Karbohidrat

Karbohidrat

I. Definisi, Klasifikasi dan Fungsi

Karbohidrat adalah polihidroksi aldehida atau polihidroksi keton atau turunannya

Karbohidrat dapat diklasifikasikan berdasarkan jumlah unit monosakarida :

a. monosakarida karbohidrat yang tidak dapat dihidrolisis menjadi senyawa yang lebih sederhanacontoh : glukosa, fruktosa, galaktosa

b. disakaridakarbohidrat yang dapat dihidrolisis menjadi 2 unit monosakarida contoh : sukrosa, selobiosa

c. polisakaridakarbohidrat yang dapat dihidrolisis menjadi beberapa unit monosakaridacontoh : amilosa, amilopektin, selulosa

Monosakarida dapat diklasifikasikan lagi berdasarkan :

1. gugus fungsia. aldosa monosakarida yang mengandung gugus fungsi aldehida contoh : glukosa, galaktosab.ketosa monosakarida yang mengandung gugus fungsi keton contoh : fruktosa

2.jumlah atom karbona. triosa monosakarida yang mengandung 3 atom karbon contoh : gliseraldehidab.tetrosa monosakarida yang mengandung 4 atom karbon contoh : treosa, eritrosac. pentosa monosakarida yang mengandung 5 atom karbon contoh : arabinosa, silosa, ribosad.heksosa monosakarida yang mengandung 6 atom karbon contoh : glukosa, galaktosa, fruktosa

Contoh suatu monosakarida : aldopentosa : mengandung gugus aldehida (aldo) dan 5 atom karbon (pentosa)

Ketoheksosa : mengandung gugus keton (keto) dan 6 atom karbon

Karbohidrat dapat diklasifikasikan lagi berdasarkan kemampuannnya mereduksi pereaksi Fehling (Benedicts) atau Tollens :

a. gula pereduksikarbohidrat yang bisa mereduksi pereaksi Fehling (Benedicts) atau Tollenscontoh : glukosa, fruktosa, galaktosa

b. bukan gula pereduksikarbohidrat yang tidak bisa mereduksi pereaksi Fehling (Benedicts) atau Tollenscontoh : sukrosa

Fungsi karbohidrat pada makhluk hidup adalah :

a. sebagai sumber energi

b. komponen penting pembentuk dinding sel tumbuhan

c. komponen penting pembentuk cangkang atau kulit pada hewan laut seperti udang dan kerang

II. Monosakarida

2.1. Aldotriosa

Gliseraldehida

Gliseraldehida menjadi dasar untuk mempelajari stereokimia senyawa organik. Stereokimia adalah ilmu yang mempelajari penataaan dalam ruang (3 dimensi) atom-atom dari suatu molekul. Hal ini penting dalam sistem biologis, misalnya enzim (katalis biologis) yang aktifitasnya bersifat stereospesifik. Stereospesifik adalah sifat molekul-molekul yang hanya akan aktif bereaksi dengan molekul tertentu yang mempunyai bentuk 3 dimensi tertentu pula.

Atom karbon ke-2 dari gliseraldehida merupakan atom karbon asimmetris (kiral), yaitu atom karbon yang terikat dengan 4 gugus yang berbeda. Pada C-2 terikat gugus-gugus : CHO, H, OH, dan CH2OH. Ada 2 kemungkinan penataan gugus-gugusnya pada C-2 :

1. gugus OH di sebelah kanan : Konfigurasi D2. gugus OH di sebelah kiri : Konfigurasi L

D-Gliseraldehida dan L-Gliseraldehida merupakan suatu stereoisomer, yaitu molekul-molekul yang strukturnya berbeda hanya pada penataan gugus-gugusnya dalam ruang.

Untuk selanjutnya penentuan konfigurasi D atau L suatu molekul monosakarida berdasarkan gliseraldehida :

1. jika gugus OH pada atom karbon asimmetris terjauh dari C-1 berada di sebelah kanan : konfigurasi D

2. jika gugus OH pada atom karbon asimmetris terjauh dari C-1 berada di sebelah kiri : konfigurasi L

Contoh : D-Glukosa

Proyeksi Fischer

Suatu cara untuk menggambarkan molekul organik dalam 2 dimensi

Contoh 1 : Gliseraldehida

Cara menggambarkan rumus proyeksi Fischer :

a. gugus fungsi aldehida atau keton berada di atas

b. rantai karbon digambarkan vertikal, dengan gugus substituen berada di kiri dan kanan

c. atom karbon asimmetris berada pada titik pertemuan garis vertikal dan horizontal

Contoh 2 : D-Fruktosa

Optis Aktif

Kemampuan molekul untuk memutar bidang polarisasi cahaya

Alat untuk mengukurnya adalah polarimeterAda 2 kemungkinan :

a. senyawa yang mampu memutar bidang polarisasi ke kanan : (+)Contoh : D-(+) Gliseraldehida

b. senyawa yang mampu memutar bidang polarisasi cahaya ke kiri : (-)Contoh : L-(-) Gliseraldehida

Isomer optis adalah stereoisomer-sterreoisomer yang memutar bidang polarisasi cahaya ke arah yang berlawanan

Contoh : D-(+) Gliseraldehida dan L-(-) Gliseraldehida

Tidak ada hubungan antara konfigurasi D atau L dengan kemampuan memutar bidang polarisasi cahaya. Senyawa D-(Fruktosa) mampu memutar bidang polarisasi ke kiri.

2.2. Aldotetrosa

Threosa

Di alam berupa D-Threosa

L-Threosa D-Threosa

Erithrosa

Stereoisomer dari Threosa

L-Erithrosa D-Erithrosa

Jumlah stereoisomer dari molekul karbohidrat yang mempunyai n C asimmetris adalah 2n

Jika suatu molekul karbohidrat mempunyai 2 C asimmetris, maka jumlah stereoisomer adalah 22 = 4 stereoisomer

2.3. Aldopentosa

D-Arabinosa

disebut gula pektin (Pektin merupakan polisakarida yang digunakan untuk pembuatan jelly)

D-Silosa

diisolasi dari kayu

disebut juga gula kayu

D-Arabinosa L-Arabinosa

D-Ribosa

Bagian penting dari RNA

D-2-Deoksiribosa

bagian penting DNA

kehilangan atom oksigen pada C-2 sehingga disebut deoksi

D-Ribosa D-2-Deoksiribosa

2.4. Aldoheksosa

D-Glukosa

monosakarida terpenting

sumber nutrisi bagi hampir semua makhluk hidup

disebut juga gula jagung, gula anggur, atau gula darah

terdapat dalam urin dengan kadar yang sangat kecil, pada pasien Diabetes mellitus kadarnya meningkat

D-Galaktosa

monosakarida penyusun laktosa (disakarida pada susu)

disebut juga gula susu

di dalam tubuh dapat diubah menjadi glukosa

D-Mannosa

komponen penyusun mannan (polisakarida yang terdapat pada tumbuhan)

D-Glukosa D-Galaktosa D-Mannosa

2.5. Ketoheksosa

Fruktosa

terdapat di buah, madu dan semen manusia

perbedaan dengan D-Glukosa hanya pada C-1 dan C-2

monosakarida dengan konfigurasi D yang memutar bidang polarisasi ke kiri (-)

D-Fruktosa

III. Struktur Siklik

Monosakarida pentosa dan heksosa terutama berada dalam bentuk siklik. Ada 2 bentuk siklik yang paling umum yaitu :

a. Furanosamonosakarida siklik 5

b. Piranosamonosakarida siklik 6

3.1. Siklisasi

Di dalam molekul suatu monosakarida terdapat gugus karbonil (C=O) dan gugus hidroksil (O-H). Gugus karbonil dan gugus hidroksil dapat bereaksi membentuk suatu hemiasetal atau hemiketal :

hemiasetal / hemiketal

Di dalam air monosakarida bisa mengalami reksi intramolekuler (antara gugus karbonil dan gugus hidroksil) membentuk hemiasetal/hemiketal siklik.

Contoh : D-Glukosa

jika gugus karbonil pada C-1 bereaksi dengan gugus hidroksil pada C-5 maka kan terbentuk siklik 6 : Piranosa

jika gugus karbonil pada C-1 bereaksi dengan gugus hidroksil pada C-4 maka kan terbentuk siklik 5 : Furanosa

-D-Glukopiranosa

-D-GlukopiranosaContoh : D-fruktosa

-D-Glukopiranosa dan -D-Glukopiranosa merupakan suatu anomer : monosakarida yang stereokimianya berbeda hanya pada atom karbon hemiasetal atau hemiketal. Contoh lainnya adalah -D-Fruktofuranosa dengan -D-Fruktofuranosa.

3.2. Proyeksi Haworth

Proyeksi Haworth menjadi standar untuk menentukan posisi gugus hidroksil dalam ruang. Cara merubah struktur karbohidrat dari proyeksi Fischer ke proyeksi Haworth adalah :

Letakkan C-1 disebelah kanan

Untuk molekul dengan konfigurasi D, CH2OH (C-6) ditempatkan di atas cincin

Untuk molekul dengan konfigurasi L, CH2OH (C-6) ditempatkan di bawah cincin

Gugus apa saja yang berada di sebelah kanan pada proyeksi Fischer, tempatkan disebelah bawah

Gugus apa saja yang berada di sebelah kiri pada proyeksi Fischer, tempatkan disebelah atas

Contoh : D-Glukosa

3.3. Mutarotasi

Glukosa murni berada dalam 2 bentuk kristalin, yaitu -D-Glukopiranosatitik leleh: 146oC dan rotasi optik: +112o) dan -D-Glukopiranosa (titik leleh: 150oC dan rotasi optic : +18,7o). Dalam larutan karbohidrat bisa mengalami perubahan rotasi jenis dan mencapai kesetimbangan pada +52,6oC. Peristiwa ini disebut mutarotasi. Hal ini terjadi karena adanya interkonfersi dari bentuk rantai lurus menjadi bentuk siklik.

Contoh 1:

-D-Glukopiranosa D-Glukosa -D-Glukopiranosa

+ 37% < 1% + 63%

Contoh 2:

D-Ribosa -D-Ribopiranosa + -D-Ribopiranosa

56% 20%

-D-Ribofuranosa + -D-Ribofuranosa

18% 6%

IV. Glikosida

4.1. Pembentukan Ikatan Glikosida

Suatu hemiasetal atau hemiketal bisa bereaksi lanjut dengan gugus hidroksil yang ada. Hal ini dapat dilihat pada reaksi berikut :

Pada karbohidrat siklik terdapat atom karbon hemiasetal atau hemiketal dan beberapa gugus hidroksil. Jika hemiasetal atau hemiketal karbohidrat bereaksi dengan gugus hidroksil molekul karbohidrat lain atau molekul alkohol , maka akan terbentuk asetal atau ketal dari karbohidrat atau disebut juga glikosida. Ikatan kovalen yang terbentuk disebut ikatan glikosida. Ada beberapa jenis ikatan glikosida :

1. Ikatan glikosida antara molekul karbohidrat dengan molekul alkoholContoh :

2. Ikatan glikosida antara molekul karbohidrat dengan molekul karbohidrat lainBeberapa ikatan yang umum adalah :

4.2. Hidrolisis Ikatan Glikosida

Reaksi balik dari pembentukan ikatan glikosida adalah reaksi hidrolisis yang mengaikbatkan terjadinya pemutusan ikatan glikosida.

Contoh :

Reaksi ini terjadi juga pada makhluk hidup dimana disakarida atau polisakarida dipecah menjadi molekul yang lebih sederhana. Katalis asam biasanya berasal dari enzim.

V. Disakarida

Disakarida adalah molekul yang tersusun oleh 2 unit monosakarida yang berikatan glikosida.

Maltosa

Maltosa diperoleh dari hidrolisis sebagian pati. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim diastase. Jika maltosa dihidrolisis lanjut akan dihasilkan 2 unit D-Glukosa. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim maltase.

Maltosa mempunyai ikatan glikosida (1( 4)

Selobiosa

Selobiosa adalah disakarida yang diperoleh dari hidrolisis sebagian selulosa. Molekul ini tersusun dari 2 unit D-Glukosa dengan ikatan glikosida (1( 4).

Laktosa

Laktosa disebut juga gula susu. Kandungan laktosa pada susu sapi adalah sekitar 5%, sedangkan pada air susu ibu adalah 7%. Laktosa merupakan disakarida yang tersusun dari unit monosakarida D-Glukosa dan D-Galaktosa dengan ikatan glikosida (1( 4).

Di dalam tubuh, laktosa dipecah menjadi D-Galaktosa dan D-Glukosa dengan bantuan enzim lactase. Jika tubuh kekurangan enzim lactase maka akan terjadi kasus lactose intolerance. D-Galaktosa dalam tubuh diubah lagi menjadi D-Glukosa dengan bantuan enzim. Jika terjadi kekurangan enzim yang mampu merubah D-Galaktosa menjadi D-Glukosa maka akan terjadi Galaktosemia. Kasus ini biasanya terjadi pada bayi, ditandai dengan tingginya kadar D-Galaktosa dalam darah dan air seni. Biasanya untuk mengatasinya dilakukan dengan mengganti susunya dengan susu kedelai.

Sukrosa

Sukrosa diisebut juga gula pasir. Ditemukan dalam tebu, bit dan maple. Tersusun oleh monosakarida -D-Glukosa dan -D-Fruktosa.

Hidrolisis sukrosa oleh asam atau enzim akan menghasilkan campuran D-Glukosa dan D-Fruktosa dalam jumlah molar yang sama . Campuran ini disebut gula inversi. Inversi artinya pembalikan. Sukrosa mempunyai rotasi optik +66,5o, glukosa : 52,7o, fruktosa : - 92,4o. Sedangkan gula inverse mempunyai rotasi optic 39,7o. Terlihat adanya pembalikan dari + 66,5o ke 39,7o. Gula inverse banyak terdapat di dalam madu dan lebih manis dari sukrosa.

Sukrosa mempunyai nilai kalori yang tinggi sehingga bermunculan gula buatan yang mempunyai nilai kalori yang lebih rendah. Diantaranya adalah Sakarin dan Kalsium siklamat. Keduanya lebih manis dari gula, namun berpotensi sebagai penyebab kanker.

Sakarin Kalsium siklamat

VI. Polisakarida

Polisakarida merupakan molekul yang tersusun dari beberapa unit monosakarida yang berikatan glikosida membentuk suatu rantai polimer.

Pati

Pati merupakan polimer yang terdiri dari unit-unit D-Glukosa dan merupakan bentuk penyimpanan utama D-Glukosa dalam tumbuhan. Ada 2 bentuk pati:

a. AmilosaTersusun oleh unit-unit D-Glukopiranosa yang berikatan glikosida (1( 4) membentuk rantai linear. Namun secara tiga dimensi strukturnya membentuk spiral. Setiap molekul mengandung sampai 3000 unit D-Glukopiranosa.

b. AmilopektinTersusun oleh unit-unit D-Glukopiranosa yang berikatan glikosida (1( 4) dan (1( 6) membentuk rantai bercabang. Setiap percabangan mengandung 24 sampai 30 unit D-Glukopiranosa.

Amilosa

Amilopektin

Glikogen

Glikogen merupakan bentuk penyimpanan utama D-Glukosa di dalam sel hewan. Biasanya disimpan di dalam hati dan otot. Glikogen mempunyai struktur yang mirip dengan amilopektin namun lebih bercabang karena di setiap percabangan terdapat hanya sekitar 8 sampai 12 unit D-Glukosa.

Selulosa

Selulosa merupakan polisakarida yang penting pembentuk dinding sel tumbuhan dan komponen utama kayu. Kapas mengandung sampai 80% selulosa. Selulosa tersusun oleh sekitar 300 sampai 1500 unit D-Glukosa dengan ikatan glikosida (1( 4) dan membentuk rantai yang linear.

Selulosa

Amilosa yang mempunyai ikatan glikosida (1( 4) dapat dipecah di dalam tubuh manusia dengan reaksi hidrolisis, namun selukosa tidak dapat dicerna (dihidrolisis) di dalam tubuh manusia. Hal ini terjadi karena bentuk tiga dimensi selulosa yang lurus dengan permukaan gugus hidroksil yang seragam sehingga terjadi ikatan hidrogen yang kuat. Ikatan ini dapat diputus oleh enzim yang dihasilkan oleh mikroorganisme yang terdapat di dalam sistem pencernaan hewan pemakan rumput sehingga dapat dijadikan sebagai sumber nutrisi.

Selulosa walaupun tidak dapat dicerna oleh manusia, namun bermanfaat sebagai serat yang membantu sistem pencernaan. Selulosa merupakan serat yang larut di dalam air dan banyak terdapat pada daun dan batang sayuran. Selulosa dapat mencegah konstipasi, kegemukan, dan kanker usus.

VII. Gula Pereduksi

Gula pereduksi merupakan gula yang dapat bereaksi dengan pereaksi Benedicts dan Tollens. Reaksi ditandai dengan terbentuknya endapan merah bata. Hal ini terjadi apabila pada gula tersebut terdapat gugus aldehid atau hidroksi keton atau apabila gula tersebut siklik, berada dalam kesetimbangan dengan bentuk rantai lurus. Gula siklik yang tersebut adalah gula yang masih mempunyai atom karbon hemiasetal atau hemiketal.

Gula pereduksi

Bukan gula pereduksi

Polisakarida bukan gula pereduksi. Walaupun unit monosakarida ujungnya mempunyai atom karbon hemiasetal yang berada dalam kesetimbangan dengan bentuk lurusnya, namun strukturnya yang besar menyebabkan reaksi positif dengan pereaksi Benedicts atau Tolens tidak teramati.

Reaksi di atas biasa digunakan untuk mendeteksi adanya gula dalam darah. Contohnya adalah tablet Clinitest yang mengandung pereaksi Benedicts. Namun uji ini tidak spesifik untuk glukosa.

VIII. Sakarida Lain

Sakarida dapt mengandung gugus fungsi yang lain selain gugus karbonil dan hidroksil.

Asam Glukuronat

Penting dalam sistem metabolisme hewan

Merupakan zat toksik yang dibuang lewat air seni dalam bentuk glukuronida (turunan dari asam)

Dalam sistem metabolisme hewan dan tumbuhan, asam glukuronat dapat berubah menjadi asam L-gulonat yang berubah lagi menjadi asam L-askorbat (vitamin C).

Heparin

Merupakan polisakarida pencegah koagulasi darah

2

2

/ R

/ R

+

C- hemiasetal

C- hemiketal

-D-Fruktofuranosa

-D-Fruktofuranosa

konfigurasi D

H+

+ H2O

+ H2O

EMBED PBrush

gugus aldehida

-hidroksi keton

C hemiasetal

C ketal

C asetal