Fungsi Karbohidrat

Fungsi KarbohidratL/O/G/OKarbohidrat sebagai sumber energiL/O/G/OSumber EnergiSumber utama energi bagi tubuhSatu gram karbohidrat menghasilkan 4 kkaloriSebagian karbohidrat di dalam tubuh berada dalam sirkulasi darah sebagai glukosa untuk keperluan energi Sebagian disimpan sebagai glikogen dalam hati dan jaringan ototSebagian diubah menjadi lemak untuk kemudian disimpan sebagai cadangan energi di dalam jaringan lemakRespirasi Aerob (kiri) dan Anaerob (kanan)1. Glikolisis : Pemecahan molekul glukosa (C6) menjadi senyawa asam piruvat (C3).2. Siklus krebs : reaksi reduksi molekul asetil CoA menghasilkan asam sitrat dan oksaloasetat.3.Transpor elektro : reaksi reduksi-oksidasi molekul-moelkul NADH2 dan FADH2 menghasilkan H2O dan sejumlah ATP.

Fermentasi asam laktat : Molekul asam piruvat hasil glikolisis menerima elektron dan hidrogen dari NADH. Treansfer elektron dan hidrogen menghasilkan NAD+ kembali. Pada saat yang sama, asam piruvat diubah menjadi asam laktat menghasilkan 2 ATP.

Fermentasi alkohol : Molekul asam piruvat hasil glikolisis difermentasi menjadi asetaldehid. NADH memberikan elektron dan hidrogen kepada asetaldehid, sehingga terbentuk produk akhir alkohol, yaitu etanol. Pada fermentasi alkohol ini dihasilkan 2 ATP.

Sumber energi bagi TumbuhanPati yang juga merupakan sumber energi di dalam sel-sel tumbuhanPati merupakan polisakarida yang tersusun atas amilosa dan amilopektinAmilosa berupa rantai lurus dan amilopektin berupa rantai bercabang

AmilosaAmilopektinSumber energi bagi HewanSumber energi pada hewan berupa gikogen. Glikogen merupakan polisakarida yang bercabang, mirip dengan amilopektin. Glikogen menghasilkan 4 kalori per 1 gramGlikogen disimpan di dalam hati untuk mengatur kadar gula darah dan pada otot yang menjadi sumber energi.

Karbohidrat sebagai Materi PembangunL/O/G/OMateri PembangunOrganisme membangun materi-materi kuat dari polisakarida struktural. Misalnya, selulosa ialah komponen utama dinding sel tumbuhan. Selulosa bersifat seperti serabut, liat, tidak larut di dalam air, dan ditemukan terutama pada tangkai, batang, dahan, dan semua bagian berkayu dari jaringan tumbuhan. Kayu terutama terbuat dari selulosa dan polisakarida lain, misalnya hemiselulosa dan pektin. Sementara itu, kapas terbuat hampir seluruhnya dari selulosa. Polisakarida struktural penting lainnya ialah kitin, karbohidrat yang menyusun kerangka luar (eksoskeleton) arthropoda (serangga, laba-laba, crustacea, dan hewan-hewan lain sejenis). Kitin murni mirip seperti kulit, tetapi akan mengeras ketika dilapisi kalsium karbonat. Kitin juga ditemukan pada dinding sel berbagai jenis fungi. Sementara itu, dinding sel bakteri terbuat dari struktur gabungan karbohidrat polisakarida dengan peptida, disebut peptidoglikan. Dinding sel ini membentuk suatu kulit kaku dan berpori membungkus sel yang memberi perlindungan fisik bagi membran sel yang lunak dan sitoplasma di dalam sel.

TumbuhanSelulosa memiliki bobot molekul 50.000-500.000 yang terdapat di dalam dinding sel. Jerami, kapas, rami, dan beberapa jenis kayu-kayuan banyak mengandung selulosa. Selulosa berupa zat pada amorf, berwarna putih, yang tidak larut dalam air dan pelarut organik. Selulosa ini memberikan kekuatan pada dinding sel tanaman tersebut. Banyak ditemukan terutama pada tangkai, batang, dahan, dan semua bagian berkayu dari jaringan tumbuhan.

Arthropoda dan JamurKelompok hewan berkaki beruas-ruas (Arthropoda) memiliki tubuh yang dilapisi oleh kulit luar yang tersusun dari zat kitin, membentuk rangka luar (eksoskeleton). Kitin (C8H13O5N)n adalah polimer berantai panjang dari asetilglukosamin-N, sebuah turunan dari glukosa. Zat ini ditemukan di banyak tempat di seluruh dunia. Zat kitin adalah komponen utama dari dinding sel jamur, eksoskeleton (kerangka luar) dari arthropoda seperti crustacea (udang-udangan seperti kepiting dan udang) dan serangga, serta mulut bangsa cepalopoda, termasuk cumi-cumi dan gurita (mulut bangsa cumi-cumi ini mirip dengan paruh burung nuri yang miring, dan mulut ini sangat keras). Kitin sebanding dengan selulosa polisakarida dan protein keratin.

BakteriPeptidoglikan merupakan komponen utama dinding sel bakteri yang bersifat kaku dan bertanggungjawab untuk menjaga integritas sel serta menentukan bentuknya. Peptidoglikan (murein) adalah polisakarida yang terdiri dari dua gula turunan yaitu asam-N-asetil glukosamin serta asam-N-asetil muramat yang dihubungkan ikatan -1,4, dan sebuah rantai peptida pendek yang contohnya terdiri dari asam amino l-alanin, d-alanin, d-asam glutamat, dan baik l-lisin atau asam diaminopimelik (DAP)-asam amino langka yang hanya ditemukan pada dinding sel prokariot. Pembentukan struktur peptidoglikan itu dibantu oleh enzim transpeptidase yang berfungsi untuk nyambung antara 1 unit peptidoglikan dengan yg lainnya. Dengan adanya peptidoglikan tersebut, dinding sel lebih kokoh dan bakteri bisa hidup di kondisi yg tekanan osmosisnya tidak sesuai dengan kondisi di dalam sel, dapat menahan tekanan osmotik hingga 20 atm. Terdapat pada bakteri gram-positif (peptidoglikan tebal, dominan polisakarida) dan gram-negatif (peptidolikan tipis, dominan protein).

Karbohidrat sebagai DextranL/O/G/ODextranDextran adalah suatu polisakarida yang tersusun atas unit -D-glukopiranosil yang berkaitan dengan ikatan -D. Dextran dapat dihasilkan oleh bakteri jika ditumbuhkan pada sukrosa, dextran komersial dihasilkan oleh Leucnostoc mesenteroides dan L. Dextranicum. Dextran merupakan salah satu produk hasil hidrolisis pati berwarna putih hingga kuning, hidrolisis pati dapat dilakukan oleh asam atau enzim. Dextran merupakan salah satu jenis bahan pengganti lemak berbasis karbohidrat yang dapat diaplikasikan pada produk frozen dessert seperti es krim, yang berfungsi membentuk padatan, meningkatkan viskositas, tekstur, dan kekentalan.

Dextran bermanfaat sebagai stabilisator, pengental, emulgator, pembentuk gel, dan memiliki kemampuan mengikat air yang baik sehingga dapat mempertahankan tekstur agar tetap lembut selama penyimpanan. Dalam bidang farmasi, Dextran bermanfaat sebagai salah satu matriks pada sistem penghantaran obat baru berbentuk konjugat. Dextran juga memiliki efek farmakologi sebagai anti platelet, antifibrin, dan plasma volume expansion pada kondisi hipovolemia. Serta dextran dapat digunakan pada transplantasi microvascular dan microsurgery sebagai pelindung pembuluh darah dan meningkatkan sirkulasi mikro di dalam pembuluh darah.

Karbohidrat untukPengelompokkanGolongan DarahL/O/G/OPengelompokkan Golongan DarahKarbohidrat dapat digunakan sebagai penentu golongan darah system ABO, berikut ini ada 4 macam molekul yang menentukan jenis golongan darah seseorang :D-galactoseN-acetylgalactosamineN-acetylglucosamineL-fucose

Jenis-Jenis Golongan Darah :Golongan Darah AGolongan darah A memiliki antigen permukaan A. Antigen A tersusun dari 1 molekul fukosa, 2 molekul galaktosa, 1 molekul N-asetil galaktosamin, dan 1 molekul N-asetil glukosamin.Golongan Darah BGolongan darah B memiliki antigen permukaan B. Antigen B ini sedikit berbeda dengan antigen A, dimana antigen ini tersusun dari molekul Nasetil galaktosamin digantikan oleh 1 molekul galaktosaGolongan Darah ABOrang dengan golongan darah AB memiliki dua macam antigen permukaan, yang merupakan kombinasi dari antigen A dan antigen B.Golongan Darah OGolongan darah O semula dianggap tidak memiliki antigen permukaan, namun terbukti bahwa golongan darah O masih memiliki ikatan karbohidrat pada permukaan eritrositnya yang terdiri atas 1 molekul fukosa, 1 molekul N-asetil glukosamin, dan 2 molekul galaktosa. Gugus ini tidak bersifat imunogenik, sehingga anggapan golongan darah O tidak memiliki antigen permukaan masih bisa diterima.

Karbohidrat sebagaiPenyusun Asam NukleatL/O/G/OPenyusun Asam NukleatPada stuktur asam nukleat, pentosa merupakan penyusunnya. Akan tetapi, tidak semua pentosa menjadi unit atau komponen penyusun sel.Dalam struktur kimia asam nukleat, kedua pentosa tersebut terdapat dalam bentuk lingkar furonosa.Ribosa merupakan penyusun RNA dan 2- deoksiribosa merupakan unit penyusun DNA.

Karbohidrat sebagaiPenyusun Membran SelL/O/G/OPenyusun Membran SelMembran sel merupakan pembatas antara bagian dalam sel dengan lingkungan luarnya.Fungsinya antara lain untuk melindungi isi sel, pengatur keluar masuknya molekul-molekul dan juga reseptor rangsangan dari luar.Bagian khusus dari membran sel yang berfungsi sebagai reseptor adalah glikoprotein. Karbohidrat sebagaiPenyusun Dinding SelL/O/G/OPenyusun Dinding SelPada Tumbuhan, sel tumbuhan dikelilingi oleh stuktur polisakarida yang kaku. Kerangka dinding sel tumbuhan terdiri dari lapisan serat selulosa yang panjang, melebar, saling bersimpangan denagn diameter yang sama. Kerangka seperti serabut ini diliputi oleh matrik seperti semen yang terdiri dari polisakarida stuktural jenis lain dan bahan polimer lain yang disebut lignin.

Beberapa senyawa penyusun dinding sel :

Hemiselulosa Hemiselulosa merupakan polisakarida yang tersusun atas glukosa, xilosa, manosa dan asam glukoronat. Di dalam dinding sel, hemiselulosa berfungsi sebagai perekat antar mikrofibril selulosa.Pektin Pektin merupakan polisakarida yang tersusun atas galaktosa, arabinosa, dan asam galakturonat.Lignin Lignin hanya dijumpai pada dinding sel yang dewasa dan berfungsi untuk melindungi sel tumbuhan terhadap lingkungan yang tidak menguntungkan.Karbohidrat sebagaiPemberi RasaL/O/G/OPemberi RasaKarbohidrat memberi rasa manis pada makanan, khususnya mono dan disakarida. Gula tidak mempunyai rasa manis yang sama. Fruktosa adalah gula yang paling manis. Bila tingkat kemanisan sakarosa diberi nilai 1, maka tingkat kemanisan fruktosa adalah 1,7; glukosa 0,7; maltosa 0,4; laktosa 0,2.

Karbohidrat sebagaiPenghemat ProteinL/O/G/OPenghemat ProteinBila karbohidrat makanan tidak mencukupi, maka protein akan digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi, dengan mengalahkan fungsi utamanya sebagai zat pembangun. Sebaliknya, bila karbohidrat makanan mencukupi, protein terutama akan digunakan sebagai zat pembangunKarbohidrat sebagaiPengatur Metabolisme LemakL/O/G/OPengatur Metabolisme LemakKarbohidrat mencegah terjadinya oksidasi lemak yang tidak sempurna, sehingga menghasilkan bahan-bahan keton berupa asam asetoasetat, aseton, dan asam beta-hidroksi-butirat. Bahan-bahan ini dibentuk menyebabkan ketidakseimbangan natrium dan dehidrasi. pH cairan menurun. Keadaan ini menimbulkan ketosis atau asidosis yang dapat merugikan tubuh.

Karbohidrat membantuSistem PencernaanL/O/G/OMembantu PencernaanPolisakarida akan membentuk gelatin / perekat / pembentuk ikatan, sehingga butiran yang terbentuk akan menjadi granula dan pada permukaannya akan terbentuk serat dietary fiber yang akan sangat bermanfaat untuk pencernaan (metabolisme).Membantu Sistem PencernaanKarbohidrat membantu pengeluaran feses dengan cara mengatur peristaltik usus dan memberi bentuk pada feses.

Selulosa dalam serat makanan mengatur peristaltik usus. Serat makanan mencegah kegemukan, konstipasi, hemoroid, penyakit-penyakit divertikulosis, dll.

Laktosa dalam susu membantu absorpsi kalsium. Laktosa lebih lama tinggal dalam saluran cerna, sehingga menyebabkan pertumbuhan bakteri yang menguntungkan.

Sifat FisikaKarbohidratL/O/G/OKelarutanGolongan karbohidrat monosakarida dan disakarida, pada umumnya, menghasilkan bentuk fisik yang larut dan berbentuk larutan.Sedangkan, golongan karbohidrat polisakarida, menghasilkan bentuk fisik suspensi (padatan atau mengendap).Monosakarida dan disakarida dapat larut di dalam air karena memiliki gugus OH yang bebas sehingga karbohidrat mudah larut dalam air tetapi polisakarida tidak karena bersifat suspensi dan tidak memeiliki gugus hidroksil bebas. Derajat KristalinitasKarbohidrat memiliki berbagai kristalinitas.Karbohidrat sukrosa, disakarida, sudah terkristalisasi mewakili produk alami yang dibuat dalam jumlah besar sebagai material kristalin murni.Selulosa, polisakarida berkristalin tinggi, molekul organik yang paling banyak ditemukan di alam.

Akan tetapi, kebanyakan karbohidrat tidak dapat dengan mudah dikristalisasi dan biasanya diisolasi atau disintesis sebagai padatan amorphous, gelas, atau syrup.Kesulitan kristalisasi karbohidrat disebabkan karena fleksibilitas konformasinya dan banyaknya bentuk structural gula pereduksi.Selain itu, kandungan H2O yang berada di dalam suatu senyawa karbohidrat juga berpengaruh pada derajat kristanilitas dari suatu senyawa karbohidrat itu sendiri.

StabilitasPada umumnya, karbohidrat merupakan molekul yang stabil.Akan tetapi, gula pereduksi mengandung suatu gugus fungsi aldehid atau hemiasetal (masked aldehyde) yang menyebabkan ke-sensitif-an terhadap oksidasi.Banyak karbohidrat golongan polisakarida yang dapat membentuk struktur sekunder stabil seperti heliks.Struktur stabil polisakarida dapat dirusak atau diubah dengan menaikan temperature, merubah pH, dan menambah agen pendenaturasi.(Lanjutan)Bentuk stabil dari polisakarida : Bentuk sekunder. Contoh bentuk : heliks. Kestabilan struktur ini dapat diganggu oleh peningkatan suhu, perubahan pH, atau penambahan denaturan. Reaksi denaturasi ini biasanya bersifat reversible. Bentuk susunan yang lebih tinggi. Contoh bentuk : triple heliks, setabut, atau gel. Kestabilan struktur ini dapat diganggu oleh ikatan kovalen atau non kovalen cross-linking (contoh : ikatan hidrogen, ionik, interaksi sterik antara backbone polisakarida dengan struktur cabangnya). Reaksi denaturasi ini biasanya bersifat ireversible.

ViskositasDiantara produk alami lainnya, polisakarida merupakan golongan karbohidrat yang paling viskos diantara yang lainnya.Polisakarida adalah produk-produk alami yang banyak digunakan dalam industri makanan sebagai pengental atau gelato dan agen viskositas tinggi.Pada sistem biologis, polisakarida seperti asam hialuronat karena viskositasnya yang tinggi digunakan sebagai cairan synovial dan vitreous humour.Viskositas dari polisakarida akan bertambah seiring dengan bertambah panjangnya rantai karbon atau berat molekul.Polisakarida tidak menurunkan tegangan permukaan air, afinitas karbohidrat pada antarmuka minyak dan air cukup baik sehingga dapat digunakan sebagai agen pengemulsi.

EnansiomerMolekul yang saling enansiomer satu sama lain memiliki sifat fisika yang sama (contoh : titik didih), namun interaksi dengan lampu polarisasinya berbeda.Terdapat dua jenis rotasi pada molekul enansiomer : 1) Levorotatory (-). Memutar lampu polarisasi ke kiri. Jika gugus hidroksil menunjukkan arah kiri ketika gugus karbonil di atas 2) Dextrorotatory (+). Memutar lampu polarisasi ke kanan. Jika gugus hidroksil menujukkan arah kanan ketika gugus karbonil di atas

HigroskopitasPada umumnya, karbohidrat memiliki sifat higroskopis. Higroskopis itu sendiri merupakan kemampuan suatu zat dalam menyerap air. Karbohidrat sering mengandung air dalam jumlah 2 - 10% setelah dihilangkan melalui pengeringan. Asam alginat, sebuah polisakarida yang dapat ditemukan dalam rumput laut, sebagai contoh, berfungsi sebagai anti- desikan mempertahankan kelangsungan hidup rumput laut yang terdapat di pantai yang panas.

Derajat PolarisasiPada kebanyakan karbohidrat, banyak yang hanya dapat menyerap sedikit cahaya pada spectrum ultraviolet dan cahaya tampak atau bahkan tidak dapat menyerap sama sekali. Gugus fungsi yang ada, baik secara natural atau ditambahkan secara sintetis melalui reaksi dapat berlaku sebagai kromofor atau fluorofor. Seluruh karbohidrat memiliki banyak pusat kiral dan oleh sebab itu secara optis aktif. Karbohidrat dapat berupa enantiomer seperti D- dan L-Glukosa maupun diastreomer seperti D-glukosa dan D-mannosa dan dikarakterisasikan oleh rotasi optis spesifik. Kebanyakan gula pereduksi menunjukan sudut putaran karbohidrat dalam larutan aqueous semakin kecil seiring waktu atau mutarotasi dalam H2O.Sifat KimiaKarbohidratL/O/G/O1. Sifat MereduksiMonosakarida dan beberapa disakarida mempunyai sifat dapat mereduksi, terutama dalam suasana basa.Sifat sebagai reduktor ini dapat digunakan untuk keperluan identifikasi karbohidrat maupun analisis kuantitatif.Sifat mereduksi ini disebabkan oleh adanya gugus aldehida atau keton bebas dalam molekul karbohidrat.

Pereaksi FehlingPereaksi ini dapat direduksi selain oleh karbohidrat yang mempunyai sifat mereduksi, juga dapat direduksi oleh reduktor lain. Pereaksi fehling terdiri atas 2 laruten, yaitu larutan Fehling A dan B. Larutan Fehling A adalah larutan CuSO4 dalam air, sedangkan larutan Fehling B adalah larutan garam K Natartat dan NaOH dalam air.

Dalam pereaksi ini ion Cu2+ direduksi menjadi ion Cu+ yang dalam suasana basa akan diendapkan sebagai Cu2O. Dengan larutan glukosa 1%, pereaksi Fehling menghasilkan endapan berwarna merah bata, sedangkan apabila digunakan larutan yang lebih encer misalnya larutan glukosa 0,1%, endapan yang terjadi berwarna hijau kekuningan.

Pereaksi BenedictPereaksi benedict berupa larutan yang mengandung kuprisulfat, natrium karbonat dan natrium sitrat. Glukosa dapat mereduksi ion Cu2+ dari kuprisulfat menjadi ion Cu+ yang kemudian mengendap sebagai Cu2O. Adanya natrium karbonat dan natrium sitrat membuat peraksi benedict bersifat basa lemah.

Endapan yang terbentuk dapat berwarna hijau, kuning atau merah bata. Warna endapan ini tergantung pada konsentrasi karbohidrat yang diperiksa. Pereaksi Benedict lebih banyak digunakan pada pemeriksaan glukosa dalam urine daripada pereaksi Fehling karena beberapa alasan.

Apabila dalam urine terdapat asam urat atau kreatinin, kedua senyaea ini dapat mereduksi pereaksi Fehling, tetapi tidak dapat mereduksi pereaksi Benedict. Di samping itu pereaksi Benedict lebih peka daripada pereaksi Fehling. Penggunaan pereaksi Benedict juga lebih mudah karena hanya terdiri atas satu macam larutan, sedangkan pereaksi Fehling terdiri atas dua macam larutan.Pereaksi BarfoedPereaksi ini terdiri atas larutan kupriasetat dan asam asetat dalam air, dan digunakan untuk membedakan antara monosakarida dengan disakarida. Monosakarida dapat mereduksi lebih cepat daripada disakarida. Jadi Cu2O terbentuk lebih cepat oleh monosakarida daripada oleh disakarida, dengan anggapan bahwa konsentrasi mopnosakarida dan disakarida dalam larutan tidak berbeda banyak.

Tauber dan Kleiner membuat modifikasi atas pereaksi ini, yaitu dengan jalan mengganti asam asetat dengan asam laktat dan ion Cu+ yang dihasilkan direaksikan dengan pereaksi warna fosfomolibdat hingga menghasilkan warna biru adanya monosakarida. Disakarida dengan konsentrasi rendah tidak memberikan hasil positif. Perbedaan antara pereaksi Barfoed dengan pereaksi Fehling atau Benedict ialah bahwa pereaksi Barfoed digunakan pada suasana asam.

Apabila karbohidrat mereduksi suatu ion logam, karbohidrat ini akan teroksidasi menjadi gugus karboksilat dan terbentuklah asam monokarboksilat. Sebagai contoh galaktosa akan teroksidasi menjadi asam galaktonat, sedangkan glukosa akan menjadi asam glukonat.

2. Pembentukan furfural Dalam larutan asam yang encer, walaupun dipanaskan monosakarida umumnya stabil.Tetapi, apabila dipanaskan dengan asam kuat yang pekat, monosakarida menghasilkan furfural atau derivatnya.Reaksi pembentukan furfural ini adalah reaksi dehidrasi atau pelepasan molekul air dari suatu senyawa.2. Pembentukan osazon Semua karbohidrat yang mempunyai gugus aldehida atau keton bebas akan membentuk osazon bila dipanaskan bersama fenilhidrazin berlebih.Osazon yang terjadi mempunyai bentuk kristal dan titik lebur yang khas bagi masing-masing karbohidrat.3. Pembentukan Ester Adanya gugus hidroksil pada karbohidrat memungkinkan terjadinya ester apabila direaksikan dengan asam.Monosakarida mempunyai beberapa gugus OH dan dengan asam fosfat dapat menghendakinya menghasilkan ester asam fosfat.IsomerisasiApabila dalam larutan asam encer monosakarida dapat stabil, tidak demikian halnya apabila monosakarida dilarutkan dalam basa encer.Glukosa dalam larutan basa encer akan berubah sebagian menjadi fruktosa dan manosa. Ketiga monosakarida ini ada dalam keadaan keseimbangan.Demikian pula apabila yang dilarutkan itu fruktosa atau manosa, keseimbangan antara ketiga monosakarida akan tercapai juga.Reaksi ini dikenal sebagai transformasi Lobry de Bruin Van Eckenstein yang berlangsung melalui proses enolisasi.Pembentukan Ester dan EterApabila glukosa direaksikan dengan metil alcohol, menghasilkan dua senyawa. Kedua senyawa ini dapat dipisahkan satu dari yang lain dan keduanya tidak memiliki sifat aldehida. Keadaan ini membuktikan bahwa yang menjadi pusat reaksi adalah gugus OH yang terikat pada atom karbon nomor 1.Senyawa yang terbentuk adalah suatu asetal dan disebut secara umum glikosida. Ikatan kimia yang terjadi antara gugus metil dengan monosakarida disebut ikatan glikosidik dan gugus OH yang bereaksi disebut gugus OH glikosidik.(Lanjutan)Gugus hidroksil dapat diubah menjadi ester dan eter sehingga lebih mudah untuk bekerja daripada gula bebas. Senyawa ini larut dalam pelarut organik .Esterifikasi. Menggunakan asam klorida atau asam anhidrat dalam suasana basa, dimana semua gugus hidroksil bereaksi. Eterifikasi. Menngunakan alkil halida dalam suasana basa, dimana katalis yang digunakan adalah perak oksida dengan senyawa basa sensitif.