Karbohidrat

Karbohidrat

Merupakan senyawa organik yang terdiri dari unsur karbon, hidrogen, dan oksigen.Berdasarkan ukuran molekulnya, karbohidrat dibedakan menjadi beberapa golongan yaitu monosakarida, disakarida, dan polisakarida. Rumus dasar karbohidrat :

Struktur Karbohidrat

Berdasar gugus fungsi : polihidroksialdehida atau polihidroksiketon serta senyawa yang menghasilkannya pada proses hidrolisis

Senyawa yang termasuk karbohidrat terdapat gugus fungsi –OH, aldehida, keton

Rumus Fischer : molekul KH terbentuk dari rantai atom C dan tiap atom C mengikat atom / gugus tertentu atom C mengikat 4 atom dengan tiap sudut 109o tetrahedron dengan atom C sebagai pusatnya

Con’

t

Harga rotasi spesifik karbohidrat pada 20℃ dengan sinar natrium

______________________________________________ D fruktosa - 92,4 sukrosa + 66,5 D galaktosa + 80,2 maltosa + 130,4 L arabinosa + 104,5 gula invert - 19,8 D manosa+ 14,2 dekstrin + 195 D arabinosa - 105 amilum + 196

lebih D xilosa + 18,8 glikogen + 196 – 197

______________________________________________

Con’

t

Jika kristal glukosa murni dilarutkan dalam air maka larutannya akan memutar cahaya terpolarisasi ke arah kanan. Namun bila dibiarkan, terlihat sudut putaran berubah menjadi semakin kecil hingga tetap

MUTAROTASI : perubahan rotasi / putaranExp. O OH

R C H + HO - R R COR

Haldehida alkohol hemiasetal

Sir Walter Norman Haworth (1883-1950) ahli kimia Inggris mengusulkan rumus struktur KH : bentuk cincin FURAN atau PIRAN

O O

furan piran

Rumus Haworth

Rumus Fischer Rumus Haworth

CHO H C OH

H C OH H C OH

HO C H HO C H O CH2OH

H C OH H C OH C O H H OHH C OH H C C C HO OH H H CH2OH CH2OH C C H OH

D-glukosa α-glukosa α-D-glukosa / α-D-glukopiranosa

Monosakarida

Berdasarkan gugusnya, monosakarida digolongkan menjadi golongan aldosa (mengandung gugus aldehid) dan ketosa (mengandung gugus keton). Monosakarida yang paling sederhana adalah gliseraldehid atau aldotriosa dan isomerinya adalah dihidroksiaseton atau ketotriosa. Kedua senyawa tersebut merupakan suatu triosa karena mengandung tiga atom karbon. Jadi suatu monosakarida, tidak hanya dapat dibedakan berdasarkan gugus-gugus fungsionalnya melainkan juga dari jumlah atom karbonnya.

Con’

t

CHO CHO

H C OH HO C H

CH2OH CH2OH

d-gliseraldehida l-gliseraldehida

Rumus struktur gliseraldehida mempunyai titik lebur dan kelarutan dalam air yang sama, perbedaan sifat pada pemutaran bidang getar cahaya terpolarisasi / rotasi optik

Senyawa yang dapat menyebabkan rotasi optik : aktivitas optikisomer optik

Enansiomer yang memutar cahaya terpolarisasi ke kanan diberi tanda (+) atau d (dekstro); yang memutar ke kiri diberi tanda (-) atau l (levo)

Con’

t

Notasi D dan L pada gliseradehid/aldotriosa

Con’

t

Notasi D dan L dilakukan karena adanya atom C dengan konfigurasi asimetris seperti pada gliseraldehida.

Pembentukan Hemiasetal dan Hemiketal

Aldehid dan keton dapat bereaksi dengan alkohol membentuk hemiasetal dan hemiketal.

Hemiasetal dan hemiketal siklik terbentuk jika gugus keton atau aldehid dan alkohol terbentuk dalam 1 molekul. Contoh: 4-Hidroksipentanal

Monosakarida mempunyai gugus karbonil (keton/aldehid) dan gugus hidroksil dalam tiap molekulnya. Oleh karena itu monosakarida dapat membentuk hemiasetal atau hemiketal siklik. Misalnya: glukosa dan fruktosa.

Penggolongan Karbohidrat

Berdasarkan ukuran molekulnya, karbohidrat dibedakan menjadi beberapa golongan yaitu monosakarida, disakarida, dan polisakarida.

Tingkat rasa manis beberapa karbohidrat

Con’

t

Fruktosa Gula invert Sukrosa Glukosa Xilosa Maltosa Galaktosa Laktosa

Monosakarida

Monosakarida adalah satuan unit terkecil dari karbohidrat. Monosakarida terdiri atas 3-6 atom C dan zat ini tidak dapat lagi dihidrolisis oleh larutan asam dalam air menjadi karbohidrat yang lebih sederhana. Dilihat dari jumlah atom C (karbon), monosakarida dibagi menjadi 4 yaitu triosa, tetrosa, pentosa dan hexosa.

triosa tetrosapentosa

Monosakarida Triosa : Gliserosa, Gliseraldehid (aldotriosa),Dihidroksi aseton (ketotriosa)

Tetrosa : threosa, Eritrosa, xylulosa

Pentosa : Lyxosa, Xilosa, Arabinosa, Ribosa, Ribulosa

Con’

t

Monosakarida

Hexosa adalah monosakarida yang mengandung 6 atom karbon dan memiliki 4 isomer. Isomer adaah 2 senyawa atau lebih yang mempunyai rumus kimia sama tetapi mempunyai struktur yang berbeda. Monosakarida yang tergolong hexosa adalah glukosa, manosa, galaktosa, dan fruktosa.

Con’

t

Glukosa

Glukosa Glukosa dengan rumus umum C6H12O6, memiliki gugus aldehida, -CHO yang terikat pada atom C nomor satu. Gugus aldehida selalu terdapat pada atom C nomor satu, karena satu elektron valensinya telah berikatan dengan atom H membentuk satu ikatan kovalen dan dua elektron valensinya berikatan dengan atom O membentuk sebuah ikatan rangkap. Kelima atom C yang lain masing-masing mengandung gugus hidroksil, -OH. Glukosa memiliki atom C kiral, yaitu atom C asimetris. Atom C ini keempat elektron valensinya mengikat atom atau gugus yang berbeda. Jika ditulis secara sederhana, maka rumus struktur glukosa rantai terbuka adlah CH2OH-(CHOH)4CHO. Keempat >CHOH menunjukkan bahwa jumlah atom C kiral ada 4. Setiap atom C pada >CHOH mengikat satu atom H, satu gugus -OH, dan kedua ikatan kovalen tunggal yang lain mengikat rantai C di samping kiri dan samping kanannya. Karena glukosa memiliki atom C kiral, maka glukosa memiliki isomer optik. Glukosa yang sangat berperanan dalam kehidupan kita adalah D-glukosa. Gugus -OH pada keempat atom C kiral mempunyai kedudukan ruang yang berbeda. Jika diurutkan dari atom C nomopr dua hingga nomor lima, gugus -OH menghadap ke kanan, kiri, kanan, kanan.

Glukosa Glukosa merupakan polihidroksi aldehida (memiliki gugus CHO). Lima

karbon dan satu oksigennya membentuk siklik yang disebut “cincin piranosa”, bentuk siklik ini paling stabil untuk aldosa beratom karbon enam. Dalam cincin piranosa, atom karbon mengikat gugus samping hidroksil dan hidrogen kecuali untuk atom C no.5, yang terikat pada gugus CH2OH sebagai atom karbon nomor 6. Struktur cincin ini berada dalam kesetimbangan pada pH 7.

bentuk cincin piranosa senyawa D-Glukosa

Con’

t

Glukosa Sedangkan pada cincin piranosa juga memiliki dua bentuk yang

khas, yaitu posisi dari gugus hidroksil pada atom karbon pertama. Jika gugus hidroksil berposisi di bawah hidrogennya, maka disebut dengan bentuk α (alfa). Demikianpula sebaliknya jika gugus hidroksilnya berposisi di atas hidrogennya, disebut dengan bentuk β (beta). Glukosa di dalam air akan membentuk keseimbangan dalam dua bentuk, yaitu bentuk α -D–Glukosa dan β -D–Glukosa, dengan komposisi 36 : 64. Proses perubahan dari α -D–Glukosa ke β -D–Glukosa atau sebaliknya disebut dengan disebut mutarotasi.

Con’

t

Glukosa

1. glukosa-α OH pada C1 berada di bawah struktur cincin2. glukosa-β OH pada C2 berada di atas struktur cincin.

Penampilan dalam bentuk gula siklik disebut proyeksi Haworth

Con’

t

Con’

t

Sifat Glukosa Con’

t

Glukosa berupa zat padat berwarna putih yang mudah larut dalam air. Adanya gugus OH dalam molekul glukosa menyebabkan glukosa bersifat polar dan terjadi ikatan hidrogen baik antar molekul glukosa

maupun dengan air.  

Glukosa bersifat optis aktif putar kanan sehingga disebut dekstrosa. Larutan glukosa yang baru memiliki

daya putar 113° kemudian menjadi 52°. Peristiwa perubahan besarnya daya putar bidang polarisasi

disebut mutarotasi.

Dapat dioksidasi (dapat mereduksi) menjadi asam glukonat.  

Dapat mengalami fermentasi (peragian) menjadi alkohol dan gas CO2.

Manfaat Glukosa Bagi Tubuh

Glukosa adalah monosakarida paling penting dalam metabolisme tubuh. Glukosa yang terkandung dalam nutrisi masuk kedalam sistem sirkulasi darah untuk ditransfer ke sel-sel tubuh atau diubah pada hati menjadi molekul yang lain.

Glukosa adalah sumber energi utama dan merupakan satu-satunya sumber bagi embrio.

Glukosa diubah menjadi molekul-molekul yang lain memiliki fungsi tertentu, seperti glikogen untuk cadangan energi. Ribosa pada asam nukleat, galaktosa pada susudan kompleks pada lemak dan protein.

Con’

t

Glukosa juga tidak mudah bereaksi secara nonspesifik dengan gugus amino suatu protein dengan cara mereduksinya. Reaksi ini dikenal dengan glikosilasiyang dapat merusak fungsi berbagai enzim. Hal ini disebabkan karena glukosa berada dalam bentuk isomer siklik yang kurang reaktif. Beberapa dampak glikosilasi protein adalah komplikasi akut seperti diabetes, gagal ginjal, dan kerusakan saraf periferal.

Con’

t

Glikosilasi terjadi saat molekul-molekul gula yang melayang dalam darah berikatan dengan molekul protein di permukaan sel sehingga molekul-molekul tersebut kehilangan fungsinya. 

Fruktosa

Fruktosa Fruktosa merupakan monosakarida yang memiliki enam atom

karbon. Fruktosa memiliki gugus keton pada atom C2. Fruktosa atau levulosa, adalah gula paling manis. Fruktosa terdapat pada madu, buah, nektar bunga, dan juga sayur. Sepertiga dari gula madu terdiri atas fruktosa.Fruktosa juga banyak terkandung dalam sirup jagung yang banyak digunakan dalam proses pembuatan minuman ringan yang banyak dijual.

Pada fruktosa, atom C nomor satu mengikat satu gugus -OH dan dua atom H. Gugus fungsi keton berada pada atom C nomor dua. Atom C nomor 6 sama dengan atom C nomor satu, sedang atom C nomor 3, 4, dan 5 merupakan atom C kiral, yaitu sebagai >CHOH. Secar a sederhana rumus struktur terbuka fruktosa adalah CH2OHCO(CHOH)3CH2OH. Ketiga gugus -OH pada atom C kiral secara berurutan dari atom C nomor tiga hingga nomor 5 menghadap ke kiri, kanan, kanan.

Con’

t

Bentuk isomer dari fruktosaCon’

t

Struktur cincin FruktosaFruktosa dapat membentuk :Cincin piranosa, melalui reaksi antara gugus keton atom C2 dengan OH dari C6.Cincin furanosa, melalui reaksi antara gugus keton atom C2 dengan OH dari C5.

Con’

t

Sifat FruktosaCon’

t

Dapat memutar cahaya terpolarisasi ke kiri dan karenanya disebut juga

levulosa

Dapat larut dalam air

Dapat mereduksi larutan fehling dan membentuk endapan merah bata, juga

dapat mereduksi larutan tollens.

Dapat difermentasi menjadi alkohol dan karbondioksida

Manfaat Fruktosa Bagi Tubuh

Fruktosa dapat dikonsumsi oleh para penderita diabetes karena transportasi ke sel-sel tubuh tidak membutuhkan insulin sehingga tidak mempengaruhi keluarnya insulin.

Fruktosa lebih lambat diserap tubuh sehingga menjaga ketersediaan energi ( baik bagi yang sedang berpuasa )

Fruktosa baik untuk pencernaan mengatasi kontipasi ( sembelit atau susah buang air besar)

Con’

t

Galaktosa

Galaktosa Tidak dijumpai dalam bentuk bebas di alam,

galaktosa yang ada di dalam tubuh merupakan hasil hidrolisa dari laktosa.

Galaktosa kurang manis dibanding glukosa dan kurang larut dalam air, serta mempunyai sifat memutar bidang cahaya terpolirasi ke kanan.

Con’

t

Manosa

Manosa adalah gula aldehida yang dihasilkan dari oksidasi manitol dan memiliki sifat-sifat umum yang serupa dengan glukosa. Manosa, jarang terdapat di dalam makanan.

Con’

t

Manfaat Manosa

Monosakarida D-mannosa dan ekstrak dari Canadian cranberries, memiliki efisiensi untuk mencegah bakteri yang tidak diinginkan dalam saluran urin. 

Con’

t