Fffff 5

MODUL BIOKIMIA

KARBOHIDRAT

Oleh :

Lidia Maziyyatun Nikmah

( 131810401035 )

JURUSAN BIOLOGI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS JEMBER

2014

Pendahuluan

Karbohidrat, berdasarkan pada masa, merupakan kelas biomolekul yang paling berlimpah di alam yang dikenal sebagai gula. Karbohidrat merupakan produk akhir utama penggabungan fotosintetik dari karbon anorganik (CO2) ke dalam zat hidup. Karbohidrat juga bertindak sebagai sumber karbon untuk sintesis biomolekul lain dan sebagai bentuk cadangan polimerik dari energi.

Karbohidrat didefinisikan sebagai polihidroksialdehid atau polihidroksiketon dan derivatnya. Suatu karbohidrat merupakan suatu aldehid (-CHO) jika oksigen karbonil berkaitan dengan suatu atom karbon terminal, dan suatu keton (=C=O) jika oksigen karbonil berikatan dengan suatu karbon internal. Dalam alam, karbohidrat terdapat sebagai monosakarida (gula individual atau sederhana), oligosakarida, dan polisakarida.

KARBOHIDRAT

Karbohidrat adalah senyawa organik yang terdiri dari unsur karbon, hidrogen, dan oksigen. Terdiri atas unsur C, H, O dengan perbandingan 1 atom C, 2 atom H, 1 atom O. karbohidrat banyak terdapat pada tumbuhan dan binatang yang berperan struktural & metabolik. sedangkan pada tumbuhan untuk sintesis CO2 + H2O yang akan menghasilkan amilum/selulosa yang di dapat melalui proses fotosintesis, sedangkan pada binatang tidak dapat menghasilkan karbohidrat sehingga hanya dapat bergantung pada tumbuhan. karbohidrat merupakan sumber energi dan cadangan energi, yang di dapat melalui proses metabolisme. Contoh karbohidrat dalam kehidupan sehari-hari yaitu : nasi/beras, singkong, umbi-umbian, gandum, sagu, jagung, kentang, dan beberapa buah-buahan lainnya, dll.

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 merupakan suatu polimer, jika dihidrolisis menghasilkan sejumlah monomer atau monosakarida-monosakarida. Oligosakarida merupakan senyawa yang jika dihidrolisis menghasilkan 2-6 gula monosakarida.

Rumus umum karbohidrat yaitu Cn(H 2O)m, sedangkan yang paling banyak kita kenal

yaitu glukosa : C6 H 12 O6, sukrosa : C12 H 22O11, sellulosa : (C6 H 10 O5)n

Jumlah atom karbon dalam suatu gula Nama

3 Triosa

4 Tetrosa5 Pentosa6 Heksosa7 Heptosa

Klasifikasi Karbohidrat:

1. Monosakarida

Suatu monosakarida diidentifikasi melalui jumlah atom karon yang dikandungnya dan melalui gugus karbonil fungsi oralnya, yaitu aldose jika merupakan suatu aldehid dan ketose jika merupakan suatu keton. Monosakarida terdiri atas 3-6 atom C dan zat ini tidak dapat lagi dihidrolisis oleh larutan asam dalam air menjadi karbohidrat yang lebih sederhana. berikut macam-macam monosakarida : dengan ciri utamanya memiliki jumlah atom C berbeda-beda :  triosa (C3), tetrosa (C4), pentosa (C5), heksosa (C6), heptosa (C7).

Triosa : Gliserosa, Gliseraldehid, Dihidroksi aseton

Tetrosa : threosa, Eritrosa, xylulosa

Pentosa : Lyxosa, Xilosa, Arabinosa, Ribosa, Ribulosa

Hexosa : Galaktosa, Glukosa, Mannosa, fruktosa

Heptosa : Sedoheptulosa

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

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. 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. Umumnya aldehida dapat bereaksi dengan alkohol membentuk senyawa hemiasetal intermolekul. Cincin berbentuk segi enam yang dihasilkan disebut piranosa . Begitu pula keton dapat bereaksi dengan alkohol membentuk hemiketal intramolekul.

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.

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.

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.

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).

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.

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

2. Disakarida

Senyawanya terbentuk dari 2 molekul monosakarida yg sejenis atau tidak. Disakarida dapat dihidrolisis oleh larutan asam dalam air sehingga terurai menjadi 2 molekul monosakarida.

hidrolisis : terdiri dari 2 monosakarida al

sukrosa : glukosa + fruktosa (C 1-2)

maltosa : 2 glukosa (C 1-4)

trehalosa  2 glukosa (C1-1)

Laktosa : glukosa + galaktosa (C1-4)

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.

3. Oligosakarida

Senyawa yang terdiri dari gabungan molekul2 monosakarida yang banyak gabungan dari 3 – 6 monosakarida,misalnya maltotriosa.Oligosakarida yaitu karbohidrat yang tersusun 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. 

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.

4. Polisakarida

Senyawa yang terdiri dari gabungan molekul- molekul  monosakarida yang banyak jumlahnya, senyawa ini bisa dihidrolisis menjadi banyak molekul monosakarida. Polisakarida merupakan jenis karbohidrat yang terdiri dari lebih 6 monosakarida dengan rantai lurus/cabang.

Macam-macam polisakarida :

1.    AMILUM/TEPUNG 

rantai a-glikosidik (glukosa)n : glukosan/glukan  Amilosa (15 – 20%) : helix, tidak bercabang

Amilopektin (80 – 85%) : bercabang Terdiri dari 24 – 30 residu glukosa, Simpanan karbohidrat pada tumbuhan, Tes Iod : biru ikatan C1-4 : lurus ikatan C1-6 : titik percabangan

2.    GLIKOGEN   

Simpanan polisakarida binatang Glukosan (rantai a) – Rantai cabang banyak Iod tes : merah

3.    INULIN  

pati pada akar/umbi tumbuhan tertentu, Fruktosan Larut air hangat Dapat menentukan kecepatan filtrasi glomeruli. Tes Iod negatif

4.    DEKSTRIN  dari hidrolisis pati 

5.    SELULOSA   (serat tumbuhan) 

Konstituen utama framework tumbuhan tidak larut air – terdiri dari unit b

Tidak dapat dicerna mamalia (enzim untuk memecah ikatan beta tidak ada) – Usus ruminantia, herbivora ada mikroorganisme dapat memecah ikatan beta : selulosa dapat sebagai sumber karbohidrat.

6.    KHITIN 

polisakarida invertebrata

7.    GLIKOSAMINOGLIKAN 

karbohidrat kompleks merupakan (+asam uronat, amina) penyusun jaringan misalnya tulang, elastin, kolagen Contoh : asam hialuronat, chondroitin sulfat

8.    GLIKOPROTEIN 

Terdapat di cairan tubuh dan jaringan terdapat di membran sel merupakan Protein + karbohidrat

Gula menunjukkan berbagai isomer

STEREOISOMER : senyawa dengan struktur formula sama tapi beda konfigurasi ruangnya

- Isomer D,L - Cincin piranosa, furanosa - Anomer a, b - epimer (glukosa, galaktosa, manosa) - Isomer aldosa, ketosa

Proses-proses dalam metabolisme karbohidrat:

1.    GLIKOLISIS yaitu: dimana glukosa dimetabolisme menjadi piruvat (aerob) menghasilkan energi (8 ATP)atau laktat (anerob)menghasilkan (2 ATP).

2.    GLIKOGENESIS yaitu: proses perubahan glukosa menjadi glikogen. Di Hepar/hati berfungsi: untuk mempertahankan kadar gula darah. sedangkan di Otot bertujuan: kepentingan otot sendiri dalam membutuhkan energi.

3.    GLIKOGENOLISIS yaitu : proses perubahan glikogen menjadi glukosa. atau kebalikan dari GLIKOGENESIS.

4.    JALUR PENTOSA FOSFAT yaitu : hasil ribosa untuk sintesis nukleotida, asam nukleat dan equivalent pereduksi (NADPH) (biosintesis asam lemak dan lainnya.)

5.    GLUKONEOGENESIS : senyawa non-karbohidrat (piruvat, asam laktat, gliserol, asam amino glukogenik) menjadi glukosa.

6.    TRIOSA FOSFAT yaitu: bagian gliseol dari TAG (lemak)

7.    PIRUVAT & SENYAWA ANTARA SIKLUS KREBS : untuk sintesis asam amino –> Asetil-KoA –> untuk sintesis asam lemak &kolesterol –> steroid.

Fungsi Karbohidrat

Selain sebagai sumber energi, karbohidrat juga berfungsi sebagai cadangan makanan, pemberi rasa manis pada makanan, membantu pengeluaran feses dengan cara mengatur peristaltik usus, penghemat protein karena bila karbohidrat makanan terpenuhi, protein terutama akan digunakan sebagai zat pembangun. Karbohidrat juga berfungsi sebagai pengatur metabolisme lemak karena karbohidrat mampu mencegah oksidasi lemak yang tidak sempurna.

DAFTAR PUSTAKA

http://veronikafoju.wordpress.com/i-love-biology/biokimia/biokimia-karbohidrat/

http://habibana.staff.ub.ac.id/2014/06/30/pengertian-karbohidrat-klasifikasi-karbohidrat-dan-metabolisme-karbohidrat/

http://id.wikipedia.org/wiki/Karbohidrat

Amstrong, Frank.B, 1979. Buku Ajar Biokimia edisi ketiga. USA : Oxford University Press

Sumber : Biokimia Herper 2009

http://wanenoor.blogspot.com/2011/06/pengertian-karbohidrat-klasifikasi.html#.U42OzSgpXHk