Setelah mengikuti kuliah pokok bahasan karbohidrat

BAB II
KARBOHIDRAT
Tujuan Instruksional Khusus:
Setelah mengikuti kuliah pokok bahasan karbohidrat mahasiswa dapat :
1. Menjelaskan struktur dasar, sifat fisik dan kimiawi, klasifikasi dan fungsi karbohidrat,
meliputi : monsakarida,oligosakaradida (termasuk disakarida) dan polisakarida.
2. Menjelaskan dan mengidentifikasikansenyawa yang dimasukkan dalam kelompok
monosakarida, oligosakarida (termasuk disakarida) dan polisakarida.
Pendahuluan
Karbohidrat adalah senyawa yang mengandung hidrogen dan oksigen dengan
perbandingan 2 : 1, sehingga mempunyai rumus empiris Cx (H2O)y, walaupun ada
karbohidrat yang tidak mengikuti rumus tersebut. Karbohidrat merupakan utama tumbuhan,
paling banyak dalam bentuk selulosa dan pati yang dan proses fotosintesis. Manusia dan
hewan menggunakan karbohidrat sebagai tenaga. Monosakarida merupakan karbohidrat
yang paling sederhana dan terdapat secara alamiah sebagai salah satu derivat dari
komponen disakarida dan polisakarida.
Karbohidrat didefinisikan sebagai polihidroksi aldehid atau keton dan derivatederivatnya yang dihasilkan dari hidrolisis. Oleh karena itu karbohidrat yang mengandung
gugus aldehid atau keton disebut aldosa atau ketosa.
Beberapa kesukaran dihadapi dalam analisis karbohidrat baik secara kualitatif dan
kuantitatif karena banyak senyawa-senyawa karbohidrat mempunyai kesamaan baik
struktural maupun kimiawinya.
Subpokok Bahasan 1 : Pengertian umum
Karbohidrat merupakan biomolekul yang paling banyak dijumpai didunia, disintesis
dari senyawa CO2 dan H2O melalui proses fotosintesis. Ada berbagai jenis senyawa
karbohidrat yang masing-masing mempunyai struktur, sifat fisik dan kimiawi serta fungsi
biologis yang berbeda. Karbohidrat dapat dianalisis baik secara kwalitatif maupun kuantitatif
karena adanya gugus reaktif pada monomer penyusunnya.
Universitas Gadjah Mada
1
Gambar II.1. Rumus kimia umum karbohidrat (kecuali deoksiribosa)
Subpokok Bahasan 2 : Monosakaridadan oligosakarida
Karbohidrat
diklasifikasikan
menjadi
beberapa
kelompok
berdasarkan
kompleksitasnya. Asam menghidrolisis karbohidrat kompleks menjadi monosakarida
penyusunnya. Monosakarida merupakan molekul yang mempunyai ikatan yang tidak dapat
dihidrolisis lagi menjadi senyawa yang lebih sederhana. Monosakarida dikelompokkan
menurut jumlah atom karbon, seperti triosa (C3H6O3), tetrosa (C4H8O4), pentosa (C5H10O5),
dll. Masing-masing kelompok nama lagi menurut gugus alehid atau keton yang dimilikinya
sehingga disebut alditriosa, ketotriosa, aldotetrosa, ketotetrosa, dll.
Gula sederhana/monosakarida yang paling penting adalah heksosa dan pentosa.
Pada umumnya monosakarida berbentuk kristal padat, larut dalam air, berasa manis,
mereduksi dalam larutan CuOH, bereaksi dengan femihidrazin, HCN dan hidroksilamin. atau
lebih molekul monosakarida bergabung membentuk oligosakarida dan polisakarida (atau
senyawa karbohidrat). Sebaliknya hidrolisis dan senyawa karbohidrat akan membentuk
sejumlah monosakarida. Dua molekul monosakarida membentuk disakarida, 3 molekul
monosakarida membentuk trisakarida, dll. Kelompok-kelompok tersebut diklasifikasikan lagi
berdasarkan ada/tidaknya sifat mereduksi.
1. Monosakarida
a. Monosakarida aldosa dan ketosa
Aldosa
Secara umum rumus aldosa diperlihatkan dibawah ini :
Universitas Gadjah Mada
2
Sehingga aldosa dapat diturunkan dari senyawa
gliseraldehid asal dengan
penggantian gugus alcohol sekunder (-CHOH). Gliseraldehid mempunyai satu atom
karbon asimetris, sehingga terdapat 2 benuk isomer, yaitu dekstro – dan levo-rotari
berdasarkan kemampuan larutan gula memutar bidang polarisasi. Pada waktu bidang
polarisasi memutar ke kanan senyawa tersebut disebut
dekstrorotari dan diberi
tanda (α) atau (+). Demikian juga pada waktu memutar bidang polarisasi ke kiri
senyawa disebut levorotan (1) atau (-). Senyawa-senyawa yang mempunyai
kemampuan memutar bidang polansasi disebut senyawa yang bersifat optik aktif.
Ketosa
Bentuk ketosa yang paling sederhana adalah triosa, dihidroksiaseton tetapi senyawa
ini bersifat tidak optikaktif sehingga tetrosa D-eritrulosa merupakan senyawa asal Dketosa,
Pentose, heksosa, dll dibentuk dengan penambahan gugus alcohol sekunder.
b. Struktur kimiawi monosakarida:
1) Struktur asimetris
2) Struktur cincin
3) Derivat heksosa
Universitas Gadjah Mada
3
Gambar 11.2. Struktur kimia monosakarida. a. Pentosa. b. Heksosa
c) Reaksi spesifik
1) Enolasi
2) Oksidasi reduksi
3) Estenfikasi
4) Kondensasi aldol
d) Sifat-sifat monosakarida
Heksosa.
Heksosa merupakan monosakarida yang mempunyai 6 rantai atom C dalam molekulnya.
Terdapat dalam bentuk aldosa atau ketosa. Heksosa merupakan gula sederhana yang
penting dan terdistribusi luas di alam, baik dalain bentuk bebas maupun bergabung
dengan molekul lain yang biasanya dapat dipecah melalui proses hidrolisis. Molekul
heksosa yang penting dalani proses biologi adalah glukosa, fruktosa, galaktosa dan
manosa. Fruktosa adalah ketoheksosa dan yang lain adalah aldoheksosa. Berbagai
aldoheksosa tersebut berbeda susunan gugus H dan OH-nya yang berikatan dengan
atom
Universitas Gadjah Mada
4
A. Perbedaan ini menyebabkan perbedaan sifat-sifat fisiknya. Heksosa sangat larut,
bersifat optik aktif dan mempunyai sifat-sifat kimia umum dan khusus yang dapat dipakai
sebagai identifikasi dan determinasi.
a. Glukosa
Glukosa disebut dekstrosa atau gula anggur, terdistribusi luas di alam dalam bentuk
berkombinasi dengan senyawa lain. Terdapat dalam juice buah-buahan sama
dengan fruktosa dan dapat diroduksi dan hasil hidrolisis amilum. terdapat dalam
darah, konsentrasi normalnya sekitar 0,1%. Glukosa tidak dalam urin atau ada tetapi
dalam jumlah sangat kecil, kecuali pada penderita militus. Glukosa dalam larutan
bersifat dekstrorotari, mempunyai rotasi spesifik +52,58
b. Galaktosa
Galaktosa meruoakan hasil hidrolisis laktosa. Ditemukan juga sebagai pembentuk
saraf
berupa galaktolipid.
menunjukkan
sifat
Galaktosa
mutarotasi
dalam
merupakan
larutan,
aldoheksosa,
membentuk
dekstrorotari,
osazon
dengan
fenilhidrazin, dapat difermentasi secara lambat oleh yeast tertentu walaupun ada
jenis yang memfermentasi dengan cepat. Proses oksidasi dengan asam nitrat
menghasilkan asam musat. Laktosa juga menghasilkan asam musat.
c. Manosa
Manosa merupakan aldoheksosa, mempunyai struktur yang berbeda dengan glukosa
yaitu susunan gugus OH dan H pada atom C no 2. Biasanya ditemukan dalam
bentuk polisakarida yaitu manna dan manosan yang terdapat pada tumbuhan,
terutama biji-bijian. Polisakarida dapat dihidrolisa menghasilkan manosa. Manosa
merupakan gula mereduksi, dapat diragikan oleh yeast. Manosa berbeda dengan
glukosa dalam hal kelarutannya, tidak berwarna, membentuk kristal osazon jika
direaksikan dengan fenilhidrazin pada suhu kamar.
d. Fruktosa
Fruktosa disebut juga levulosa atau gula buah, terdapat pada tumbuh-tumbuah
bersama-sama dengan glukosa. Dapat dihasilkan dari hidrolisis inulin. Meskipun
fruktosa adalah ketosa tetapi dapat mereduksi logam dalam larutan alkali karena
adanya gugus terminal CO-CH2OH. Fruktosa bereaksi dengan fenilhidrazin
membentuk osazon. Bentuk osazon fruktosa sama dengan glukosa. Apabila
direaksikan dengan metithidrazin fruictosazon akan lebth cepat terbentuk daripada
glukosazonm. Fruktosa cenderung berbentuk piranosa.
Pentosa
Pentosa merupakan monosakarida yang mempunyai 5 atom C pada rantai atom C.
Pentosa terdapat
pada tumbuhan dan jaringan hewan,
biasanya sebagai
Universitas Gadjah Mada
5
polisakarida. Pada tumbuhan pentosa terdapat dalam gum sebagai pentosan.
Pentosan dihidrolisis menghasilkan pentosa (arabinosa, xilosa)
2. Oligosakarida
a. Disakarida
1) Ikatan glikosida
2) Jenis disakarida: sukrosa, laksosa, maltosa
Maltosa
Terdiri atas dua molekul glukosa dengan ikatan antara atom C 1-4 dari kedua
gulanya. Maltosa dapat diperoleh dari hidrolisa amilum dengan amilase. Maltosa bila
dihidrolisa dengan asam atau enzim maltase akan menjadi 2 molekul glukosa.
Disakarida ini dapat mereduksi larutan Benedict, karena ada gugus karbonil bebas
pada C-1, dapat membentuk osazon dan dapat diragikan.
Sukrosa
Disebut juga gula tebu. Terdapat pada tebu dan bit. Hidrolisa dengan asam
atau enzim sukrase menghasilkan glukosa dan fruktosa yang sama banyak.
Campuran ini disebut gula invert. Sukrosa tidak mempunyai gugus karbonil bebas,
sehingga tidak mereduksi (non reducing sugar). Sukrosa terdiri dari alpaha Dglukopiranosa dan beta D-fruktofuranosa dengan ikatan 1-2. Tidak membentuk
osazon, tetapi dapat diragikan.
Laktosa
Disebut juga gula susu. Terdapat dalam air susu. Hidrolisa dengan asam atau
enzim lactase menghasilkan glukosa dan galaktosa. Sering terdapat dalam air seni
wanita yang menyusui putranya, daft keadaan ini disebut Iaktosuria. Ikatan antara
glukosa dan galaktosanya adalah 1-4. Dapat mereduksi, membentuk osazon dan
dapat diragikan.
Trehalosa
Bila dihidrolisa menghasilkan 2 molekul glukosa. Terdapat dalam jamur dan
ragi. Juga terdapat dalam hemolimfe insekta. Ikatannya adalah 1-1. Tidak mereduksi,
tidak membentuk osazon.
b. Oligosakanida: fungsi biologis dan contoh
Universitas Gadjah Mada
6
Gambar II.3. Ikatan glikdsida dan struktur kimia oligosakarida. a. Ikatan O-glikosida pada
maltosa dan raffinosa. b Ikatan N-glikosida pada pirimidin ribonukleosid
Subpokok Bahasan 3 : Polisakarida
Merupakan polimer monosakarida. Mempunyai BM tinggi. Biasanya tidak larut dalam
air, dalam larutan biasa berbentuk koloid. Biasanya tidak mempunyai rasa manis. Beberapa
polisakarida dapat dicerna dan ada beberapa yang tidak. Pemberian nama polisakarida
tergantung unit monosakarida penyusunnya. Bila monosakarida yang menyusun pentosa,
disebut pentosan. Bila heksosa disebut heksosan. Bila heksosanya adalah glukosa,
namanya glukosan. Bila heksosanya fruktosa disebut fruktosan dan seterusnya.
Universitas Gadjah Mada
7
1. Penggolongan
a. Homopolisakarida
b. Heteropolisakarida
2. Struktur dan fungsi biologis
a. Homopolisakarida
1) Selulosa
Termasuk glukosan. Terdiri dari polimer glukosa dengan ikatan 1-4.
Terdapat banyak pada dinding sel tumbuhan. Sukar larut, tidak dapat dicerna
kecuali oleh hewan (misalnya sapi, karena ada bakteri dalam ususnya yang
membentuk enzim sellulase yang dapat mencema selulosa). Tidak memberi
warna terhadap jod.
2) Amilum
Amilum adalah polimer glukosa, jadi termasuk glukosan. Terdapat dalam
biji padi-padian, umbi dan buah-buahan. Sebagai sumber karbohidrat yang murah
dan mudah didapat. Bentuk dan besarnya butir amilum tergantung jenisnya.
Amilwn terdiri dari 2 macam molekul yaitu amilosa dan amilopektin. Amilosa
merupakan rantai glukosa tidak bercabang dengan ikatan 1-4, Amilopektin berupa
rantai glukosa bercabang dengan rantai lurus ikatan 1-4, cabangnya 1-6. Rantai
amilopektin lebih pendek Hidrolisa amihim oleh asam menghasilkan glukosa,
sedang dengan enzim menghasilkan malosa dan dekstrin. Amilosa dengan jod
memberi warna biru, sedang amilopektin ungu. Pada pemanasan warna hilang
dan timbul lagi setelah didinginkan. Pemberian alkali juga menghilangkan warna,
karena alkali mengikat jodium. Tidak mereduksi, tidak membentuk osazon Pada
waktu hidrolisa dengan enzim atau dengan asam akan membentuk hasil
antaranya, yaitu amilodekstrin, eritrodekstrin, akhroodekstrin dan akhirnya
menjadi maltosa dan dekstrin dengan aenzim amilase atau menjadi glukosa bila
dengan asam.
Dapat diendapkan dengan setengah menjenuhi dengan
ammonium sulfat.
3) Glikogen
Banyak terdapat dalam otot dan hati. Merupakan glukosan, karena terdiri
dari polimer glukosa dengan ikatan 1-4 dan cabangnya 1-6. Berbeda dengan
amilopektin, di sini rantainya lebih pendek, tetapi cabangnya lebih banyak.
Hidrolisa dengan asam menghasilkan glukosa dan dengan enzim amilase
menghasilkan maltosa. Dengan jod berwarna merah, tidak mereduksi, tidak
Universitas Gadjah Mada
8
membentuk osazon, dapat diendapkan dengan menjenuhi dengan ammonium
sulfat.
b. Heteropolisakanda
1) Hemiselulosa
2) Kitin
3) Peptidoglikan
4) Glikolipid
5) Mukopolisakarida
Gambar II.4. Struktur kimia polisakarida. a. Selulosa b. Amilum
Universitas Gadjah Mada
9
LATIHAN SOAL
1. Berikan definisi Karbohidrat!
2. Apa yang dimaksud dengan monosakarida aldosa dan ketosa ? Gambarkan struktur
umumnya!
3. Apa yang dimaksud dengan gula reduksi ? Berikan contohnya! Mengapa sukrosa tidak
termasuk gula mereduksi?
4. Apa yang dimaksud dengan gula invert?
5. Sebutkan fungsi biologis dan polisakanda?
DAFTAR REFERENSI
Buku Acuan:
Boyer, R. 1999. Concept in Biochemistry. Brooks Cole Publishing Company.
Horton, H.R., Moran L.A., Rawn J.D. and Scrimgeor, KG. 1996. Principle of Biochemistry.
Second Edition. Prentice-Hall International, Inc.
Lehninger, A.L., Nelson, D.L., Cox, M.M. 1993. Principle of Biochemistry. Second Edition.
Worth Publisher.
Nelson, D.L. and Cox, M.M. 2000. Lehninger: Principles of Biochemistry. Third Edition. Worth
Publisher.
Sumber Gambar:
Understand! Biochemistry. Lehninger: Principles of Biochemistry 3/6 Version. 1999. The
Mona Group, LLC.
SENARAI (GLOSSARY)
Karbohidrat. Karbohidrat dideflnisikan sebagal polihidroksi aldehid atau keton envat
derivatnya yang dihasilkan dari hidrolisis. Karbohidrat merupakan yang mengandung
hidrogen dan oksigen dengan perbandingan 2 : 1, mempunyai rumus empiris Cx(H2O),
walaupun ada beberapa karbohidrat yang tidak mengikuti rumus tersebut.
Aldosa dan Ketosa. Suatu monosakarida mempunyai rumus umum (CH2O)n rnengandung
gugus aldehid (aldosa) atau gugus keton (ketosa). Gugus aldehid atau keton bebas mampu
mereduksi ion Cu2+ menjadi Cu sehingga beberapa monosakanida disebut gula reduksi.
Disakarida. Disakarida terbentuk pada saat dua monosakanida digabungkan oleh ikatan
glikosidik.
Universitas Gadjah Mada
10
Oligosakarida. Rantai pendek monosakarida yang dihubungkan oleh ikatan glikosidik
disebut oligosakarida.
Poilsakarida. Rantai panjang monosakarida yang saling bergabung disebut polisakarida.
Glikogen merupakan polisakarida penyimpan energi utama pada hewan, sedangkan pada
tumbuhan berupa amilum. Selulosa merupakan polisakarida struktural penyusun dinding sel.
Universitas Gadjah Mada
11