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 karbohidratFungsi 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 karbohidratKarbohidrat 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)

CCCCH2OH

OH

HOH

HOH

CH2OHC OCCCH2OH

OHOH

HH

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)3. Pentosa (tersusun atas 5 atom C)4. Heksosa (tersusun atas 6 atom C)5. Heptosa (tersusun atas 7 atom C)6. Oktosa (tersusun atas 3 atom C)

Triose

CCCCH2OH

OH

HOH

HOH

CCC

OH

HOH

HOH

CCH2OH

OHH

CCC

OH

HOH

HOH

C OHHCCH2OH

OHH

Tetrose Pentose Heksose

Monosakarida

112

CH O

OHHCH2OH

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 ikatan2. memiliki perbedaan susunan spasial3. memiliki perbedaan properti (sifat).

Enantiomer merupakan pasangan dari stereoisomer. Dalam hal ini terdapat aturan yaitu:

1. Diberi awalan D dan L2. Keduanya merupakan gambar cermin yang tak mungkin saling tumpang

tindihGambar-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, masing-masing 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

Struktur HaworthJika 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.

115

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, β-laktosa serta sukrosa.

1. β-maltosaDisakarida 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-laktosaLaktosa 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. AmilumPati 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. GlikogenGlikogen 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 Karbohidrat1. 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 OksidasiJika 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/ α- hidroksi keton akan teroksidasi menjadi karboksilat/keton. Semua monosakarida adalah gula pereduksi.

126

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 SOAL1. Hidrolisa suatu disakarida menghasilkan glukosa dan fruktosa, maka disakarida itu adalah …

A. laktase B. Galaktose C. maltosaD. 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. ketopentosaD. ketoheksosa E. Ketotetrosa

3. Disakarida yang jika dihidrolisis menghasilkan 2 molekut D-glukosa adalah ...

A. maltosa B. Sukrosa C. laktosaD. selulosa E. Glikogen

4. Hasil hidrolisis dari laktosa adalah …A. glukosa + glukosa B. glukosa + fruktosaC. galaktosa + fruktosa D. fruktosa + fruktosaE. 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 FehlingB. mengandung gugus –C– yang dapat mereduksi Fehling

| | O

C. mengandung gugus -COOH yang dapat mengoksidasi FehlingD. mengandung gugus -COH yang dapat mereduksi FehlingE. 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 proteatC. pereaksi Fehling D. kertas timbal asetatE. 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. Glikogen9. Beberapa senyawa karbohidrat :

1. amilum2. sakarosa3. fruktosa4. maltosa5. 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, 510. Hasil hidrolisis dari laktosa adalah …

A. glukosa + glukosa B. glukosa + fruktosaC. galaktosa + fruktosa D. fruktosa + fruktosaE. glukosa + galaktosa

11. Karbohidrat yang tidak mengalami hidrolisis adalah … A. glukosa B. laktosa C. maltosa D. sukrosa E. selulusa12. Struktur hemiasetal senyawa monosakarida sebagai berikut diberi nama CH2 - OH

O

OH

OH OH

OH

A. D – Galaktosa D. D – GlukosaB. D – Manosa E. L – GlukosaC. 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. FruktosaC. 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