KARBOHIDRAT. Klasifikasi karbohidrat menurut lokasi gugus karbonil C H C C CH 2 OH H H C C OH OH

111

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)

Aldose Ketose

Klasifikasi karbohidrat menurut lokasi gugus karbonil

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

112

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

Tetrose Pentose Heksose Monosakarida C C C O H H OH HO H C OH H C CH2OH OH H C C C O H H OH HO H C CH₂OH OH H C C C CH₂OH O H H OH HO H

C

H

O

OH

H

CH

2

OH

113 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. C C OH H C H HO C OH H C OH H CH₂OH D

-glucose

O H C H HO C OH H C OH H CH₂OH CH₂OH C O D

-fructose

114

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).

115 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.

O H

O

H

C

C

H – C – OH

HO – C – H

HO – C – H

H – C – OH

H – C – OH HO – C – H

H – C – OH HO – C – H

CH2OH

CH2OH

D

-glucose

L

-glucose

O H HO H HO H OH OH H H OH O H HO H HO H H OH H OH OH O H OH OH H H OH H OH CH₂OH H O H OH H OH H OH H OH CH₂OH H

Haworth formulations

Chair forms, pyranose structure

-D-glucopyranoside

-D-glucopyranoside

-D-glucopyranoside

-D-glucopyranoside

1 6 1 1 5 5

anomeric

proton

116

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.

`

_CH 2OH C O C H HO C OH H C OH H CH2OH HOH₂C OH CH2OH H OH H H HO O 1 6 5 4 3 2 6 5 4 3 2 1

117

D-glukosa (perhatikan bahwa glukosa mengalami siklisasi membentuk struktur cincin)

2. D-fruktosa (termanis dari semua gula)

118

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)

119 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.

120

Disakarida-disakarida penting

Beberapa disakarida penting bagi tubuh kita di antaranya adalah maltosa, β-laktosa 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.

121 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.

122

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.

123 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.

124

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.

125 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:

126

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/ α- hidroksi keton akan teroksidasi menjadi karboksilat/keton. Semua monosakarida adalah gula pereduksi.

CHO CH CH CH CH CH₂OH OH OH HO OH D-Glucose COOH CH CH CH CH CH₂OH OH OH HO OH Gluconic acid I₂ or Fehling's

127

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

128

3. Reduksi karbonil dari monosakarida dapat direduksi menjadi alkohol dengan beberapa pereaksi menghasilkan alditol

129 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

130

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 ….

131

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