Sesi 21.indd

Se
21
BIOMOLEKUL L KARBOHIDRAT
Karbohidrat adalah kelompok senyawa aldehid dan keton terpolihidroksilasi yang tersusun dari
atom C, H, dan O. Karbohidrat terlibat dalam proses biologis pada makhluk hidup. Karbohidrat
pada umumnya disebut senyawa golongan gula dan merupakan sumber energi utama pada
makhluk hidup tingkat tinggi (manusia, hewan, dan tumbuhan). Pada sesi kali ini, kita akan
membahas lebih jauh mengenai penggolongan, sifat, dan identifikasi senyawa golongan
karbohidrat.
A.
PENGGOLONGAN
Aldosa: Glukosa, Galaktosa, Ribosa
Monosakarida
Ketosa: Fruktosa
Karbohidrat
Gula pereduksi
Disakarida
Gula nonpereduksi
Polisakarida
1
GAN
KIMIA
BUN
si
AS
A - K U RIKUL
I IP
UM
GA
KEL
XI
Secara umum, karbohidrat dikelompokkan ke dalam tiga kelompok utama, yaitu
monosakarida, disakarida, dan polisakarida.
a.
Monosakarida
Monosakarida adalah kelompok senyawa karbohidrat tunggal yang tidak dapat dipecah
lagi menjadi karbohidrat yang lebih sederhana. Atom C karbonil pada monosakarida dapat
berupa gugus aldehid, sehingga monosakarida yang memiliki gugus ini disebut kelompok
monosakarida aldosa, atau berupa gugus keton, sehingga monosakarida yang memiliki
gugus ini disebut kelompok ketosa. Contoh monosakarida yang termasuk ke dalam
golongan aldosa adalah glukosa, galaktosa, dan ribosa, sedangkan contoh monosakarida
yang termasuk ke dalam golongan ketosa adalah fruktosa. Glukosa merupakan sumber
utama energi pada makhluk hidup tingkat tinggi, yaitu manusia, hewan, dan tumbuhan.
Manusia dan hewan memperoleh glukosa dari sumber makanannya melalui reaksi
metabolisme oksidasi menghasilkan CO2, H2O, dan energi berupa ATP, sedangkan
tumbuhan memperoleh glukosa dari reaksi fotosintesis. Ribosa merupakan gugus gula
yang terdapat pada materi genetik makhluk hidup yaitu RNA. Ribosa yang kehilangan
satu atom O, deoksiribosa, adalah komponen gula pada struktur DNA.
Berdasarkan jumlah atom karbon penyusunnya, karbohidrat dapat dikelompokkan
sebagai berikut:
1.
Triosa: karbohidrat yang tersusun dari tiga atom C, contohnya gliseraldehida
(aldotriosa).
2.
Tetrosa: karbohidrat yang tersusun dari empat atom C, contohnya eritrosa.
3.
Pentosa: karbohidrat yang tersusun dari lima atom C, contohnya ribosa.
4.
Heksosa: karbohidrat yang tersusun dari enam atom C, contohnya glukosa.
Struktur Monosakarida
Struktur monosakarida dapat digambarkan dengan dua cara, yaitu dalam bentuk rantai
terbuka (proyeksi Fischer) dan dalam bentuk rantai tertutup (konformasi Haworth).
Pada struktur rantai terbuka (proyeksi Fischer), gugus aldehid dan keton digambarkan
pada posisi di atas dengan nomor karbon terkecil, dengan setiap atom karbon pada
senyawa mengikat gugus OH. Pada proyeksi Fischer ini kita akan dapat mengamati bahwa
monosakarida adalah senyawa optis aktif yang memiliki lebih dari satu karbon khiral,
karena semua atom C pada monosakarida, kecuali C aldehid/C keton dan C terakhir,
adalah karbon khiral. Berbeda dengan pemahaman sebelumnya mengenai istilah isomer
2
D- dan L- yang ditentukan dari arah putar bidang polarisasi cahaya, penentuan isomer Ddan L- pada monosakarida didasarkan pada arah gugus –OH pada C yang paling jauh dari
gugus aldehid/keton (C terakhir). Jika –OH mengarah ke kanan, maka senyawa tersebut
merupakan isomer D-, sedangkan jika –OH mengarah ke kiri, maka senyawa tersebut
merupakan isomer L-.
Haworth mengusulkan struktur berbentuk cincin yang dapat dibentuk dari struktur Fischer.
Menggunakan model molekul, akan terlihat bahwa gugus –OH pada C5 akan lebih dekat
ke gugus karbonil pada C1. Hal ini akan mengakibatkan perpindahan atom H dari gugus
–OH C5 ke gugus karbonil pada C1. Menggunakan struktur Haworth, kita dapat melihat
bentuk isomer geometri. Pada glukosa yang digambarkan dengan struktur Haworth, kita
dapat melihat isomer geometri bentuk α- dan β. Bentuk α- adalah ketika gugus –OH pada
C1 berada di bawah, sedangkan bentuk β- adalah ketika gugus –OH pada C1 berada di
atas (ingat: gugus –OH pada C1 berasal dari pindahnya atom H pada gugus –OH C5 ke
gugus karbonil pada C1).
b.
Disakarida
Disakarida merupakan senyawa gabungan dari dua monosakarida. Berdasarkan reaksi
dengan larutan Fehling, disakarida dibagi menjadi dua jenis, yaitu gula pereduksi dan
gula nonpereduksi. Gula pereduksi bereaksi positif dengan Fehling, yaitu membentuk
endapan merah bata Cu2O, karena gula pereduksi memiliki gugus hemiasetal (R-CHOHOR’). Sedangkan gula nonpereduksi bereaksi negatif dengan Fehling karena tidak
memiliki gugus hemiasetal. Contoh gula pereduksi adalah laktosa (glukosa-galaktosa)
dan maltosa (glukosa-glukosa), sedangkan contoh gula nonpereduksi adalah sukrosa
(glukosa-fruktosa).
(1) Maltosa, (2) Laktosa, dengan gugus hemiasetal, (3) Fruktosa, tanpa gugus hemiasetal
(Organic Chemistry Ed. 8, John McMurry, 2012)
3
c.
Polisakarida
Polisakarida merupakan gabungan lebih dari 1000 molekul monosakarida. Contoh
polisakarida, antara lain:
1.
Amilum
Bentuk polisakarida berfungsi sebagai sumber glukosa pada hewan dan manusia
yang terdapat antara lain pada umbi-umbian (kentang, singkong, ubi), gandum,
padi, dan jagung. Amilum merupakan polimer dari glukosa yang terjalin satu dengan
lainnya dengan ikatan 1→4-α-glikosida.
Beberapa sekuens monosakarida dalam amilum, dengan ikatan 1→4-α-glikosida
(Organic Chemistry Ed. 8, John McMurry, 2012)
2.
Selulosa
Bentuk polisakarida yang terdapat pada tumbuhan. Selulosa adalah polisakarida
pembentuk dinding sel tumbuhan. Pada manusia, selulosa serat penting dalam
makanan untuk kesehatan pencernaan. Selulosa merupakan polimer dari glukosa
yang terjalin satu dengan lainnya melalui ikatan 1→4-β-glikosida. Selulosa dapat
larut dalam larutan zwitter dan selanjutnya dapat dibuat menjadi selulosa asetat
(sutera tiruan).
Beberapa sekuens monosakarida dalam selulosa, dengan ikatan 1→4-β-glikosida
(Organic Chemistry Ed. 8, John McMurry, 2012)
3.
Glikogen
Polisakarida yang merupakan bentuk penyimpanan glukosa dalam tubuh, yang
tidak segera digunakan untuk pembentukan energi. Glikogen memiliki struktur
bercabang kompleks dan terdiri dari ikatan 1→4 dan 1→6.
4
B.
SIFAT KARBOHIDRAT
Senyawa karbohidrat sederhana pada umumnya memiliki rasa yang manis. Gugus
polihidroksi pada molekul karbohidrat membuat kelompok senyawa ini memiliki kelarutan
yang baik dalam air, alkohol, dan pelarut polar lainnya, tetapi tidak larut dalam pelarut
nonpolar seperti eter dan CCl4. Karbohidrat dapat terdehidrasi jika diteteskan H2SO4 pekat,
yaitu berubah menjadi arang kehitaman, karena H2O pada karbohidrat diikat oleh H2SO4
pekat.
C.
UJI KARBOHIDRAT
a.
Uji Molisch
Molisch adalah uji yang dilakukan untuk mengkonfirmasi apakah suatu sampel
merupakan golongan karbohidrat. Suatu sampel yang memiliki rasa manis dan larut
dalam air dapat berupa senyawa karbohidrat atau pseudokarbohidrat. Contoh senyawa
pseudokarbohidrat antara lain adalah manitol, sorbitol, dan xilitol. Perbedaan karbohidrat
dan pseudokarbohidrat dapat dilihat pada uji Molisch. Karbohidrat bereaksi positif dengan
pereaksi Molisch menghasilkan warna ungu pada larutan, sedangkan pseudokarbohidrat
berekasi negatif dengan pereaksi Molisch.
b.
Uji Iodin
Uji Iodin dilakukan untuk mendeteksi adanya polisakarida dalam suatu larutan sampel.
Polisakarida seperti amilum dengan iodin membentuk kompleks amiloiodin yang
berwarna biru.
c.
Uji Fehling
Uji Fehling dilakukan untuk mendeteksi adanya gugus pereduksi pada karbohidrat.
Karbohidrat dengan gugus pereduksi akan menghasilkan endapan merah bata Cu2O pada
reaksi dengan Fehling.
d.
Uji Benedict
Pereaksi Benedict mengandung ion Cu2+, sama dengan Fehling, dan uji ini juga ditujukan
untuk mendeteksi gugus pereduksi pada karbohidrat. Akan tetapi, monosakarida dengan
gugus pereduksi menunjukkan reaktivitas yang lebih tinggi pada Benedict dibandingkan
disakarida, karena golongan monosakarida memiliki gugus karbonil bebas.
5
e.
Uji Barfoed
Sama dengan Fehling dan Benedict, pereaksi Barfoed juga menggunakan Cu2+ sebagai
pengoksidasi, akan tetapi uji Barfoed spesifik untuk monosakarida dengan gugus
pereduksi. Disakarida dengan gugus pereduksi memberikan hasil negatif karena kurang
reaktif terhadap pereaksi ini. Monosakarida dengan gugus pereduksi akan memberikan
hasil positif, yaitu munculnya endapan merah bata Cu2O pada larutan.
f.
Uji Selliwanoff
Uji Selliwanoff dilakukan secara spesifik untuk mendeteksi golongan ketosa. Golongan
ketosa akan memberikan warna merah dalam waktu kurang dari 2 menit, sedangkan
aldosa bereaksi dengan sangat lambat pada uji ini.
g.
Uji Bial
Uji Bial dilakukan untuk membedakan pentosa dan heksosa. Hasil yang menunjukkan
endapan kehijauan menunjukkan adanya pentosa, sedangkan endapan berwarna cokelat
lumpur menunjukkan adanya heksosa.
h.
Uji Osazone
Uji ini dilakukan untuk secara spesifik mengkonfirmasi beberapa senyawa karbohidrat
melalui reaksi pembentukan kristal osazone. Bentuk kristal yang dihasilkan bervariasi
untuk satu karbohidrat dengan lainnya. Sebagai contoh, glukosa menghasilkan kristal
jarum berwarna kuning.
6