karbohidrat hand

FISIOLOGI POHON
KARBOHIDRAT
Fakultas Kehutanan
Universitas Gadjah Mada
1.
2.
3.
4.
5.
Pendahuluan
Jenis Karbohidrat
Transformasi Karbohidrat
Penggunaan Karbohidrat
Akumulasi Karbohidrat
1. PENDAHULUAN
Karbohidrat pada tanaman penting krn:




Merupakan hasil utama fotosintesis
Merupakan senyawa penyimpan energi utama
Starting point respirasi, sintesa lemak dan protein
Bahan dasar organik yang menyusun senyawasenyawa organik dalam tanaman
 Penyusun utama dinding sel
 Jumlah dalam pohon berkayu ¾ dari berat kering
Rumus molekul (CH2O)n
2. PENGGOLONGAN KARBOHIDRAT
2.1 Monosakarida

Meliputi: gula sederhana dan derivatnya
Terdiri dari: Satu rantai C yg berikatan dgn atom H
(gugus hidroksil) dan -gugus keton atau aldehid
Aldehid

O
║
—C—H
Keton
—C—R
O
║

Monosakarida ada dua golongan :
- Aldosa, Jika ujung rantai C suatu aldehid
- Ketosa, Jika ujung rantai C suatu keton
Macam-macam monosakarida
OH
HO
OH
OH
OH
O
OH
OH
HO
O
Glukosa
O
Fruktosa
Galaktosa
- Rantai C berikatan tunggal tidak becabang, sebanyak 3 – 8,
kebanyakan 5
- Penggolongan monosakarida berdasarkan jumlah atom C:
a. pentosa (C5H10O5)
b. heksosa (C6H12O6)
- Merupakan bentuk dasar karbohidrat dan penyusun
karbohidrat lain yang lebih kompleks
 Bila dihidrolisa tidak menghasilkan gula dg berat molekul
yang lebih rendah
- Monosakarida sering ditemukan pada reaksi gelap
fotosintesis dan reaksi respirasi
- Umumnya berupa glukosa dan fruktosa
- Biasanya jumlah monosakarida dalam tanaman berkayu
sangat kecil
segera dirubah jadi Polisakarida
2.2 Oligosakarida
 Tersusun dari dua atau lebih molekul monosakarida
 Oligosakarida terutama dalam bentuk :
- Disakarida
- Trisakarida
- Tetrasakarida
: sukrosa dan maltosa
: raffinosa dan melezitosa
: stachyosa
 Sukrosa mrpk oligosakarida terpenting, tdp dlm jumlah yg
besar dan tersebar hampir di seluruh sel dan mrpk bahan
untuk metabolisme yang penting
 Pada beberapa tanaman: kandungan sukrosa mencapai
95% dari berat kering material yang diangkut floem
 Sukrosa dan pati merupakan cadangan karbohidrat utama
 Raffinosa dan kadang stachyosa, sering dijumpai dalam
tunas dan daun muda
Macam-macam Oligosakarida
Sukrosa
Raffinosa
Stachyosa
Verbascosa
O
OH
HO
OH
O
OH
OH
OH
OH
OH
OH
O
O
HO
Galaktosa
Galaktosa
O
Fruktosa
HO
O
HO
O
O
O
Galaktosa
Glukosa
2.3 Polisakarida
»
Polisakarida terpenting dalam pohon adalah selulosa dan
pati
»
Selulosa
Selulosa adalah komponen terpenting dari dinding sel
yang membentuk kerangka dari tanaman berkayu.
Merupakan bagian terbesar dari senyawa organik yang
ada
Dari 30 ton billion karbon maka 1/3 nya di konversi
menjadi selulose
Masing-masing molekul dari selulose terdiri dari 3.000
mol glukosa yang terhubung satu sama lain dengan
jembatan oksigen antara atom karbon nomor satu dan
empat dari molukel yang berdekatan
Rantai tersebut bersatu dan membentuk rantai yang
saling berhubungan panjang, lurus dan tidak bercabang.
Rantai tersebut tergabung dalam micelles dan tersusun
menghasilkan microfibril. Ruang kosong pada dinding
murni sellulose terisi oleh air misal pada serabut katun
tetapi ada sebagian terisi oleh lignin, suberin dan
senyawa pectin pada batang berkayu.
CH2OH
H
O
H
OH
O
O
H
H
OH
OH
H H
H
H
OH
Glukosa
O
CH2OH
H
O
H
OH
O
H
OH
OH
H
H
CH2OH
H
Glukosa
Glukosa
Selulosa
O
H
OH
H
O
CH2OH
Glukosa
Sifat khas dari selulose ini adalah :
- Tidak larut dalam air maupun pelarut organik
- Mempunyai ketahanan terhadap pemecah kimia dan
enzim-enzim pemecahnya
Selulose ini dapat dipecahkan dengan dua macam
enzim yakni :
1. Celulase untuk membantu atau sebagai katalisator
untuk membentuk cellobiase
2. Cellobiase yang sebagai karier untuk mengkatalisa
proses lebih lanjut membuat glukosa
»
Pati
Merupakan cadangan karbohidrat yang terbesar pada
tanaman berkayu
Butir-butir pati tidak mampu melewati sel-sel atau
antar sel sehingga pati terbentuk langsung dalam
jaringan dimana butir pati tersebut diketemukan
Pati tersebut terbentuk dari proses pemadatan ratusan
molekul glukosa menjadi rantai yang panjang dan
berbentuk spiral
Seperti selulose yang terbentuk oleh glukosa dengan
jembatan oksigen pada atom C nomor 1 dan atom
nomor 4, maka pada pati mempunyai ikatan α sedang
selulose mempunyai ikatan β
Pati siap untuk proses metabolisme lebih lanjut dan
terdiri dari :
1. Amylopectin, molekul yang panjang dengan banyak
rantai cabang
2. Amylose, molekul dengan rantai tidak bercabang
terdiri dari 300 sampai dengan 1000 residu. Apabila
diberi tetesan dengan iodine akan berwarna biru gelap
dan lebih mudah larut dalam air dan lebih tebal dan lekat
disbanding amylopectin
CH2OH
H
Amylosa
H
OH
O
CH2OH
O
H
H
OH
H
O
H
OH
H
Glukosa
CH2OH
O
H
H
O
OH
Glukosa
CH2OH
O
H
H
OH
H
H
OH
O
Glukosa
O
H
OH
H
H
OH
Glukosa
CH2OH
H
O
O H
H
OH
H
H
OH
O
Amylopectin
CH2OH
H
O
H
OH
H
CH2
O
H
H
O
OH
H
OH
H
CH2OH
O
H
H
O
OH
CH2OH
O
H
OH
H
H
OH
H
O
O
H
OH
H
H
OH
Pati terdapat pada sel yang hidup pada sapwood dari
batang berkayu juga terdapat pada bagian sel phloem di
bagian dalam kulit
Karena itu untuk pengawetan kayu maka merendam
kayu dalam air dalam waktu cukup lama akan
melarutkan pati yang ada dan membuat serangan
serangga akan teredam karena tidak adanya pati yang
dapat dimakan serangga pada kayu
»
Hemiselulosa
Terdapat di hampir semua pohon berkayu dalam
jumlah yang tidak begitu nyata seperti: araban, xylan,
galaktan dan manan
Hemiselulose terdapat pada beberapa jenis biji dan
tercerna pada waktu proses perkecambahan.
Sifat hemiselulose antara lain :
- Larut dalam larutan alkali dan larutan asam
- Sering dapat dicerna
- Dapat dipergunakan untuk cadangan makanan
» Pectin
Terdapat dalam midellamela dan merupakan senyawa
hidariophillic terutama dalam dinding sel primer
khususnya pada buah
Tidak diketemukan pada pohon berkayu dalam jumlah
yang besar
» Gum
Gum dan mucilage agak mirip dengan pektin. Contoh
gum adalah gum acaaia dari Afrika dan gum ini dapat
berasal dari luka pada batang cherry, plum dan banyak
pohon-pohon tropis seperti dipterocarp dan Artocarpus
integra
Proses keluarnya gum dari batang sering kita sebut
gummosis
Gum ini berasal dari proses hidariolisa dari subtansi
dinding sel
Gum ini berbeda dengan resin yang berasal dari konifer
khususnya tentang susunan kimianya
Keluarga Karbohidrat
3. Transformasi Karbohidrat
Karbohidrat bentuknya akan selalu berubah-ubah dari
waktu ke waktu dan senyawa tersebut akan
dipergunakan untuk respirasi, sintesa lemak dan protein
dan senyawa-senyawa non karbohidrat yang lain
Konversi pati - sucrose sering terjadi baik pada bagian
vegetatif maupun regeneratif
Pada biji yang sedang berkembang maka akan terjadi
konversi gula khususnya sukrose dirubah menjadi pati
Pada buah yang telah masak maka pati akan dirubah
menjadi gula
3.1 Phosphorilasi
Proses ini merupakan langkah pertama perubahan
karbohidrat
– monosakarida + ATP membentuk ester posfat + ADP
Enzim A
Gula A fosfat + ADP
Gula A + ATP
Gula A –fosfat
Enzim B
Gula B fosfat
-
Sukrose
Pembentukan sucrose dari glukosa dan fruktosa
apabila salah satu unit gula berada pada komplek gula
nukleotida, misalnya glukosa dalam bentuk uridine
difosfat glucose (UDPG) bereaksi dengan fruktosa dan
menghasilkan sukrose
UDP D-glukose + D fruktosa  sucrose + UDP
UDP-D-glukode + D fruktosa 6 fosfat  sucrose fosfat + UDP
- Sukrose akan menghasilkan glukosa dan fruktosa
apabila di hydariolisa
- C12H22O11 + H2O  C6H12O6 + C6H12O6
Sukrosa
glukosa
fruktosa
Pati
Pembentukan pati dpt terjadi melalui beberapa cara:
1. Reaksi fosforilasi (yang terpenting). Pada reaksi ini
glukosa-1-fosfat digabungkan untuk membentuk pati
Glukosa-1P + rantai glukosa (n)
rantai glukosa (n+1) + P
Fosforilase
2. Jalur Uridine di fosfat glukosa (UDPG)
Glukose-1P + UTP
UDPG + pyrofosfat
Pyrofosforilase
UDPG + rantai glukosa (n)
UDP + rantai glukosa (n+1)
Transglycosilase
3. Adenosin difosfat glucose (ADPG)
Glukosa-1P + ATP
ADPG + pyrofosfat
phyrophosphorilase
ADPG + rantai glukosa (n)
ADP + rantai glukosa (n+1)
transglukosilase
4. Penggunaan Karbohidrat

Karbohidrat (hasil fotosintesis) dimanfaatkan untuk:
1. Pertumbuhan (diangkut ke ujung batang dan akar,
kambium dan struktur reproduktif, dan dikonversi
menjadi protoplasma, dinding sel dan produk-produk
metabolisme yang lain)
2. Cadangan makanan yang pada akhirnya akan
dimanfaatkan juga untuk pertumbuhan
3. Respirasi (dioksidasi untuk menghasilkan energi)
4. Dipakai oleh tanaman lain dengan melalui root graft,
hemi atau holoparasit
5. Dilepaskan sebagai eksudat akar
6. Hilang melalui pencucian dan penguapan
(volatilization) di daun
-
-
-
Sebagian karbohidrat diangkut ke simbion seperti mycorrhiza
dan bakteri pengikat nitrogen
Mycorrhiza menyerap sucrose, glucose dan fruktosa dari
tanaman inang dan merubahnya menjadi bentuk karbohidrat
yang lain spt mannitol, trehalose dan glycogen yang tidak
dapat diambil balik oleh tanaman inang
Hampir 10 % dari karbohidrat yang dpt diubah jadi/ untuk
produksi kayu, dikonversi menjadi badan buah jamur mikorisa
Perlu dicatat bahwa keberadaan mycorrhiza mampu
meningkatkan penyerapan hara dalam jumlah yang besar
5. Akumulasi Karbohidrat



Cadangan karbohidrat sangat penting bagi
tanaman tahunan dan dimanfaatkan untuk
mempertahankan hidup di musim dingin dan
pertumbuhan pada musim semi selanjutnya
Cadangan karbohidrat utama adalah pati,
disamping juga lemak, senyawa nitrogen, sucrose,
rafinose, fruktosa, dan hemiselulosa
Ekonomi Karbohidrat



Income = Jumlah karbohidrat yang dihasilkan oleh
fotosintesis
Pengeluaran = Jumlah karbohidrat yang dipakai untuk
respirasi dan asimilasi
Balance= karbohidrat yang terakumulasi




Tempat penyimpanan paling banyak dari karbohidrat pada
jari sel parenkim, dan ini tergantung kepada jaraknya dari
kambium
Jumlah butiran pati paling banyak yang berdekatan dengan
kambium dan semakin sedikit ketika mendekati bagian
dalam sapwood
Di bagian dalam atau heartwood hampir tidak ada. Karena
itu semakin banyak heartwood kayu yang akan
dipergunakan untuk diawetkan untuk perkakas akan
mempunyai keawetan yang lebih tinggi
Hal ini berbeda dengan kandungan lemak yang semakin
banyak pada bagian dalam sapwood dibanding yang
berdekatan dengan kambium
5.2 Distribusi Karbohidrat
Sangat bervariasi antara berbagai bagian pohon berkayu
Variasi juga disebabkan karena perbedaan musim antara
evergreen, temperate dan tropis. Faktor lain yang
menentukan adalah umur pohon.
Distribusi karbohidrat sering ditunjukkan dengan
persentase berat keringnya. Namun perlu diketahui hal
tersebut bisa memberikan gambaran yang salah
Misal
- persentase berat kering di akar bagi karbohidrat baik di
umur muda maupun tua ternyata lebih besar di akar
dibandingkan di bagian atas tanah
Namun begitu jumlah karbohidrat yang terbesar terdapat
dibagian atas tanah karena dibatang, cabang dan daun
yang hampir 3 kali beratnya dibandingkan di bagian akar
mengandung karbohidrat yang lebih besar
Konsentrasi karbohidrat di daun juga tinggi misalnya
sampai 9 % di daun apel. Kemudian di pinus sampai
16,6 % namun demikian proporsi untuk seluruh pohon
daun hanya mengandung sekitar 5 % saja dari total
karbohidrat di seluruh pohon
1.
2.
3.
1.
2.
3.
Berapa jumlah penyebaran karbohidrat ?
Diperkirakan sebanyak 35% karbohidrat menjadi buah
45% karbohidrat dipakai untuk pertumbuhan vegetatif
18% untuk respirasi
Kasus yang lain ternyata penyebarannya sebagai
berikut :
35% untuk pertumbuhan
45% untuk respirasi (ditropis lebih tinggi dibandingkan
di temperate)
20% hilang sebagai daun yang gugur, cabang dan
bagian bagian tanaman lain
Penyebaran karbohidrat pada bagian-bagian pohon
tergantung pada umur pohon tersebut. Pada pohon
tua maka bagian terbesar karbohidrat terdapat pada
bagian batang dan sedikit di tajuk dan akar
SEKIAN