HLA-DQ8, שגם הוא נמצא (בסבירות נמוכה יותר) בחולי צליאק. האלל הזה מקודד לחלבון חשוב שהוא חלק ממבנה חלבוני גדול שמשמש תפקיד קריטי במערכת החיסון: רצפטור בשם MHC (קיצור של Major Histocompatibility Complex), שהוא חלק מהמערכת שמאפשרת לגוף להבדיל בין תאים ששייכים לגוף לבין תאים זרים. אנחנו יודעים היום שלגנים האלה יש תפקיד חשוב במחלת הצליאק, אבל מאחר והמורכבות המבנית כאן גדולה מאד – קומפלקס ה-MHC כולל חלבונים רבים, שמקודדים על ידי גנים רבים, ואנחנו רק יודעים על הקשר של גנים ספציפיים אלו למחלה באמצעות מחקרים סטטיסטיים וקורלציות. התמונה נהיית סבוכה עוד יותר כשמסתבר שבאיזורים שונים בעולם נפוצות משפחות שונות של גנים אלו, ובאיזורים מסוימים בעולם דווחו אללים נוספים שיש להם מעורבות במחלה *באותו איזור גיאוגרפי*, אבל באיזורים אחרים התמונה היא שונה.

אז מה בעצם אנחנו *כן* יודעים

אם תרשו לי לחזור רגע לפרולמינים שדיברנו עליהם קודם – אותם חלבוני אכסון שלא מסיסים בקלות במים – תכונה נוספת שמאפיינת אותם היא שהם חסינים למדי לאנזימי העיכול שיש לנו במעי. החלבונים האלה בנויים משרשראות מצולבות של מאות ואלפי חומצות אמינו; המטרה של מערכת העיכול שלנו היא לפרק אותם לחומצות אמינו בודדות, שאותן הגוף מעכל ומנצל ביעילות ובזריזות. אבל לא תמיד התהליך מושלם; לעתים החלבונים מתפרקים בצורה חלקית, כך שנוצרים פפטידים – שרשראות קצרות של כמה חומצות אמינו – שהם חסינים למדי לאנזימי עיכול מחד, ויש להם השפעות בעייתיות מאידך.

כאשר מפרקים את הגלוטן במהלך העיכול, חלק ממנו הופך להיות מסיס יותר במים. חלק זה של הגלוטן מכונה גליאדין (Gliadin), והוא קיים בשלושה סוגים עיקריים; גליאדין אלפא, גליאדין גאמא וגליאדין אומגה (α, γ, and ω). מסתבר שלגליאדין אלפא יש חלק מסוים ברצף החלבון שלו בעל תכונה מעניינת; הוא גורם לתאים במערכת העיכול לאפשר למולקולות גדולות להיכנס אל התחום שבין התאים. בצורה כזו, פפטידים שגודלם מעל שלוש חומצות אמינו יכולים להיכנס אל תוך ה'ריפוד' של המעי, וכשהמעי מתחיל 'לדלוף' פפטידים בצורה כזו מערכת החיסון שלנו מגויסת מיד כדי לבדוק מה קורה שם. זוכרים את חלבון ה-MHC שתיארנו קודם? אז אחד מהפפטידים שנוצרים מגליאדין אלפא – פפטיד באורך 33 חומצות אמינו – גורם לתגובה חזקה אצל אנשים שיש להם את הגן HLA-DQ2 שעליו דיברנו קודם. התגובה הזו גורמת לתאי מערכת החיסון לשחרר אינטרלאוקין-15, שהוא סיגנל חשוב של מערכת החיסון שגורם (בסופו של דבר) להופעה של דלקת. ככל הנראה קיימים מנגנונים נוספים שדומים למנגנון הנ"ל שפעילים בחולי צליאק והם עדיין לא תוארו בצורה מפורטת בספרות, אבל קיום המנגנון הזה מאפשר לנו להסיק שהם ככל הנראה דומים במהותם.

אבל אם זה עדיין לא מספיק מסובך בשבילכם, יש גם אנזים שנקרא טרנס-גלוטאמינאז (Transglutaminase), שכאשר הוא מגיב עם גליאדין, נוצר קשר צילוב שקושר את פפטיד הגליאדין אל האנזים. האנזים ש'סוחב' אחריו את הגליאדין כמו שרך עודף הופך להיות מטרה לתאי מערכת החיסון, שכבר אינם מזהים אותו כחלבון עצמי, אלא כחלבון זר. זה אולי נשמע מאד רע, אבל הגוף בדרך כלל נפטר בקלות מהאנזימים ה'מקולקלים' ולא מפתח תגובה חמורה כמו במחלת צליאק. אבל בביולוגיה כמו בביולוגיה, מחקרים הראו שבאחוז משמעותי מחולי צליאק, מסתבר שהנוגדנים נגד הקומפלקס אנזים-גליאדין מתאימים במקרה גם לפתוגן בעייתי אחר; חלבון בשם VP7 שהוא חלק מהמעטפת של וירוס הרוטה. נוגדנים אלו מעודדים התרבות של מונוציטים שמביאים לתגובה דלקתית. מחקרים אלה מרמזים שלהדבקה בוירוס הרוטה יש קשר בחלק מהשלבים האפשריים להתפתחות המחלה. אז תחסנו את הילדים שלכם.

כל זה נשמע רע מאד

כן, אבל ביולוגיה תמיד נשמעת רע. במיוחד כשמדברים על מחלות. עדיין רוב האנשים מצליחים לעכל גלוטן בלי בעיה, מערכת החיסון שלהם לא מתרגשת מכל מיני פפטידים סוררים, ולאורך הזמן גם תפוצת האללים שהוזכרו קודם באוכלוסיה משתנה. האבולוציה מלמדת אותנו שלפעמים דווקא אללים שגורמים בעיות עשויים להיות בסיס להתפתחות מועילה (כך למשל בדוגמא של אללים לאנמיה חרמשית; כשקיים רק אלל אחד, הם מהווים הגנה מפני מלריה).

אז לא עדיף פשוט להימנע מגלוטן?

אה.. השאלה העיקרית כאן היא "האם יש לך צליאק"? יש היום דרכים רפואיות מבוססות לבדוק האם אדם סובל ממחלת צליאק, אפילו אם הוא אינו מראה סימפטומים בולטים. אפשר לבצע בדיקה גנטית לנוכחות אללים רלוונטיים, בדיקות של נוגדנים נגד טראנסאמינאז שהוזכר קודם, ועוד. אז אם יש לך חשש שגלוטן הוא מרכיב מזיק בתזונה שלך, הכתובת הראשונה להתייעצות היא רופא. אם מסתבר שיש חשד סביר אפשר להתחיל לחשוב איך משנים את הדיאטה. אבל ההיסטריה הציבורית סביב הגלוטן מבוססת על הרבה מאד חשש, והרבה מאד תוכן שיווקי שנשען על דיעות קדומות כדי למכור מוצרים ביוקר. אם החלפתם את הדיאטה שלכם לנטול-גלוטן, וזה עשה לכם טוב – שוין. תמיד קיים הסיכוי שזה בגדר טיפול פלסבו, ואז כמו שאומרים זה הכל בראש (ולא במעי, לשמחתנו). וכמובן, גם קמחים ללא-גלוטן עדיין מכילים *משהו* שנועד לתפוס את אותו תפקיד; חלבון אחר ממקור צמחי, שאינו מסיס בקלות במים ויוצרי רשת קשרי צילוב. אז כמובן שבאותה מידה יכול להיות שגם בחלבון הזה יש איזה פפטיד שעשוי לגרום לבעיות.. אם יש לכם את האללים המתאימים. מה לעשות, גנטיקה (ואבולוציה) הם תהליכים מורכבים.

אז.. אמ;לק?

ברצינות? כל ההשקעה הזו ולא טרחתם לקרוא? טוב בסדר.

גלוטן הוא לא חומר יחיד אלא שם כולל להרבה מאד חומרים (ראה פירוט). אנשים שסובלים ממחלת צליאק רגישים לחלקים מסוימים מהגלוטן, ולכן בריא *להם* להימנע לחלוטין מגלוטן. אם אין לכם צליאק, אין סיבה להמנע מגלוטן. אם אתם חושבים שאתם רגישים לצליאק – לכו לרופא ותיבדקו. כן, אפילו אם החלפת הדיאטה עשתה לכם 'רק טוב'. ובאופן כללי – התזונה שלכם היא באחריותכם ותרגישו חופשי לא לקבל עצות ממני (או מאף אחד אחר) בנוגע אליה.

ותהיו לי בריאים 🙂

מקורות שעשיתי בהם שימוש במהלך כתיבת פוסט זה:

מודעות פרסומת

פעולות

Information

להשאיר תגובה

הזינו את פרטיכם בטופס, או לחצו על אחד מהאייקונים כדי להשתמש בחשבון קיים:

הלוגו של WordPress.com

אתה מגיב באמצעות חשבון WordPress.com שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת Twitter

אתה מגיב באמצעות חשבון Twitter שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת Facebook

אתה מגיב באמצעות חשבון Facebook שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת גוגל פלוס

אתה מגיב באמצעות חשבון Google+ שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

מתחבר ל-%s




%d בלוגרים אהבו את זה: