bab v karbohidrat

KARBOHIDRAT
Pendahuluan
Kata karbohidrat berasal dari kata karbon dan air. Secara sederhana
karbohidrat didefinisikan sebagai polimer gula. Karbohidrat adalah senyawa
karbon yang mengandung sejumlah besar gugus hidroksil. Karbohidrat paling
sederhana bisa berupa aldehid (disebut polihidroksialdehid atau aldosa) atau
berupa keton (disebut polihidroksiketon atau ketosa). Berdasarkan pengertian di
atas berarti diketahui bahwa karbohidrat terdiri atas atom C, H dan O. Adapun
rumus umum dari karbohidrat adalah: Cn(H2O)n atau CnH2nOn
Fungsi karbohidrat
Fungsi primer dari karbohidrat adalah sebagai cadangan energi jangka
pendek (gula merupakan sumber energi). Fungsi sekunder dari karbohidrat
adalah sebagai cadangan energi jangka menengah (pati untuk tumbuhan dan
glikogen untuk hewan dan manusia). Fungsi lainnya adalah sebagai komponen
struktural sel.
Klasifikasi karbohidrat
Karbohidrat dapat dikelompokkan menurut jumlah unit gula, ukuran dari
rantai karbon, lokasi gugus karbonil (-C=O), serta stereokimia. Berdasarkan
jumlah unit gula dalam rantai, karbohidrat digolongkan menjadi 4 golongan
utama yaitu:
1. Monosakarida (terdiri atas 1 unit gula)
2. Disakarida (terdiri atas 2 unit gula)
3. Oligosakarida (terdiri atas 3-10 unit gula)
4. Polisakarida (terdiri atas lebih dari 10 unit gula)
Pembentukan rantai karbohidrat menggunakan ikatan glikosida.Berdasarkan
lokasi gugus –C=O, monosakarida digolongkan menjadi 2 yaitu:
Aldosa (berupa aldehid) dan Ketosa (berupa keton)
H
O
C
HO C H
CH2OH
C O
H C OH
H C OH
H C OH
CH2OH
CH2OH
Aldose
Ketose
Klasifikasi karbohidrat menurut lokasi gugus karbonil
111
Berdasarkan jumlah atom C pada rantai, monosakarida digolongkan menjadi:
1. Triosa (tersusun atas 3 atom C)
2. Tetrosa (tersusun atas 4 atom C)
H
O
3. Pentosa (tersusun atas 5 atom C)
C
4. Heksosa (tersusun atas 6 atom C)
5. Heptosa (tersusun atas 7 atom C)
H
OH
6. Oktosa (tersusun atas 3 atom C)
CH2OH
Triose
H
H
H
O
C
HO C H
O
C
HO C H
O
C
HO C H
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
Tetrose
Monosakarida
112
Pentose
Heksose
H
O
CH2OH
C
C
O
HO
C
H
OH
H
C
OH
OH
H
C
OH
H
C
OH
HO
C
H
H
C
H
C
CH2OH
CH2OH
D-glucose
D-fructose
Contoh monosakarida
Contoh pertama di atas (sebelah kiri) menunjukkan sebuah monosakarida triosa
(memiliki 3 atom C), aldosa (berstruktur aldehid/-COH) sehingga dinamakan
gula aldotriosa. Sedangkan contoh kedua (sebelah kanan) menunjukkan sebuah
monosakarida heksosa (memiliki 6 atom C), ketosa (berstruktur keton/R-CO-R)
sehingga dinamakan gula ketoheksosa.
Berdasarkan stereokimia, monosakarida terbagi menjadi beberapa golongan.
Stereokimia adalah studi mengenai susunan spasial dari molekul. Salah satu
bagian dari stereokimia adalah stereoisomer. Stereoisomer mengandung
pengertian:
1. memiliki kesamaan order dan jenis ikatan
2. memiliki perbedaan susunan spasial
3. memiliki perbedaan properti (sifat).
Enantiomer merupakan pasangan dari stereoisomer. Dalam hal ini terdapat aturan
yaitu:
1. Diberi awalan D dan L
2. Keduanya merupakan gambar cermin yang tak mungkin saling tumpang
tindih
Gambar-gambar berikut memberikan penjelasan mengenai perbedaan susunan
spasial dalam enatiomer.
113
Ilustrasi untuk enantiomer (perhatikan perbedaan susunan spasial yang ada)
Contoh enantiomer dari gula triosa
(perhatikan perbedaan susunan spasial yang ada)
Monosakarida mengandung atom C asimetris sehingga mempunyai
isomeri optis. Perhatikan contoh golongan aldoheksosa, semuanya memiliki
rumus molekul dan gugus fungsional yang sama. Akan tetapi, karena posisi –OH
pada atom C nomor 2, 3 dan 4 berbeda, senyawanya menjadi bermacam-macam.
Senyawa D – glukosa dan D – galaktosa , D – glukosa dan D – manosa, masingmasing merupakan isomeri optis, tetapi bukan merupakan bayangan cerminnya.
Hal ini disebut diastereoisomeri. Semua contoh tersebut merupakan bentuk
perputaran D (dekstro) yang berarti perputaran kearah kanan. Penetapan bentuk
perputaran ini didasarkan pada arah gugus – OH yang terikat pada atom C
asimetris dengan nomor atom terbesar. Apabila gugus – OH ini mengarah ke
kanan disebut bentuk D (dekstro). Jika mengarah ke kiri disebut bentuk L (levo).
114
O
O
C
H – C – OH
HO – C – H
H – C – OH
H – C – OH
CH2OH
H
C
HO – C – H
H – C – OH
HO – C – H
HO – C – H
CH2OH
D-glucose
L-glucose
Struktur Haworth
Jika senyawa D – glukosa dilarutkan dalam air, strukturnya akan
terbentuk cincin. Struktur yang terbentuk karena adanya ikatan antara gugus
karbonil dan atom C asimetris dengan nomor terbesar ini dikenal sebagai
siklohemiasetal. Jika posisi gugus –OH mengarah ke bawah disebut α (alfa). Jika
posisi gugus – OH mengarah ke atas disebut  (beta). Struktur ini dikemukakan
oleh Sir Norman Haworth. Glukosa memiliki struktur cincin dengan bentuk segi
enam yang disebut piran. Maka karbohidrat yang membentuk struktur cincin
segi enam disebut piranosa. Dengan cara yang sama dari senyawa D – fruktosa
diperoleh struktur Haworth dengan bentuk
Cincin segilima disebut furan. Karbohidrat yang membentuk struktur cincin
segilima disebut furanosa.
6
CH2OH
CH2OH
O
H
1
OH
H
OH
yranoside
e
H
5
H
OH
O
H
H
H
1
OH
OH
H
OH
O
H
OH
OH
H
H
OH
H
OH
-Dglucopyranoside
Haworth formulations
-D-glucopyranoside
115
`
CH2OH
1
HO
H
H
2C
O
C
H
C
OH
C
OH
3
4
5
6
HOH2C 6
CH2OH
D-fructose (linear)
H
5
H
1 CH2OH
O
4
OH
HO
2
3
OH
H
-D-fructofuranose
1. D-glukosa (karbohidrat terpenting dalam diet)
Glukosa merupakan aldoheksosa, yang sering kita sebut sebagai dekstrosa,
gula anggur ataupun gula darah. Gula ini terbanyak ditemukan di alam.
116
D-glukosa (perhatikan bahwa glukosa mengalami siklisasi membentuk struktur
cincin)
2. D-fruktosa (termanis dari semua gula)
Gula ini berbeda dengan gula yang lain karena merupakan ketoheksosa.
117
D-fruktosa (perhatikan bahwa fruktosa mengalami siklisasi membentuk struktur
cincin)
3. D-galaktosa (bagian dari susu)
Gula ini tidak ditemukan tersendiri pada sistem biologis, namun merupakan
bagian dari disakarida laktosa.
D-galaktosa (perhatikan bahwa galaktosa mengalami siklisasi membentuk
struktur cincin)
118
Perbedaan pokok antara D-glukosa dan D-galaktosa (perhatikan daerah
berarsis lingkaran)
4. D-ribosa (digunakan dalam pembentukan RNA)
Karena merupakan penyusun kerangka RNA maka ribosa penting artinya bagi
genetika bukan merupakan sumber energi. Jika atom C nomor 2 dari ribosa
kehilangan atom O, maka akan menjadi deoksiribosa yang merupakan
penyusuna kerangka DNA.
D-ribosa (perhatikan gula ini memiliki 5 atom C)
119
Disakarida-disakarida penting
Beberapa disakarida penting bagi tubuh kita di antaranya adalah β-maltosa, βlaktosa serta sukrosa.
1. β-maltosa
Disakarida ini tak ditemukan di alam kecuali pada kecambah padi-padian.
Maltosa merupakan gabungan dari 2 molekul glukosa.
β-maltosa (ikatan antara kedua monosakarida merupakan ikatan C1-4. Atom C
nomor 1 yang tak berikatan dengan glukosa lain dalam posisi beta)
2. β-laktosa
Laktosa sering disebut sebagai gula susu. Disakarida ini tersusun atas glukosa
dan galaktosa. Kita tidak dapat menggunakan galaktosa secara langsung,
tetapi harus diubah menjadi glukosa.
β-laktosa (ikatan antara kedua monosakarida merupakan ikatan C1-4)
120
3. Sukrosa
Sukrosa merupakan gula terbanyak yang bisa didapatkan dari tumbuhan.
Tumbuhan yang banyak dimanfaatkan karena kandungan sukrosa adalah tebu
dan bit.
Sukrosa (berbeda dengan maltosa dan laktosa, ikatan yang menghubungkan
kedua monosakarida adalah ikatan C1-2)
Polisakarida-polisakarida penting
Beberapa polisakarida penting bagi tubuh kita di antaranya adalah amilum (pati),
glikogen dan selulosa.
1. Amilum
Pati merupakan polisakarida yang berfungsi sebagai cadangan energi bagi
tumbuhan. Pati merupakan polimer α-D-glukosa dengan ikatan α (1-4).
Kandungan glukosa pada pati bisa mencapai 4000 unit. Ada 2 macam amilum
yaitu amilosa (pati berpolimer lurus) dan amilopektin (pati berpolimer
bercabang-cabang). Sebagian besar pati merupakan amilopektin.
121
Struktur molekul Amilum
2. Glikogen
Glikogen merupakan polimer glukosa dengan ikatan α (1-6). Polisakarida ini
merupakan cadangan energi pada hewan dan manusia yang disimpan di hati
dan otot sebagai granula. Glikogen serupa dengan amilopektin. Polisakarida
lain yang terbentuk dalam sel tubuh manusia atau hewan adalah glikogen.
Struktur molekul glikogen
122
3. Selulosa
Selulosa tersusun atas rantai glukosa dengan ikatan β (1-4). Selulosa lazim
disebut sebagai serat dan merupakan polisakarida terbanyak. Selulosa sebagai
polimer alam banyak digunakan sebagai bahan industri kain katun. Misalnya,
pada pembuatan rayon yang digunakan sebagai sutera tiruan dari katun. Selulosa
juga dapat dibuat kertas selofan yang tidak higroskopis, transparan, dan berpori.
Dengan sifat yang demikian maka selofan dapat digunakan untuk pembungkus
rokok. Di dalam laboratorium selulosa digunakan untuk uji tekanan osmosis.
Selulosa nitrat dikenal sebagai bahan peledak.
Struktur selulosa yang merupakan polimer dari glukosa
Karbohidrat-karbohidrat lain
Beberapa karbohidrat bergabung dengan komponen lain. Sebagai contoh adalah
mukopolisakarida, suatu materi tipis, kental, menyerupai jelly dan melapisi sel.
123
Stuktur dari mukopolisakarida
Contoh yang lain adalah glikoprotein, suatu protein yang mengikat unit
karbohidrat dengan ikatan kovalen. Struktur ini memainkan beberapa peran
penting di antaranya dalam proses proteksi imunologis, pembekuan darah,
pengenalan sel-sel, serta interaksi dengan bahan kimia lain.
124
Glikoprotein
Uji terhadap Karbohidrat
1. Tes Molisch
Reagen Molisch terdiri dari; larutan -napthol dalam 95% etanol.
Ditambahkan kedalam larutan glukosa, kemudian ditambahkan larutan asam
sulfat pekat secara perlahan – lahan melewati dinding tabung reaksi maka akan
dihasilkan cincin berwarna ungu yang terdapat di tengah tabung reaksi.
Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut ini:
125
Tabung kiri negativ terhadap tes Molisch,
sebelah kanan positif terhadap tes Molisch
2. Reaksi Oksidasi
Jika larutan glukosa ditambahkan reagen Fehling A (CuSO4) + Fehling B
(NaOH dan Na-K tartarat /Garam Rochell) kemudian dimasukkan
kedalam penangas air maka jika positif akan dihasilkan endapan merah
bata . Berdasarkan kemampuannya untuk mereduksi senyawa/pereaksi
(Tohlens, Benedict, Fehling), monosakarida dapat digolongkan :
a. Gula pereduksi
b. Gula non pereduksi
Kemampuan monosakarida untuk mereduksi pereaksi-pereaksi tersebut di
atas didasarkan pada adanya gugus aldehid atau gugus α-hidroksi keton,
dimana dengan adanya pereaksi-pereaksi tersebut gugus aldehid/ αhidroksi keton akan teroksidasi menjadi karboksilat/keton. Semua
monosakarida adalah gula pereduksi.
126
CHO
CH OH
HO CH
CH OH
I2 or Fehling's
COOH
CH OH
HO CH
CH OH
Oksidasi aldosa oleh pereaksi Fehling’s, Benedict’s atau Tohlen’s membentuk
asam monokarboksilat → Asam Aldonat. Oksidasi aldosa dengan oksidator kuat
(HNO3 panas) menghasilkan asam dikarboksilat karena HNO3 selain
mengoksidasi gugus aldehid juga mampu mengoksidasi gugus aldehid juga
mampu mengoksidasi gugus CH2OH terminal
127
3. Reduksi karbonil dari monosakarida dapat direduksi menjadi alkohol
dengan beberapa pereaksi menghasilkan alditol
128
LATIHAN SOAL
1. Hidrolisa suatu disakarida menghasilkan glukosa dan fruktosa, maka
disakarida itu adalah …
A. laktase
B. Galaktose
C. maltosa
D. sukrosa
E. Selulosa
2. Suatu senyawa karbohidrat mempunyai gugus karbonil pada atom C
nomor 2. Jika jumlah atom C dalam rantainya ada lima buah, maka
karbohidrat tersebut termasuk golongan ...
A. aldopentosa
B. Aldoheksosa
C. ketopentosa
D. ketoheksosa
E. Ketotetrosa
3. Disakarida yang jika dihidrolisis menghasilkan 2 molekut D-glukosa
adalah ...
A. maltosa
B. Sukrosa
C. laktosa
D. selulosa
E. Glikogen
4. Hasil hidrolisis dari laktosa adalah …
A. glukosa + glukosa
B. glukosa + fruktosa
C. galaktosa + fruktosa
D. fruktosa + fruktosa
E. glukosa + galaktosa
5. Jika bahan makanan yang mengandung glukosa direaksikan dengan
pereaksi Fehling akan menjadi endapan merah bata. Hal ini disebabkan
glukosa …
A. mengandung gugus –OH yang dapat mengoksidasi Fehling
B. mengandung gugus –C– yang dapat mereduksi Fehling
||
O
C. mengandung gugus -COOH yang dapat mengoksidasi Fehling
D. mengandung gugus -COH yang dapat mereduksi Fehling
E. mengandung gugus –NH2 yang bersifat basa
6. Salah satu senyawa heksosa mempunyai rumus struktur:
Senyawa tersebut mempunyai nama …
A. glukosa B. arabinosa
C. fruktosa D. galaktosa E. Laktosa
7. Pereaksi yang digunakan untuk mengidentifikasi gugus fungsional
129
aldehid dalam glukosa adalah …
A. pereaksi bluret
B. xantho proteat
C. pereaksi Fehling
D. kertas timbal asetat
E. larutan kanji
8. Karbohidrat dalam lambung manusia akan terhidrolisis. Hasil hidrolisis
oleh insulin tersimpan sebagai cadangan makanan yang digunakan untuk
menghasilkan tenaga. Zat cadangan itu adalah …
A. maltosa
B. Sukrosa
C. glukosa
D. fruktosa
E. Glikogen
9. Beberapa senyawa karbohidrat :
1. amilum
2. sakarosa
3. fruktosa
4. maltosa
5. laktosa
Kelompok senyawa yang tergolong disakarida adalah …
A. 1, 2, 3
B. 1, 3, 5
C. 2, 4, 5
D. 2, 3, 5
E. 3, 4, 5
10. Hasil hidrolisis dari laktosa adalah …
A. glukosa + glukosa B. glukosa + fruktosa
C. galaktosa + fruktosa
D. fruktosa + fruktosa
E. glukosa + galaktosa
11. Karbohidrat yang tidak mengalami hidrolisis adalah …
A. glukosa
B. laktosa
C. maltosa
D. sukrosa
E. selulusa
12. Struktur hemiasetal senyawa monosakarida sebagai berikut diberi nama
CH2 - OH
O
OH
OH
OH
OH
A. D – Galaktosa
D. D – Glukosa
B. D – Manosa
E. L – Glukosa
C. L - Fruktosa
13. Kertas dihidrolisa dengan menggunakan katalis asam sulfat. Hasil hidrolisa
direaksikan dengan larutan Fehling menghasilkan endapan merah bata. Hasil
hidrolisa kertas tersebut adalah ….
A. Amilosa
D. Sukrosa
130
B. Glukosa
E. Fruktosa
C. Maltosa
14. Diberikan data hasil eksperimen uji bahan makanan.
Bahan makanan yang mengandung amilum adalah …
A. K dan M
B. K dan O
C. L dan N
D. M dan O
E. N dan O
131