KARBOHIDRAT

DEFINISI

Secara umum definisi karbohidrat adalah senyawa organik yang mengandung atom Karbon,

Hidrogen dan Oksigen. Dapat pula dikatakan molekul yang terdiri dari carbon (C) dan hydrate

(air à H2O).

Pada tumbuhan, karbohidrat diperoleh dari reaksi fotosintesis yaitu dengan meraksikan karbon

dioksida (CO2) dan air (H2O) dalam klorofil.

Reaksi fotosintesis.

Pada proses fotosintesis, klorofil pada tumbuh-tumbuhan akan menyerap dan menggunakan

energi matahari untuk membentuk karbohidrat dengan bahan utama CO2 dari udara dan air (H2O)

yang berasal dari tanah. Energi kimia yang terbentuk akan disimpan di dalam daun, batang, umbi,

buah dan biji-bijian.

KLASIFIKASI

Karbohidrat yang terdapat pada makanan dapat dikelompokkan:

F Available Carbohydrate (Karbohidrat yang tersedia), yaitu karbohidrat yang dapat dicerna,

diserap serta dimetabolisme sebagai karbohidrat.

F Unvailable Carbohydrate (Karbohidrat yang tidak tersedia) yaitu karbohidrat yang tidak dapat

dihidrolisis oleh enzim-enzim pencernaan manusia, sehingga tidak dapat diabsorpsi.

Penggolongan karbohidrat berdasarkan jumlah molekulnya.

1. Monosakarida

2. Disakarida

3. Polisakarida

1. Monosakarida

Merupakan karbohidrat yang paling sederhana (simple sugar), oleh karena itu tidak bisa lagi

dihidrolisis. Kerangka monosakarida berupa rantai karbon berikatan tunggal yang tidak

bercabang. Monosakarida larut di dalam air dan rasanya manis, sehingga secara umum

disebut juga gula. Penamaan kimianya selalu berakhiran -osa. Rumus umum monosakarida

sesuai dengan nama karbohidrat yaitu (CH2O)n, di mana jumlah n sesuai dengan jumlah atom

karbon yang dimiliki. Berdasarkan jumlah atom karbon tersebut, monosakarida dibagai

menjadi beberapa bagian yaitu, triosa (C3H6O3), tetrosa (C4H8O4), pentosa (C5H10O5),

heksosa (C6H12O6), heptosa (C7H14O7) dan oktosa (C8H16O8).

Berdasarkan gugus fungsi karbonil (karbon yang berikatan ganda dengan oksigen),

monosakarida digolongkan menjadi dua jenis yaitu aldosa dan ketosa. Suatu monosakarida

disebut aldosa jika gugus karbonilnya berada pada ujung rantai karbon, dan disebut ketosa

jika gugus karbonnya berada pada tempat lain.

D-Glukosa, suatu aldoheksosa D- Fruktosa, suatu ketoheksosa

Karbonil

Gambar 1. Contoh struktur Aldosa dan Ketosa

Sifat-Sifat Monosakarida

1. Reaksi dengan basa dan asam

Apabila glukosa dilarutkan ke dalam basa encer, beberapa jam kemudian dihasilkan

campuran yang terdiri dari fruktosa, manosa, dan sebagian glukosa semula. Sedangkan, dalam

asam encer, monosakarida sangat stabil, tetapi jika aldoheksosa dipanaskan dalam asam kuat,

akan mengalami dehidrasi dan diperoleh bentuk hidroksimetil furtural. Dalam bentuk yang

sama, pentose juga akan berubah menjadi bentuk furtural.

2. Gula pereduksi

Sebagian karbohidrat bersifat gula pereduksi. Sifat gula pereduksi ini disebabkan adanya

gugus aldehida dan gugus keton yang bebas, sehingga dapat mereduksi ion-ion logam. Gugus

aldehida pada aldoheksosa mudah teroksidasi menjadi asam karboksilat dalam pH netral oleh

zat pengoksidasi atau enzim. Dalam zat pengoksidasi kuat, gugus aldehida dan gugus alkohol

primer akan teroksidasi membentuk asam dikarboksilat atau asam ardalat. Gugus aldehida

atau gugus keton monosakarida dapat direduksi secara kimia menjadi gula alkohol, misalnya

D-sorbito yang berasal dari D-glukosa.

3. Pembentukan glikosida

Monosakarida dapat membentuk glikosida dan asetal. Jika gugus hidroksil pada sebuah

molekul gula bereaksi dengan hidroksil dari hemiasetal atau hemiaketal molekul gula yang

lain, maka akan terbentuk glikosida yang disebut disakarida. Ikatan ini dinamakan ikatan

glikosida yang berfungsi untuk menghubungkan sejumlah besar unit monosakarida menjadi

polisakarida.

4. Pembentukan ester

Semua monosakarida atau polisakarida dapat terasetilasi oleh asam asetat anhidrida yang

berlebihan membentuk O-asetil-α-D-glukosa. Gugus asetil yang berikatan secara ester ini bisa

dihidrolisis oleh asam atau basa. Sifat ini sering juga digunakan untuk penentuan struktur

karbohidrat. Senyawa ester yang penting dalam metabolisme adalah ester fosfat.

5. Fenilosazon dan Osazon

Monosakarida dapat bereaksi dengan larutan fenil hidrazin dalam suasana asam pada suhu

100oC, membentuk ozazon. Senyawa ini tidak larut dalam air dan mudah mengkristal.

Gambar 2. Proses pembentukan Aldoheksosa (aldosa dengan 6 karbon) dan Ketoheksosa (ketosa

dengan 6 karbon)

Aldotriosa

Aldotetrosa

Aldopentosa

Aldoheksosa

D-Gliseraldehid

D-Eritrosa D-Treosa

D-Ribosa D-Arabinosa D-Xilosa D-Liksosa

D-Allosa D-Altrosa D-Glukosa D-Manosa D-Gulosa D-Gulosa D-Galaktosa D-Talosa

Ketotriosa

Ketotetrosa

Ketopentosa

Ketoheksosa

Glukosa, fruktosa, dan manosa akan menghasilkan fenolsazon yang sama, selanjutnya, akan

terbentuk asazon yang berwarna, mengkristal secara khas, dan dapat digunakan untuk

menentukan jenis karbohidrat.

Struktur Monosakarida

Stereoisomer adalah pengaturan bentuk 3D atom-atom dalam molekul yang merupakan

bayangan antara satu dengan yang lain. Berdasarkan kemampuannya dalam memutar bidang

polarisasi, monosakarida biasanya diberi tanda pada nama depannya. Untuk yang

berpolarisasi ke kanan diberi tanda D sedangkan yang ke kiri diberi tanda L.

Stereoisomer yang bukan merupakan bentuk bayangan cerminnya dinamakan diastereoisomer

Struktur monosakarida ada yang ditulis dalam bentuk rantai lurus, ada pula dalam bentuk

cincin. Monosakarida yang memiliki lima atau lebih atom karbonnya biasanya berada dalam

struktur cincin, di mana gugus karbonil membentuk ikatan kovalen dengan atom oksigen dari

gugus hidroksil pada atom karbon lainnya. Struktur cincin piranosa (turunan dari piran)

terbentuk karena aldehida bereaksi dengan alkohol dan membentuk senyawa turunan yang

disebut hemiasetal. Reaksi ini terjadi antara atom karbon aldehida no 1 dengan gugus

hidroksil bebas pada atom karbon ke-5 sehingga terbentuk struktur cincin bersudut 6. Hanya

aldosa yang memiliki 5 atau lebih atom karbon yang dapat membentuk cincin piranosa yang

stabil. Ada pula reaksi yang membentuk cincin 5 sudut beranggotakan lima furan yang

disebut furanosa. Pada ketoheksosa gugus hidroksil pada atom karbon 5 bereaksi dengan

gugus karbonil pada atom karbon 2, membentuk cincin furanosa yang mengandung suatu

ikatan hemiaketal. Penggambaran struktur piranosa dan furanosa karbohidrat biasanya

dilakukan dengan menggunakan proyeksi Haworth. Cincin piranosa terdapat dalam dua

bentuk yaitu bentuk kapal dan bentuk kursi. Bentuk yang paling umum adalah bentuk kursi

karena bentuk ini lebih stabil daripada bentuk kapal

D-Gliserialdehid L-Gliserialdehid

Gambar 3. Polarisasi molekul monosakarida

Gambar 4. Pembentukan cincin Piranosa dan Furanosa

Gambar 5. Bentuk-bentuk cincin furanosa

Kursi Kapal Kursi Kapal

2. Disakarida

Disakarida merupakan gabungan dua unit monosakarida yang berikatan kovalen terhadap

sesamanya. Ikatan ini disebut ikatan glikosida yang dibentuk jika gugus hidroksil pada salah

satu gula bereaksi dengan karbon anomer pada gula yang kedua. Ikatan glikosida terbentuk

dari eliminasi air antara gugus hidroksil dari suatu monosakarida berbentuk siklis dengan

gugus hidroksil senyawa yang lain. Disakarida yang banyak ditemukan di alam yaitu laktosa,

sukrosa, dan maltosa.

a. Laktosa

Laktosa sering juga disebut gula susu karena hanya terdapat dalam susu. Bila dihidrolisis,

laktosa akan menghasilkan D-galaktosa dan D-glukosa. Laktosa memiliki satu atom karbon

hemiasetal dan mempunyai gugus karbonil yang berpotensi bebas pada residu glukosa

sehingga laktosa termasuk disakarida pereduksi.

Gambar 7. Struktur Laktosa

b. Sukrosa

Sukrosa atau gula tebu merupakan disakarida yang paling manis yang terdiri dari glukosa dan

fruktosa. Sukrosa bukan merupakan gula pereduksi karena sukrosa tidak mempunyai atom

karbon hemiasetal dan hemiaketal. Sukrosa tidak memilliki atom karbon monomer bebas

karena karbon anomer glukosa dan fruktosa berikatan satu dengan yang lain. Sukrosa juga

mudah dihidrolisis menjadi D-glukosa dan D-fruktosa. Sumber-sumber sukrosa yang terdapat

di alam antara lain: tebu (100% mengandung sukrosa), bit, gula nira (50%), dan jelly.

Gambar 7. Struktur Sukrosa

c. Maltosa

Maltosa merupakan disakarida yang paling sederhana. Maltosa terdiri dari dua residu D-

glukosa yang dihubungkan oleh ikatan glikosida. Sebuah molekul glukosa dihubungkan

melalui atom karbonnya yang pertama dengan gugus hidroksil atom karbon keempat pada

molekul glukosa yang lainnya. Kedua residu glukosa tersebut berada dalam bentuk piranosa.

Maltosa memilliki gugus karbonil yang berpotensi bebas yang dapat dioksidasi, sehingga

maltosa mempunyai sifat gula pereduksi. Di dalam tubuh, maltosa didapat dari hasil

pemecahan amilum yang lebih mudah dicerna. Maltosa banyak terdapat kecambah, susu dan

pada serealia, misalnya beras.

Gambar 6. Ikatan Disakarida α dan β

Gambar 7. Struktur Maltosa

3. Polisakarida

Polisakarida adalah senyawa karbohidrat kompleks. Bila dihidrolisis, polisakarida akan

menghasilkan banyak unit monosakarida. Polisakarida terdiri atas dua jenis yaitu

homopolisakarida (mengandung hanya satu jenis unit monomer) dan heteropolisakarida

(mengandung dua atau lebih jenis unit monosakarida yang berbeda). Polisakarida biasanya

tidak berasa, tidak larut dalam air, dan memiliki berat molekul yang tinggi. Contoh

homopolisakarida adalah pati yang hanya mengandung unit-unit D-glukosa, sedangkan asam

hialuronat pada jaringan pengikat mengandung residu dari dua jenis unit gula secara berganti-

ganti merupakan contoh dari heteropolisakarida.

Fungsi Polisakarida

Beberapa polisakarida berfungsi sebagai bentuk penyimpan bagi monosakarida dan yang

lainnya berfungsi sebagai unsur struktural di dalam dinding sel dan jaringan pengikat.

Glikogen dan pati merupakan polisakarida simpanan yang terdapat pada tumbuhan dan

manusia sedangkan selulosa merupakan polisakarida strukural yang berfungsi sebagai tulang

semu bagi tumbuhan. Pati dan glikogen dihidrolisa di dalam saluran pencernaan oleh

amilase, sedangkan selulosa tidak dapat dicerna. Namun, selulosa mempunyai peran penting

bagi manusia karena merupakan sumber serat dalam makanan manusia.

Jenis-jenis Polisakarida

a. Pati (Amilum)

Pati adalah polisakarisa simpanan yang terdapat pada tumbuhan. Hampir semua sel tanaman

mampu menghasilkan pati. Pati banyak terdapat dalam golongan umbi seperi kentang dan

pada biji-bijian seperti jagung. Pati mengandung dua jenis polimer glukosa yaitu, α-amilasi

(amilosa) dan amilopektin. Amilosa merupakan polisakarida linear dari rantai unit-unit D-

glukosa yang panjang, tidak bercabang yang dihubungkan oleh ikatan α (1-4)-glukosida

dengan berat molekul yang bervariasi. Amilopektin memiliki berat molekul yang tinggi,

memiliki banyak cabang, yang terdiri dari beberapa unit glukosa berantai lurus. Unit tersebut

dihubungkan oleh ikatan glikosidik pada ikatan α (1-4) tetapi titik percabangannya

merupakan ikatan α (1-6). Amilosa memberi warna biru dengan adanya iodium sedangkan

amilopektin akan menghasilkan warna jingga sampai merah bila ditambahkan larutan iodium.

Amilum tidak larut di dalam air dingin, tetapi larut di dalam air panas membentuk cairan

yang sangat pekat seperti pasta; peristiwa ini disebut "gelatinisasi".

Gambar 8. Struktur Amilum (Pati)

b. Glikogen

Glikogen adalah polisakarisa simpanan pada hewan dan manusia. Strukturnya serupa dengan

amilopektin, namun jumlah percabangannya lebih banyak. Glikogen bercabang dari D-

glukosa dalam ikatan α (1-4) dan ikatan pada percabangannya adalah α (1-6). Glikogen

banyak diemukan di dalam hati dan urat daging.

Gambar 9. Struktur Glikogen

c. Selulosa

Selulosa atau polisakarida struktur adalah polisakarida yang banyak terdapat dalam

tumbuhan, terutama pada bagian dinding sel. Selulosa berfungsi untuk menjaga strukur sel

tersebut. Selulosa berupa rantai lurus homopolisakarida yang disusun oleh unit-unit D-

glikopiranosa melalui ikatan β (1-4)-glikosida. Selulosa tidak dapat dipecahkan oleh α atau β-

amilase dan tidak dapat dicerna oleh vertebrata kecuali oleh hewan ruminan (seperti sapi,

kambing, dan domba) yang mengandung bakteri penghasil selulosa. Bakteri selulosa ini dapat

memecahkan selulosa menjadi D-glukosa sehingga dapat digunakan sebagai makanan pada

organisme tingkat tinggi lainnya. Meskipun tidak dapat dicerna, selulosa berfungsi sebagai

sumber serat yang dapat memperbesar volume dari faeses, sehingga akan memperlancar

defekasi.

Gambar 10. Struktur Selulosa

d. Kitin

Merupakan polimer N-asetil β – D glukosamin

Terhubung dengan ikatan β 1à 4, sehingga memiliki struktur yang mirip dengan selulosa

kecuali pada gugus OH atom C 2 diganti dengan gugus amino yg terasilasi.

Terdistribusi luas di banyak organisme terutama menyusun eksoskeleton beberapa moluska

dan artropoda

Gambar 9. Struktur Kitin