Materi Biokimia Karbohidrat

KARBOHIDRAT

           Karbohidrat berasal dari kata karbon (C) dan hidrat (H2O). Karbohidrat meliputi zat-zat yang terdapat di alam dan sebagian besar berasal dari tumbuhan. Nama lain karbohidrat adalah sakarida berasal dari bahasasa latin saccharum = gula. Karbihidrat disintesis dari CO2 dan H2O melalui proses fotosintesi dalam sel berklorofil dengan bantuan sinar matahari. Karbohidrat yang dihasilkan merupakan cadangan makanan yang disimpan dalam akar, batang, dan biji sebagai pati ( amilum ). Karbohidrat dalam tubuh manusia dan hewan dibentuk dari beberapa asam amino, gliserol lemak, dan sebagian besar diperoleh dari makanan yang berasal dari tumbuh-tumbuhan. Karbohidrat dalam sel tubuh disimpan dalam hati dan jaringan otot dalam bentuk glikogen

Sifat-sifat penting dari karbohidrat adalah dapat beroksidasi, bereduksi, berkondensasi, dan berpolimerasi serta dapat membentuk glikosida.Karbohidrat juga mempunyai sifat-sifat, yaitu : a. Berupa serbuk putihb. Sukar larut dalam pelarut nonpolarc. Mudah larut dalam air ( keculai polisakarida ) Karbohidrat termasuk penyusun sel karena terdiri dari molekul organic, yaitu molekul yang mengandung atom karbon (C), hidrohen (H), dan oksigen (O). Secara biologis, karbohidrat memiliki fungsi sebagai bahan baku sumber energi baik pada hean, manusia, dan tumbuhan.

Karbohidrat diklasifikasikan dalam 3 golongan, yaitu :         Monosakarida

Karbohidrat yang paling sederhana yang tidak dapat dihidrolisis lagi menjadi karbohidrat lain. Tata nama monosakarida tergantung dari gugus fungsional yang dimiliki dan letak gugus hidroksilnya. Berikut adalah tata nama monosakarida, yaitu:

     Monosakarida yang mengandung satu gugus aldehid disebut aldosa.                                     Aldosa merupakan monosakarida yang memiliki gugus aldehid pada salah satu ujungnya. Contohnya glukosa.  

     Monosakarida yang mengandung satu gugus keton disebut ketosa. Ketosa adalah monosakarida yang memiliki gugus aldehid pada salah satu ujungnya. Contohnya fruktosa.

     Monosakarida dengan enam atam C disebut heksosa, misalnya glukosa, fruktosa, dan galaktosa.

     Monosakarida yang mempunyai lima atom C disebut pentosa misalnya xilosa, arabinosa, dan ribosa.

         Oligosakarida       Oligosakarida yaitu karbohidrat yang terseusun dari 2 sampai sepuluh satuan monosakarida. Oligosakarida yang umum adalah disakarida yang tersusun atas dua monosakarida dan dapat dihidrolisis menjadi monosakarida, contohnya yaitu sukrosa, maltose, dan laktosa. Oligosakarida adalah polimer dengan derajat polimerasasi 2 sampai 10 dan biasanya bersifat larut dalam air. Oligosakarida yang terdiri dari dua molekul disebut disakarida, bila tiga molekul disebut triosa,

bila sukrosa terdiri dari molekul glukosa dan fruktosa, laktosa terdiri dari molekul glukosa dan galaktosa.        Oligosakarida yg paling sederhana Disakarida. Disakarida adalah suatu oligosakarida yang paling banyak terdapat di alam dan jenis karbohidrat yang banyak dikonsumsi oleh manusia di dalam kehidupan sehari-hari. Oligosakarida merupakan polimer dengan derajat polimerisasi 2 sampai 10 dan biasanya bersifat larut dalam air. Oligosakarida yang terdiri dari dua molekul monosakarida yang berikatan satu sama lain disebut disakarida.          Ikatan antara dua molekul monosakarida disebut ikatan glikosida. Ikatan ini terbentuk antara gugus hidroksil dari atom C nomor 1 yang juga disebut karbon anomerik dengan gugus hidroksil dari atom C pada molekul gula yang lain. Ikatan glikosida biasanya terjadi antara atom C no. 1 dengan atom C no. 4 dengan melepaskan 1 mol air. Ikatan glikosida antar monosakarida akan membentuk  oligosakarida dan polisakarida. Dlm proses penggabungan 2 monomer tersebut  H2O akan dibebaskan.

      Ikatan glikosida terbentuk dari eliminasi air antara gugus hidroksil dari suatu monosakarida berbentuk siklis dengan gugus hidroksil senyawa yang lain. Sifat-sifat dari disakarida, yaitu :

         Monomer gula penyusunnya dan stereo konfigurasinya.         Karbon yang terlibat dalam membentuk ikatan.         Urutan unit monomernya, apabila terdiri dari monosakarida yang berbeda.         Konfigurasi anomerik – gugus OH pada C no.1 dari setiap unit penyusunnya.

Macam – macam disakarida yang penting, yaitu :a. Laktosa          Laktosa adalah jenis disakarida yang merupakan gabungan dari dua unit monosakarida yang berbeda yaitu merupakan karbohidrat dari susu mamalia yang terdiri dari  D-galaktosa dan D-glukosa. Dalam disakarida ini, ikatan glikosidik antara C-1 anomerik dari β-D-galaktosa dan C-4 non anomerik dari D-glukosa marupakan β-(1,4).            Laktosa terdpt pd susu. Konsentrasi  laktosa dlm susu mamalia bervariasi  2.0 - 8.5%. Susu sapi dan kambing mengandung 4.5–4.8%, dan ASI  7%. Penggunaan  laktosa sebagai sumber energi  dengan hidrolysis menjadi monosaccharides, D-glucose and D-galactose. Laktosa tdk akan dicerna sebelum sampai usus halus (tempat enzim laktase).           Laktosa intolerance : keadaan dimana laktosa tdk dihidrolisis atau dihidrolisis sebagian karena kekuarangan enzim laktaseAkibat : adanya laktosa menyebabkan pindahnya cairan ke dalam lumen karena osmosis yg menyebabkan kram perut.  Laktosa difermentasi oleh bakteri anaerob : asam laktat, dan gas ( diare dan kembung)           Karbohidrat yang lain yang tidak dapat dicerna oleh enzim penernaan tetapi difermentasi oleh bakteri menghasilkan laktat dan gas ( diare dan kembung) : kacang-kacangan (rafinosa dan stakiosa). Laktosa merangsang usus untuk menyerap Calsium.

b. Maltosa            Maltosa adalah jenis disakarida yang paling sederhana dan terbentuk dari dua unit monosakarida yang sama yaitu glukosa. Maltosa mengandung 2 D-glukosa yang dihubungkan dengan oleh suatu ikatan glikosida diantara atom karbon 1 dari glukosa yang pertama dan atom karbon 4 dari glukosa yang keduamembentuk ikatan α. 

            Pada ujung kanan ciccin bisa membuka sehingga memiliki gugus aldehid  bebas yg bisa mereduksi oksidan. oleh karena itu, Maltosa adalah gula reduksi dan larut dalam air.

 c. Sukrosa             Sukrosa adalah disakarida yang dibentuk dari unit monosakarida yang berbeda yaitu antara satu molekul glukosa dan satu molekul fruktosa. Antara kedua unit unit monosakarida trsebut diikat dengan ikatan α – 1, β-2 glikosida. Sukrosa bukan gula pereduksi krn ujung-ujung aldehid bebas dari monosakaridanya saling terikat.              Hewan tidak dapat menyerap sukrosa seperti pada tanaman, tetapi dapat menyerap  molekul tersebut dengan bantuan enzim suknosa atau invertase. Sukrosa merupakan disakarida yang paling manis dibanding 3 disakarida yang umum di jumpai.

         Polisakarida             Karbohidrat yang tersusun dari sepuluh satuan monosakarida dan berantai lurus dan bercabang. Polisakarida adalah karbohidrat berupa polimer yang terbentuk dari banyak monomer – monomer monosakarida melalui iktan glikosida dalam suatu reaksi polimerisasi kondensasi             Rumus umum ( C6H10O5)n. Polisakarida dapat dihidrolisi oleh asam atau enzim tertentu yang kerjanya spesifik. Jenis polisakarida yang banyak di juumpai dialam :a. Amilum ( Pati )             Amilum (pati) merupakan polimer glukosa. Pati merupakan homopolimer glukosa dengan ikatan alfa-glikosidik. Berbagai macam pati tidak sama sifatnya, tergantung dari panjang rantai C-nya, serta apakah  lurus atau bercabang rantai molekulnya.Amilum terdiri dari 2 macam fraksi yang dapat dipisahkan dengan air panas, yaitu :

• Amilosa fraksi yang terlarut, dengan struktur yang tidak bercabang• Amilopektin

Tidak larut dalam air, sehingga byk digunakan sbg bentuk simpanan karbohidrat pada tanaman.             Pati dalam jaringan tanaman mempunyai bentuk granula yang berbeda-beda. Dengan mikroskop jenis pati dapat dibedakan karena mempunyai bentuk, ukuran, dan letak hilum yang unik. Bila pati mentah dimasukkan ke dalam air dingin, granula patinya akan menyerap air dan membengkak. Peningkatan volume granula pati yang terjadi di dalam air pada suhu 55 0C – 65 0C merupakan pembekakan yang sesungguhnya, dan setelah pembengkakan ini granula pati dapat kembali ke kondisi semula. Granula pati dapat dibuat membengkak luar biasa  dan bersifat tidak dapat kembali lagi pada kondisi semula. Perubahan tersebut dinamakan gelatinisasi.b. Glikogen             Glikogen merupakan “pati hewan”, banyak terdapat pada hati dan otot bersifat larut dalam air, serta bila bereaksi dengan iodin akan berwarna merah. Glikogen juga telah berhasil diisolasi dari benih jagung (sweet corn). Glikogen disimpan dalam hati hewan sebagai cadangan energi yang sewaktu-waktu dapat diubah menjadi glukosa. 

c. Selulosa             Struktural karbohidrat utama pada tumbuhan berkayu dan berserat. Polimer D-glukosa linear dgn iktn β14, dengan ikatan tersebut menyebabkan mempunyai karakter yang sangat berbeda dgn amilosa. Bentuk seperti fiber / serat lurus dan memanjang. Setiap residu glukosa membentuk pita yang antar satu dengan yang lain saling berputar 180 °

Biokimia karbohidrat 

 

 

 

 

 

12 Votes

BAB 2

KARBOHIDRAT

PENDAHULUAN

Istilah karbohidrat pada awalnya digunakan untuk golongan senyawa yang mengandung atom C, H dan O yang mempunyai rumus (CH2O)n, yaitu senyawa-senyawa n atom karbonnya tampak terhidrasi oleh n molekul air. Senyawa-senyawa ini memiliki  sifat pereduksi karena  mengandung gugus karbonil seperti aldehid dan keton dan memiliki gugus hidroksil dalam jumlah banyak, untuk itu diharapkan setelah mengikuti kuliah ini, mahasiswa dapat :

1. Menjelaskan terbentuknya karbohidrat.2. Menjelaskan struktur glukosa dalam polisakarida.3. Menjelaskan  proses hidrolisis dan sintesis pada sukrosa.4. Menjelaskan sifat-sifat monosakarida.5. Menjelaskan isomer dari gliseraldehida.6. Menjelaskan bayangan cermin dari glukosa.7. Membedakan enetiomer dengan diastreoisomer.8. Menjelaskan cincin piran dan furan.9. Menghitung anomer α maupun β

10.  Menjelaskan sifat reduksi dari disakarida.

11.  Membedakan ikatan yang ada pada glikogen, pati, dan selulosa

POKOK MATERI

1. Keberadaan Karbohidrat

Pada hewan dan manusia, energi disimpan  sebagai glikogen dan pada tanaman energinya adalah pati, karbohidrat yang pembentuk struktur adalah selulosa (pada dinding sel tumbuhan). Pada tumbuhan karbohidrat dibentuk dari reaksi CO2 dan H2O dengan bantuan sinar matahari melalui proses fotosintesis dalam sel tanaman yang berklorofil.

CO2 +  H2O à (C6H12O6)n   +  O2

Karbohidrat berasal dari pengertian atom karbon yang terhidrasi dengan rumus (CH2O)n, tetapi pengertian ini tidak tepat karena perbandingan atom H dan atom O yang tidak tepat (2:1), contoh gula deoksiribosa C5H10O4, biarpun demikian istilah karbohidrat tetap digunakan.

Kabohidrat merupakan sumber kalori utama yakni 1 gram karbohidrat memberikan 4 kkal, beberapa karbohidrat  menghasilkan serat-serat (dietary fiber) yang berguna untuk pencernaan.

Pada tumbuhan  karbohidrat terdapat sebagai selulosa, yaitu senyawa yang membentuk  dinding sel tumbuhan. Serat kapas dapat  dikatakan seluruhnya terdiri atas selulosa. Batang tebu terdiri juga atas selulosa, sedangkan cairan yang terasa manis yang terkandung dalam tubuh tebu ialah gula.

Karbohidrat yang berasal dari makanan, dalam tubuh mengalami perubahan atau metabolisme. Hasil metabolisme karbohidrat antara lain  glukosa yang terdapat dalam darah, sedangkan glikogen adalah karbohidrat yang disintesis dalam hati dan digunakan oleh sel-sel  pada jaringan otot sebagai sumber energi. Jadi ada berbagai macam senyawa yang termasuk dalam golongan karbohidrat. Dari contoh di atas  diketahui bahwa amilum atau pati, selulosa, glikogen, sukrosa dan glukosa merupakan  beberapa senyawa karbohidrat yang penting dalam kehidupan manusia.

Energi yang terkandung dalam karbohidrat pada dasarnya berasal dari energi matahari. Karbohidrat dalam hal ini glukosa, dibentuk dari karbon dioksida dan air dengan bantuan sinar matahari dan klorofil dalam daun. Selanjutnya glukosa yang terjadi  diubah menjadi amilum dan disimpan pada bagian lain, misalnya  pada buah atau umbi. Proses pembentukan glukosa dari karbon dioksida dan air disebut proses fotosintesis.

Karbohidrat adalah senyawa-senyawa aldehida atau keton dengan banyak gugus hidroksil. Senyawa-senyawa ini menyusun sebagian besar bahan organik karena peran multipelnya pada semua bentuk kehidupan.

1. Karbohidrat bertindak sebagai sumber energi, bahan bakar, dan zat antara metabolisme. Pati pada tumbuhan dan glikogen pada manusia dan hewan adalah polisakarida  yang dapat dengan cepat dimobilisasi untuk menghasilkan glukosa, bahan bakar utama untuk pembentukan energi. ATP (gambar 2.1), alat tukar  energi bebas yang universal, adalah derivat gula terfosforilasi, sebagaimana banyak koenzim.

Gambar 2.1. Adenosin Tri Phosphat

1. Gula ribosa dan deoksiribosa membentuk sebagian kerangka struktur RNA dan DNA. Flesibilitas cincin kedua gula ini  penting pada penyimpanan dan ekspresi informasi genetik.

2. Polisakarida adalah elemen  struktur dinding sel bakteri dan tumbuh-tumbuhan, dan rangka luar arthropoda. Ternyata selulosa, konstituen utama dinding sel tumbuhan yang adalah salah satu senyawa organik yang paling banyak di biosfir.

3. Karbohidrat berikatan dengan banyak protein dan lipid, misalnya unit-unit gula glikoforin yakni suatu protein integral membran, memberi sel-sel darah merah satu lapisan anion yang sangat polar.

Suatu fakta bahwa unit-unit karbohidrat pada permukaan sel memainkan peranan kunci pada proses pengenalan antar sel. Fertilasi mulai dengan pengikatan sperma kepada oligisakarida spesifik pada permukaan telur. Adhesi lekosit pada lapisan pembuluh darah  yang rusak dan kembalinya limfosit kesitus asalnya pada nodus limfe memberi gambaran tentang pentingnya karbohidrat

1. Pembagian Karbohidrat

Karbohidrat tersusun sebagai polihidroksi aldehida atau polihidroksi keton, karbohidrat dibagi dalam tiga kelompok yakni,

-          Polisakarida  terdiri dari selulosa, pati, dan glikogen.

-          Oligosakarida / disakarida terdiri dari sukrosa, maltosa, dan laktosa

-          Monosakarida terdiri dari glukosa, fruktosa, dan galaktosa

Pada umumnya disakarida dan monosakarida adalah senyawa yang mengkristal, larut dalam air, dan rasanya manis. Polisakarida adalah suatu polimer, jika dihidrolisis menghasilkan sejumlah monomer atau monosakarida-monosakarida.        (Gambar 2.2).

Gambar 2.2. Struktur glukosa dalam glikogen, pati, dan selulosa

Oligosakarida merupakan senyawa yang jika dihidrolisis menghasilkan dua sampai enam gula monosakarida, pada gambar 2.3. menunjukkan jika disakarida (maltosa) dihidrolisis akan menghasilkan dua gula monosakarida (glukosa dan glukosa).

Gambar 2.3. Reaksi hidrolisis dan sintesis maltosa

1. Sifat-sifat  Monosakarida

Bentuk stereoisomer terdiri dari isomer optik dan isomer geometri, isomer geometri dikenal dengan bentuk cis dan trans (gambar 2.4), seperti asam fumarat (trans) dan asam maleat (cis) sedangkan isomer yang biasanya terdapat pada karbohidrat adalah isomer optik.

 

 Asam fumarat (trans) Asam maleat (cis)

Gambar 2.4. Isomer geometri

Aldosa dengan 4, 5, 6, dan 7 disebut tetrosa, pentosa, heksosa, dan heptosa. Dua heksosa yang umum adalah D-Glukosa (aldosa) dan D-Fruktosa (ketosa)

Molekul monosakarida mempunyai atom karbon asimetris yakni atom karbon yang mengikat gugus berlainan pada tiap ikatan kovalennya, sehingga dapat membentuk dua senyawa yang merupakan bayangan cermin  bagi yang lainnya, misalnya D-glukosa dan L-glukosa (gambar 2.5).

 

 D-glukosa cermin L-glukosa

Gambar 2.5. Bentuk bayangan cermin dari glukosa

Monosakarida yang paling sederhana, dengan n=3 adalah gliseraldehida dan dihidroksiaseton. Senyawa-senyawa ini adalah triosa. Gliseraldehida juga suatu aldosa karena mengandung gugus aldehida, sedangkan dihidroksiaseton adalah  ketosa karena mengandung gugus keto (gambar 2.6).

 

 D-Gliseraldehida 

(aldosa)

L-Gliseraldehida 

(aldosa)

Dihidroksiaseton 

(ketosa)

Gambar 2.6. Aldosa dan Ketosa sederhana

Gliseraldehida mempunyai karbon asimetrik tunggal. Jadi, terdapat dua stereoisomer dari aldosa tiga karbon ini, D-Gliseraldehida dan L-Gliseraldehida (enantiomer).

Pada gambar 2.7. menunjukkan bahwa tiap atom karbon dalam dalam molekul monosakarida mengandung gugus hidroksil, kecuali sebuah atom karbon yang mengandung gugus aldehida (yang biasanya terletak pada ujung rantai karbon yang pertama) atau gugus keton.

Jika gugus aldehida  terdapat pada ujung rantai senyawa ini disebut senyawa aldosa dan jika struktur  keton terdapat pada rantai disebut ketosa (perhatikan  ikatan pada C yang berikut). Gambar 2.7. pada bagian a terdapat gugus aldehida pada C yang pertama dan pada gambar b terdapat gugus keton.

Gambar 2.7. Struktur Glukosa, Fruktosa dan Sukrosa

Hubungan stereokimia D-aldosa yang mengandung tiga, empat, lima, dan enam atom karbon. Semua gula ini adalah D-aldosa (gambar 2.8) karena mengandung gugus aldehida (diperlihatkan dalam warna kuning) dan mempunyai konfigurasi D-gliseraldehida pada pusat asimetriknya yang paling jauh (diperlihatkan dalam warna merah). Dari seri D pada gambar 2.8, satu di antara aldosa empat karbon ini adalah D-eritrosa dan lainnya D-treosa. Keduanya mempunyai konfigurasi yang sama pada C-3 (karena keduanya adakah gula D) tetapi konfigurasi berlawanan pada C-2, keduanya adalah diastereoisomer, bukan enantiomer, karena keduanya bukan bayangan cermin satu sama lain.

Gambar 2.8. Hubungan stereokimia dari D-gliseraldehida

Aldosa 5 karbon mempunyai tiga pusat asimetrik yang memberikan 8  stereoisomer, aldosa 6 karbon  mempunyai empat pusat asimetrik dengan demikian terdapat 16  stereoisomer.

Gambar 2.9. Hubungan Stereokimia dari Dihidroksi aseton

Hubungan-hubungan  streokimia ketosa D diperlihatkan pada gambar 2.9,  Dihidroksi aseton, ketosa yang paling sederhana, tidak mempunyai aktivitas optik. D-eritrulosa adalah satu-satunya ketosa D empat-karbon, karena ketosa mempunyai satu pusat asimetri lebih sedikit dari pada yang terdapat pada aldosa dengan jumlah atom karbon yang sama. Karenanya, terdapat dua keton lima-karbon dan empat keton enam-karbon (ketosa D). D-Fruktosa adalah ketoheksosa.

Pembentukan Struktur Siklik.

Cara  penulisan simbol D dan L dalam rantai siklik heksosa berdasarkan letak karbon nomor 6. bila berada di atas bidang cincin maka diberi simbol D, sedang bilaman terletak di bawah bidang cincin diberi simbol L.

Gambar 2.10. Struktur Pemberian Nama

Pada D heksosa, pemberian simbol α dan β ditentukan oleh gugus hidroksil pada atom C-1. Jika letak hidroksil berada di bawah bidang cincin diberi simbol α, bila gugus hidroksil berada di atas bidang cincin diberi simbol β. Oleh karena D dan L merupakan bayangan cermin, maka pemberian simbol α dan β pada L-heksosa dilakukan secara kebalikannya, yaitu bila hidroksil berada di atas bidang cincin maka diberi simbol α dan seterusnya.

Bentuk glukosa dan fruktosa yang utama dalam larutan bukanlah rantai terbuka yang akan membentuk cincin (siklik). Umumnya aldehida dapat bereaksi dengan alkohol membentuk senyawa hemiasetal intermolekul (gambar 2.11).

Gambar 2.11. Senyawa Hemiasetal

C-1 pada aldehida glukosa bentuk rantai terbuka, bereaksi dengan gugus hidroksil pada C-5 membentuk hemiasetal intramolekul. Cincin berbentuk segi enam yang dihasilkan disebut piranosa (gambar 2.12).

Gambar  2.12. Bentuk Siklik dari Glukosa

Begitu pula keton dapat bereaksi dengan alkohol membentuk hemiketal intramolekul (gambar 2.13).

Gambar 2.13. Senyawa Hemiketal

Gugus keto C-2 pada fruktosa bentuk rantai terbuka dapat bereaksi dengan gugus hidroksil C-5 membentuk hemiketal intramolekul. Cincin berbentuk segi lima yang dihasilkan disebut furanosa (gambar 2.14)

Gambar 2.14. Bentuk Siklik dari Fruktosa

Gambaran glukopiranosa dan fruktofuranosa adalah proyeksi Haworth. Pusat asimetrik tambahan timbul sewaktu glukosa membentuk cincin. C-1, atom karbon karbonil pada bentuk rantai terbuka akan menjadi pusat asimetrik pada bentuk cincin. Dua struktur cincin dapat dibentuk α-D-glukopiranosa dan β-D-glukopiranosa.

Fruktosa tidak selamanya hanya membentuk cincin  furanosa, juga dapat membentuk cincin piranosa (gambar 2.15.), baik dalam bentuk α maupun β (berhubungan dengan kedudukan OH).

Gambar 2.15. Bentuk Piran dan Furan dari Fruktosa

Madu lebah selain glukosa juga mengandung fruktosa. Fruktosa adalah suatu ketoheksosa yang mempunyai sifat memutar bidang cahaya terpolarisasi ke kiri dan karenanya disebut levulosa (L). Fruktosa mempunyai rasa lebih manis dari glukosa. Fruktosa dapat dibedakan dari glukosa dengan pereaksi Seliwanoff yaitu suatu larutan resorsinol (1,3 dihidroksi benzena) dalam asam HCl. Dengan pereaksi ini mula-mula fruktosa diubah menjadi hidrosimetilfurfural yang selanjutnya bereaksi dengan resorsinol membentuk senyawa yang berwarna merah. Pereaksi Seliwanoff  khas untuk menunjukan adanya ketosa. Fruktosa berikatan dengan glukosa membentuk sukrosa.

Mutarotasi

Telah diketahui bahwa α-D-glukopiranosa dan β-D-glukopiranosa, keduanya adalah isomer optik, tetapi bukan bayangan cermin sebab keduanya adalah epimer diastereomer atau anomer yang mempunyai sifat fisik  yang berlainan dan dapat dipisahkan dengan cara kristalisasi. Kalau D-glukosa (campuran bentuk anomer) dilarutkan dalam air atau etanol 70 % dan dibiarkan mengkristal akan diperoleh bentuk anomer α dengan titik lebur 146 0C dan rotasi spesifik + 112 0. Kalau dikristalkan dari larutan dalam asam  asetat atau piridin akan diperoleh anomer β dengan titik lebur 150 0C dan rotasi spesifik +19 0. Kedua anomer tersebut  stabil dalam bentuk kristal. Bilamana salah satu dari keduanya dilarutkan dalam air dan dibiarkan sampai mencapai kesetimbangan, maka rotasi spesifik untuk campuran anomer menjadi + 53 0, sehingga dapat diperkirakan  kedua anomer adalah      (112  + 19) : 2 = 65,5 0, tetapi  salah satu anomer harus lebih dominan.

Perubahan sampai mencapai kesetimbangan disebut mutarotasi, hal ini merupakan fenomena untuk semua monosakarida yang strukturnya memungkinkan adanya bentuk siklik anomer α dan anomer β. Proses mutarotasi  pada semua monosakarida melalui bentuk  siklik, karenanya sejumlah kecil atau kurang dari 0,1 % selalu terdapat dalam kesetimbangan. Dengan alasan ini monosakarida  selalu mempunyai gugus aldehida potensial.

Tabel 2.1. Rotasi Spesifik beberapa Sakarida

Sakarida Anomer α Anomer β Kesetimbangan Kesetimbangan

D-glukosa + 112 0 + 19 0 + 53 0

D-fruktosa - 21 0 - 133 0 - 92 0

D-galaktosa + 151 0 - 53 0 + 84 0

D-manosa + 30 0 - 17 0 + 14 0

D-laktosa + 90 0 + 35 0 + 55 0

D-maltosa + 168 0 + 112 0 + 136 0

Galaktosa merupakan monosakarida yang jarang terdapat bebas di alam. umumnya berikatan dengan glukosa  dalam bentuk laktosa, yaitu gula yang terdapat dalam susu. Galaktosa mempunyai rasa kurang manis daripada glukosa dan kurang larut dalam air.  Galaktosa mempunyai sifat memutar bidang cahaya terpolarisasi ke kanan.

Gambar 2.16.  D-galaktosa

Pada proses oksidasi oleh asam nitrat pekat dan dalam keadaan panas galaktosa menghasilkan asam musat yang kurang larut dalam air bila bila dibandingkan dengan asam sakarat yang dihasilkan oleh oksidasi glukosa. Pembentukan asam musat ini, dapat dijadikan cara identifikasi galaktosa, karena kristal asam musat mudah dimurnikan dan diketahui bentuk kristal maupun titik leburnya.

Reaksi Dengan Asam dan Basa

Apabila glukosa dilarutkan dalam basa encer, akan menghasilkan suatu campuran (fruktosa + manosa + dan sebagian glukosa). Hal ini dimungkinkan karena enolisasi glukosa melalui senyawa antara tersebut dalam larutan enadiol. Perubahan dari aldosa menjadi ketosa disebut transformasi Bruyn-Alberda van Ekenstein. Transformasi tidak dapat berlangsung dalam larutan basa pekat, karena monosakarida mudah teroksidasi, tergedradasi, dan berpolimerisasi. Dalam asam encer, umumya monosakarida sangat stabil, tetapi jika aldoheksosa dipanaskan dalam asam kuat, maka akan mengalami dehidrasi dan diperoleh bentuk  hidroksimetil furfural.

Gambar 2. 17.  Hidroksimetil Furfural

Gula Pereduksi

Sifat gula pereduksi disebabkan adanya gugus aldehida dan gugus keton yang bebas, sehingga dapat mereduksi ion Cu dan ion Ag dalam larutan basa. Larutan Benedict yang mengandung CuSO4, NaOH, dan Na-sitrat, gula akan mereduksi ion Cu2+ menjadi Cu+, tidak larut dan berwarna kuning atau merah.

Dalam zat pengoksidasi kuat  seperti HNO3, gugus aldehida dan gugus alkohol primer akan teroksidasi membentuk asam dikarboksilat atau asam aldarat (asam glukarat). Asam monokaboksilat  yang terjadi jika hanya gugus alkohol primer saja yang teroksidasi disebut uranoat (glukoronat, galaktrona).

Ganbar 2.18. Beberapa Senyawa Asam Gula

Pembentuk Glikosida

Apabila larutan D-glukosa diberi metanol dan HCl akan membentuk dua senyawa yaitu α dan β-metil D-glukopiranosida. Dua bentuk diastereoisomer labil dalam asam dan stabil dalam basa. Gugus aldehida berubah menjadi gugus asetal sehinga kehilangan sifat pereduksi.

Gambar 2.19. Bentuk α dan β-metil D-glukosida dari D-glukosa

Pembentukan Ester

Umumnya semua monosakarida atau polisakarida dapat terasetilasi oleh asam asetat membentuk O-asetil- α-D-glukosa, kemudian gugus asetil dapat dihidrolisis oleh asam atau basa, sifat inilah yang sering digunakan untuk penentuan  struktur karbohidrat. Senyawa ester  yang penting dalam metabolisme yaitu ester fosfat yang terjadi dari reaksi antara karbohidrat dengan ATP

Gambar 2.20. Asam α-D-frukto 1,6 difosfat

1. Sifat-sifat Oligosakaraida

Oligosakarida adalah polimer dengan derajat polimerasi 2 sampai 10 dan biasanya bersifat larut dalam air. Oligosakarida yang terdiri dari dua molekul disebut disakarida, misalnya sukrosa  yang terdiri dari glukosa dan fruktosa. Ikatan antara dua molekul monosakarida disebut ikatan glikosidik. Ikatan ini terjadi antara  atom C-1 dengan atom C-4 atau dengan melepaskan 1 mol air. Ikatan glikosidik jarang terjadi antara karbon anomerik dengan karbon yang ganjil, misal 1, 3, 1, 5, 1, 7, tetapi biasanya dengan ikatan karbon yang genap yakni 2, 4, dan 6.

Ada tidaknya sifat pereduksi  dari suatu molekul gula ditentukan oleh ada tidaknya gugus hidroksil (OH) bebas yang reaktif. Gugus hidroksil yang reaktif pada glukosa (aldosa) biasanya terletak pada C-1 (anomerik), sedangkan pada fruktosa (ketosa) hidroksil reaktifnya terletak pada C-2.

Gambar 2.21. Beberapa Disakarida

Sukrosa tidak mempunyai gugus OH bebas yang reaktif karena keduanya sudah saling terikat, sedangkan laktosa mempunyai OH bebas pada atom C-1 pada gugus glukosanya, karena itu laktosa bersifat pereduksi sedangkan sukrosa bersifat nonpereduksi.

Gambar 2.22. Beberapa Ikatan Glikosidik

1. Polisakarida

Polisakarida yang terdapat di alam jika terhidrolisis akan menghasilkan monosakarida. Polisakarida mempunyai fungsi sebagai :

1. Polisakarida Struktur (selulosa)

Selulosa merupakan serat panjang bersama hemiselulosa, pektin, dan protein membentuk struktur jaringan  yang memperkuat dinding sel tanaman.  Seperti juga amilosa, maka selulosa juga adalah polimer rantai lurus α 1,4 glukosida. Selulosa  dihidrolisis oleh enzim selobiase yang cara kerjanya mirip dengan β amilase.

1. Polisakarida Simpanan (pati, glikogen)

Pati terdiri dari (1) amilosa yang merupakan polisakarida linier dimana unit glukosa dihubungkan oleh ikatan α 1,4 glukosida dan (2) amilopektin yaitu polisakarida dengan banyak cabang dimana rantai lurusnya adalah ikatan       α 1,4 glukosida sedangkan rantai cabangnya ikatan α 1,6 glikosida. Ikatan      α 1,4 glukosida dapat dihidrolisis oleh enzim α amilase dan β amilase tetapi pada ikatan α 1,6 glikosida tidak dapat dihidrolisis oleh kedua enzim ini dan hanya dapat dihidrolisis oleh α 1,6 glukosidase.

Gambar 2.23. (a) Amilosa (b) Amilopektin

Glikogen (gambar 2.1), banyak terdapat dalam jaringan hewan  dan manusia, strukturnya mirip dengan amilopektin hanya jumlah percabangannya lebih banyak, ikatan  α 1,4 glikosida dapat dihidrolisis oleh α amilase dan                β amilase, sedangkan pada ikatan α 1,6 glikosida dapat dihidrolisis oleh α 1,6 glukosidase.

1. Senyawa Pektat

Senyawa pektat terdapat dalam lamela tengah dinding sel tumbuhan. Senyawa ini biasa berasosiasi dengan selulosa membentuk protopektin yang tidak larut. Pemanasan dalam medium air yang diasamkan mengakibatkan hidrolisis membentuk pektin.

Gambar  2.24. Pektin

Reaksi serupa yang menyebabkan terbentuknya pektin  yang larut terjadi selama  proses pemasakan pada buah. Senyawa pektin adalah polimer asam  α-galakturonat yang  disambung-sambungkan dengan  ikatan 1→4 yang terdapat dalam derajat pengesteran atau penetralan  yang beragam.  Selain itu pektin mengandung L-arabinan  dan  β-D-galaktan yang disambungkan dengan ikatan 1→4

Gambar 2.25. Struktur hipotetik satuan berulang polidekstrosa.

1. Metabolisme Karbohidrat

1. Glikolisis

Glikolisis adalah suatu proses yang menghasilkan perubahan satu molekul glukosa menjadi dua molekul piruvat. Proses ini dapat berlangsung didalam sel yang paling sederhana tanpa memerlukan oksigen, lintas glikolisis memperlihatkan lima fungsi utama di dalam sel yakni :

1. Glukosa diubah menjadi piruvat, yang dapat dioksidasi dalam siklus asam sitrat.2. Banyak senyawa selain glukosa dapat memasuki lintas glikolisis pada tahap antara (intermediat).3. Dalam beberapa sel lintas tersebut diubah untuk sintesis glukosa.4. Lintas tersebut mengandung zat antara yang terlibat dalam reaksi metabolik lainnya.5. Untuk tiap-tiap molekul glukosa yang dikonsumsi, secara netto dihasilkan dua molekul ATP 

melalui fosforilasi tingkat substrat.

Secara keseluruhan, persamaan yang setara untuk proses glikolisis adalah :

C6H12O6 +  2 ADP  +  2 NAD+ +  2 Pi à

2 C3H4O3 +  2 ATP  +  2 NADH +  2H+ +  2 H2O

Rumus yang tampak di atas tidak memperlihatkan kerumitan lintas glikolitik yang melibatkan sepuluh langkah reaksi enzimatik sitoplasmik yaitu :

Langkah 1, Heksokinase mengkatalisis fosforilasi α-D-glukosa menjadi α-D-glukosa-6-fosfat secara ireversibel, disini diperlukan  ATP dan Mg2+.

Langkah 2, Glukosa-6-fosfat isomerase mengkatalisis isomerasi dari α-D-glukosa-6-fosfat menjadi α-D-fruktosa-6-fosfat secara reversibel yang berlangsung dengan bebas.

Langkah 3, Fosfofruktokinase memfosforilasi α-D-fruktosa-6-fosfat menjadi α-D-fruktosa-1,6-bisfosfat secara ireversibel, memerlukan ATP dan Mg2+. Fosfofruktokinase diatur secara alosterik dengan sejumlah efektor dimana semuanya terlibat dalam transduksi energi.

Langkah 4, Fruktosa-1,6-bisfosfat aldolase memecah α-D-fruktosa-1,6-bisfosfat menjadi D-gliseraldehida-3-fosfat dan dihidroksiaseton fosfat.

Langkah 5, Triosafosfat isomerase mengubah dihidroksiaseton fosfat menjadi D-gliseraldehida-3-fosfat.

Langkah 6, Gliseraldehida-3-fosfat dehidrogenase mengkatalisis oksidasi D-gliseraldehida-3-fosfat, disertai dengan fosforilasi zat antara asam karboksilat, untuk menghasilkan  D-1,3-bisfosfogliserat. NAD+ direduksi menjadi   NADH + H+. Ini merupakan satu-satunya reaksi redoks yang terjadi dalam glikolisis.

Langkah 7, Fosfogliserat kinase mengubah D-1,3-bisfosfogliserat menjadi   D-3-fosfogliserat, langkah ini menghasilkan ATP.

Langkah 8, Fosfogliseromutase mengkatalisis isomerasi antara                     D-3-fosfogliserat dan D-2-fosfogliserat.

Langkah 9, Enolase mendehidrasi D-2-fosfogliserat menghasilkan fosfoenolpiruvat. Reaksi ini memerlukan Mg2+.

Langkah 10, Piruvat kinase mengubah secara ireversibel fosfoenolpiruvat menjadi piruvat (produk akhir glikolisis).

1. Perubahan Piruvat

Perubahan piruvat yang dihasilkan melalui glikolisis bergantung pada ketersediaan oksigen, keadaan energi dari suatu sel, dan mekanisme yang tersedia bagi sel untuk mengoksdasi NADH menjadi NAD+.

C3H4O3 + 2 1/2 O2 à 3 CO2 + 2 H2O

Agar glikolisis dapat terus berlangsung, maka NAD+ yang diperlukan untk reaksi oksidatifdlam langkah 6 harus dihasilkan lagi dari NADH. Tanpa oksigen, reaksi dapat berlangsung dengan mereduksi piruvat mejadi laktat, yang dikatalisis oleh laktat dehidrogenase dengan reaksi :

1. Glukoneogenesis

Dalam sel mamalia, glukosa adalah sumber energi yang paling melimpah, glukosa dimetabolisme di dalam semua sel sebagai bahan bakar glikolitik dan disimpan dalam hati dan otot sebagai polimer glikogen dengan syarat yang diperlukan adalah (1) ketersediaan rangka karbon spesifik yang berasal dari asam amino tertentu, (2) energi dalam entuk ATP dan (3) enzim yang sesuai.

LATIHAN

1. Mendiskusikan terbentuknya karbohidrat dan struktur glukosa dalam polisakarida2. Menggambarkan reaksi hidrolisis dan sintesis dari sukrosa dan laktosa.3. Mendiskusikan sifat-sifat monosakarida.4. Mendiskuskan bentuk isomer dari gliseraldehida dan bayangan cermin glukosa.

5. Mendiskusikan perbedaan enetiomer dengan diastreoisomer.6. Mendiskusikan cincin anomer piran dan furan, anomer α dan β.7. Mendiskusikan sifat reduksi dari disakarida.8. Mendiskusikan 10 langkah glikolisis

RANGKUMAN

1. Monosakarida

D-glukosa merupakan monosakarida yang paling penting dan berasal dari gula paling sederhana, D-gliseraldehida yang digolongkan sebagai aldotriosa. Nama gula aldosa dan ketosa menunjukan ciri kimia  bentuk yang mereduksi dari gula dan  dapat ditunjukkan dengan rumus rantai sederhana atau rantai terbuka menurut Fischer. Rumus jenis ini menunjukkan gugus aldehida bebas dan empat hidroksil sekunder yang aktif optik. Karena reaksi kimia gula tidak sesuai dengan struktur ini, konfigurasi cincin yang  melibatkan  hemiasetal antara C-1 dan C-5 lebih tepat menggambarkan  struktur monosakarida. Struktur cincin  anggota lima disebut furanosa, cincin anggota enam disebut piranosa. Cincin seperti itu disebut heterosiklik karena satu anggotanya atom oksigen (heteroatom). Jika gugus mereduksi terlibat dalam struktur cincin  hemiasetal, C-1 menjadi asimetrik dan ada dua isomer yang mungkin, keduanya disebut  anomer.

Kebanyakan gula alam termasuk anggota deret D. Tanda D atau L mengacu kedua deret gula. Dalam deret D, karbon asimetrik yang bernomor tertinggi gugus OH-nya mengarah ke kanan, dalam rumus proyeksi Fischer. Dalam deret L, hidroksil ini mengarah ke kiri.

Setelah rumus Fischer diperkenalkan dan cara penyajian oleh Haworth, cara ini merupakan usaha untuk memberikan  gambaran keruangan molekul secara tepat. Karena rumus Haworth tidak memperhatikan sudut ikatan yang sebenarnya, ternyata bahwa  rumus molekul modern  dapat menggambarkan molekul gula. Ada sejumlah konformasi  kursi gula piranosa yang mungkin dan dua konformasi terpenting untuk glukosa. Dua bentuk anomer monosakarida yang mungkin ditandai dengan awalan abjad yunani α dan β. Pada α-anomer gugus hidroksil  mengarah ke kanan, menurut rumus proyeksi Fischer, gugus hidroksil mengarah ke kiri pada β-anomer. Bentuk anomer gula  dalam larutan dalam kesetimbangan tauomerk dan ini menyebabkan perubahan rotasi optik jika gula dilarutkan. Pada kondisi normal, memerlukan beberapa jam atau lebih lama lagi untuk mencapai kesetimbangan dan putaran optik mencapai harga kesetimbangan. Pada suhu kamar larutan gula dalam air dapat berada dalam empat tautomer.

Gula alam kebanyakan heksosa, tetapi gula dengan jumlah  karbon yang berlainan terdapat juga dalam produk, hal ini mengakibatkan adanya seragam gula yang beragam seperti aldosa, ketosa, gula deoksi dll. Fruktosa merupakan gula termanis  dan berada terikat pada glukosa dalam sukrosa. Dari semua heksosa yang mungkin ada hanya dua yang tersebar luas yakni D-manosa dan D-galaktosa.

1. Oligosakarida

Polimer monosakarida dapat berupa dua jenis homo dan hetero. Jika jumlah satuan dalam rantai glikosida antara 2 dan 10, senyawa  yang terbentuk oligosakarida. Jika lebih dari 10 satuan 

dipandang sebagai polisakarida. Jumlah oligosakarida  yang mungkin ada sangat besar, tetapi hanya sedikit  yang terdapat dalam jumlah besar makanan. Oligosakarida tersusun dari  monosakarida D-glukosa, D-galaktosa, dan D-fruktosa.

Sukrosa atau gula pasir  biasa terdapat dalam jumlah besar dalam banyak tumbuhan tebu ( Saccharum offcinarum) atau bit gula (Beta vulgaris). Karena…

1. Polisakarida

Pada umumnya polisakarida mempunyai molekul besar  dan lebih kompleks daripada monosakarida dan oligosakarida. Polisakarida terdiri dari banyak molekul monosakarida. Beberapa polisakarida yang penting di antaranya ialah amilum, selulosa, dan glikogen.

a) Amilum

Polisakarida ini terdapat banyak di alam, yaitu pada sebagian besar tumbuhan. Amilum atau pati terdapat pada umbi, daun, batang, dan biji-bijian. Batang pohon sagu mengandung pati yang setelah dikeluarkan  dapat dijadikan bahan makanan. Umbi yang terdapat pada ubi jalar atau akar pada ketela pohon  atau singkong mengandung pati yang cukup banyak, sebab ketela pohon tersebut  selain dapat digunakan  sebagai makanan sumber karbohidrat.  Amilum terdiri atas dua macam polisakarida yang kedua-duanya adalah polimer dari glukosa, yaitu amilosa dan sisanya amilopektin. Amilosa terdiri dari 250-300 unit D-glukosa yang terikat dengan ikatan  α 1,4-glikosidik, jadi molekulnya merupakan rantai terbuka. Amilopektin juga terdiri atas molekul D-glukosa yang sebagian besar  mempunyai ikatan 1,4-glikosidik dan sebagian lagi 1,6-glikosidik. Adanya ikatan 1,6-glikosidik menyebabkan terjadinya cabang, sehingga molekul amilopektin  berbentuk rantai  panjang dan bercabang.

Molekul amilopektin  lebih besar dari molekul amilosa karena terdiri atas lebih dari 1.000 unit glukosa. Butir-butir pati  tidak larut dalam air dingin tetapi apabila tersuspensi dalam air yang dipanaskan akan terjadi suatu larutan koloid yang kental. Larutan koloid ini  apabila diberikan larutan iodium akan berwarna biru. Warna biru ini disebabkan oleh molekul amilosa yang membentuk senyawa. Amilopektin dengan iodium akan memberikan warna ungu atau  merah lembayung.

Amilum dapat dihidrolisis sempurna dengan menggunakan asam sehingga menghasilkan glukosa. Hidrolisis  juga dapat dilakukan dengan bantuan enzim amilase. Dalam ludah dan dalam cairan yang dikeluarkan oleh pankreas terdapat amilase yang bekerja terhadap amilum yang terdapat dalam makanan. Oleh enzim amilase, amilum diubah menjadi  maltosa dalam bentuk β maltosa.

b) Selulosa

Selulosa terdapat dalam tumbuhan sebagai bahan pembentuk dinding sel. Dalam tubuh selulosa tidak dapat dicernakan karena tidak mempunyai enzim untuk  menguraikan selulosa. Dengan asam encer tidak terhidrolisis, tetapi oleh asam dengan konsentrasi  tinggi dapat dihidrolisis

menjadi selobiosa dan D-glukosa.  Selobiosa adalah suatu disakarida yang terdiri atas dua molekul glukosa yang berikatan glikosidik antara atom C-1 dengan atom C-4.

Meskipun selulosa tidak dapat digunakan sebagai bahan makanan langsung oleh tubuh, namun selulosa yang terdapat sebagai serat-serat tumbuhan, sayuran atau buah-buahan, berguna untuk memperlancar pencernaan makanan. Adanya serat-serat dalam saluran pencernaan, gerak peristaltik ditingkatkan dan dengan demikian memperlancar proses pencernaan dan dapat mencegah konstipasi.

c) Glikogen

Seperti halnya amilum glikogen juga menghasilkan D-glukosa pada proses hidrolisis. Dalam tubuh glikogen terdapat dalam hati dan otot. Hati berfungsi sebagai tempat pembentukan glikogen dari glukosa. Apabila kadar glukosa dalam darah bertambah, sebagian diubah menjadi glikogen sehingga kadar glukosa dalam darah normal kembali. Sebaliknya apabila kadar glukosa darah menurun, glikogen dalam hati diuraikan menjadi glukosa kembali, sehingga kadar glukosa darah normal kembali. Glikogen yang ada dalam otot digunakan sebagai sumber energi  untuk melakukan aktivitas sehari-hari.

Glikogen  yang terlarut dalam air dapat diendapkan dengan jalan menambahkan etanol. Endapan yang terbentuk apabila dikeringkan berbentuk serbuk putih. Glikogen dapat memutar cahaya terpolarisasi ke kanan dan mempunyai rotasi spesifik, dengan iodium glikogen menghasilkan warna merah. Struktur glikogen mirip dengan struktur amilopektin yaitu merupakan  rantai glukosa yang mempunyai cabang.

EVALUASI