BIOKIMIA PANGAN DASAR OLEH AUNG SUMBONO STKIP MUHAMMADIYAH SORONG PAPUA BARAT 4 BAB 4 KARBOHIDRAT

4 BAB 4 KARBOHIDRAT

4.1 Struktur karbohidrat

Pemahaman struktur umum dari karbohidrat di masa lampau yakni Cn(H2O)n,

namun ternyata saat ini fakta menyatakan rumus tersebut hanya berlaku untuk gula sederhana yakni monosakarida, sedangkan untuk oligosakarida dan polisakarida memiliki rumus yang berbeda. Perbedaan ini akibat dari pelepasan molekul air pada saat penggabungan monosakarida menjadi oligosakarida atau polisakarida. Karbohidrat yang banyak dijumpai di alam yakni bentuk polisakarida, termasuk di dalamnya glikogen. Karbohidrat dibentuk dari satuan-satuan gula atau disebut sakarida. Sekumpulan sakarida-sakarida membentuk karbohidrat melalui reaksi pelepasan molekul air dan membentuk rangkaian polimer. Rangkaian sakarida-sakarida pembentuk karbohidrat dibagi menjadi beberapa jenis yakni 1). Monosakarida atau sakarida tunggal, 2). Disakarida yakni karbohidrat yang terdiri dari dua monomer sakarida, baik jenis yang sama atau tidak sama. 3). Oligosakarida yakni gabungan dari sakarida dengan sakarida melalui ikatan glikosidik. Ikatan glikosidik yakni ikatan yang terjadi antara monosakarida dengan monosakarida yang lain membentuk molekul oligosakarida atau polisakarida. 3). Polisakarida yakni gabungan dari banyak molekul sakarida-sakarida.

4.1.1 Monosakarida

Monosakarida dilihat dari jumlah atom karbon sebagai penyususnnya dan letak gugus OH maka dapat dibagi menjadi; 1). Sakarida dengan jumlah atom karbon sebanyak 3 atom, 2). Sakarida dengan jumlah atom karbon sebanyak 4 atom, 3) Sakarida dengan jumlah atom karbon sebanyak 5 atom, dan 4). Sakarida dengan jumlah atom karbon sebanyak 6 atom. Sakarida yang terbentuk dari 3 atom karbon merupakan jenis sakarida yang paling sederhana. Satu-satunya jenis sakarida dengan jumlah atom karbon sebanyak 3 atom yakni gliseraldehida. Struktur molekul gliseraldehida ditampilkan pada Gambar. 3.1. Gliseraldehida memiliki dua gugus fungsi alkohol dan satu gugus fungsi aldehida.

C CH₂OH OH H CHO a b c

Gambar. 3.1. Struktur molekul gliseraldehida. a) stuktur kimia b) bentuk ball-stick, c) bentuk space-filling.

BIOKIMIA

PANGAN

DASAR

OLEH

AUNG

SUMBONO

STKIP

MUHAMMADIYAH

SORONG

PAPUA

BARAT

Sakarida yang memiliki jumlah atom karbon sebanyak 4 atom yakni eritrosa dan treosa. Struktur eritrosa dan treosa ditampilkan pada Gambar. 3.2. Eritrosa dan treosa masing-masing memiliki tiga gugus fungsi alkohol dan satu gugus aldehida. Rumus umum dari dua molekul tersebut adalah C4H8O4. Perbedaan yang ada diantara

eritrosa terhadap treosa yakni pada letak gugus OH. Gugus OH yang berikatan di atom C nomor 2 dan 3 pada eritrosa berada pada bidang yang sejajar sedangkan pada eritrosa berada berseberangan.

CHO C C H OH CH2OH OH H CHO C C O H H CH₂OH OH H a b c d e f Eritrosa Treosa

Gambar 3.2. Struktur sakarida yang memiliki empat atom karbon. a). Stuktur molekul eritrosa, b). Bentuk ball-stick molekul eritrosa, c) Bentuk

space-filling molekul eritrosa, d). Stuktur molekul treosa, e). Bentuk

ball-stick molekul treosa, f) Bentuk space-filling molekul treosa.

Monosakarida yang memiliki lima atom karbon yakni ribosa, arabinosa, xilosa dan liksosa. Ke empat jenis tersebut masing-masing memiliki empat gugus OH dan satu gugus aldehida. Struktur molekul ribosa, arabinosa, arabinosa dan liksosa ditampilkan pada Gambar 3.3.

C C C CH₂OH CHO OH H OH H OH H C C C CH₂OH CHO H H OH O H OH H a b c d e f Ribosa Arabinosa C C C CH₂OH CHO OH O H H H OH H C C C CH₂OH CHO H O H H O H OH H g h i j k l Xilosa Liksosa

Gambar. 3.4. Struktur sakarida yang memiliki lima atom karbon. a). Stuktur molekul Ribosa, b). Bentuk ball-stick molekul Ribosa, c) Bentuk

space-filling molekul Ribosa, d). Stuktur molekul Arabinosa, e).

BIOKIMIA

PANGAN

DASAR

OLEH

AUNG

SUMBONO

STKIP

MUHAMMADIYAH

SORONG

PAPUA

BARAT

Bentuk ball-stick molekul Arabinosa, f) Bentuk space-filling molekul Arabinosa. g). Stuktur molekul Xilosa, h). Bentuk ball-stick molekul Xilosa, i) Bentuk space-filling molekul Xilosa, j). Stuktur molekul Liksosa, k). Bentuk ball-stick molekul Liksosa, l) Bentuk space-filling molekul Liksosa.

Perbedaan antara ribosa dan arabinosa adalah terletak pada gugus OH. Gugus OH pada ribosa terletak pada bidang yang sama sedangkan untuk arabinosa salah satu gugus OH pada bidang yang tidak sama/berseberangan. Sedangkan perbedaan antara xilosa terhadap liksosa adalah posisi gugus yang OH yang berseberangan dengan gugus OH lainnya.

C C C CHO OH H OH H OH H C CH2OH H OH C C C CHO H H OH O H OH H C CH₂OH H OH a b c d e f allosa altrosa C C C CHO OH O H H H OH H C CH₂OH H OH C C C CHO H O H H O H OH H C CH₂OH H OH g h i j k l glukosa mannosa C C C CHO OH H OH H H O H C CH₂OH H OH C C C CHO H H OH O H H O H C CH₂OH H OH m n o p q r gulosa idosa C C C CHO OH O H H H H O H C CH₂OH H OH C C C CHO H O H H O H H O H C CH2OH H OH s t u v w x galaktosa talosa

BIOKIMIA

PANGAN

DASAR

OLEH

AUNG

SUMBONO

STKIP

MUHAMMADIYAH

SORONG

PAPUA

BARAT

Gambar. 3.4. Struktur sakarida yang memiliki enam atom karbon. a). Stuktur molekul allosa, b). Bentuk ball-stick molekul allosa, c) Bentuk

space-filling molekul allosa, d). Stuktur molekul altrosa, e). Bentuk

ball-stick molekul altrosa, f) Bentuk space-filling molekul altrosa. g). Stuktur molekul glukosa, h). Bentuk ball-stick molekul glukosa, i) Bentuk space-filling molekul glukosa, j). Stuktur molekul mannosa, k). Bentuk ball-stick molekul mannosa, l) Bentuk space-filling

molekul mannosa, m). Stuktur molekul gulosa, n). Bentuk ball-stick

molekul gulosa, o) Bentuk space-filling molekul gulosa, p). Stuktur molekul idosa, q). Bentuk ball-stick molekul idosa, r) Bentuk space-filling molekul idosa, s). Stuktur molekul galaktosa, t). Bentuk ball-stick molekul galaktosa, u) Bentuk space-filling molekul galaktosa, v). Stuktur molekul talosa, w). Bentuk ball-stick molekul talosa, x) Bentuk space-filling molekul talosa.

Monosakarida yang memiliki enam atom karbon yakni allosa, altrosa, glukosa mannosa gulosa idosa galaktosa dan talosa. Ke delapan jenis tersebut masing-masing memiliki lima gugus OH dan satu gugus aldehida. Struktur molekul allosa, altrosa, glukosa mannosa gulosa idosa galaktosa dan talosa ditampilkan pada Gambar 3.4. Monosakarida memiliki atom kiral sehingga dapat membentuk isomer optik yakni isomer bayangan antara satu sama yang lainnya. Bentuk isomer selanjutnya dinamakan bentuk dekstro (d) dan levo (l). Bentuk dektro adalah isomer bayangan cermin dari bentuk levo. Bentuk dekstro dan levo ditampilkan dalam Gambar. 3.5.

Gambar 3.5. Bentuk isomer dekstro dan levo

Gula yang memiliki lima atau enam atom karbon biasanya membentuk rangkaian rantai tertutup (siklis). Pembentukan siklis terjadi akibat dari interaksi

CH₂OH C OH H C OH H

C

OH H C H OH CHO CH₂OH C HO H C HO H

C

HO H C H HO CHO

BIOKIMIA

PANGAN

DASAR

OLEH

AUNG

SUMBONO

STKIP

MUHAMMADIYAH

SORONG

PAPUA

BARAT

antara gugus fungsi-gugus fungsi yang ada pada molekul gula tersebut (ditampilkan pada Gambar 3.5 dan 3.6). Gugus fungsi yang berinteraksi yakni gugus fungsi yang terletak pada atom karbon nomor 1 dan 5 atau antara gugus fungsi yang terletak pada atom karbon nomor 2 dengan nomor 5. Atom karbon yang memiliki gugus fungsi untuk berinteraksi dalam pembentukan rantai tertutup menjadi pusat kiral baru yang disebut karbon anomerik. Pembentukan rangkaian tertutup molekul gula dapat membentuk dua kemungkinan rangkaian yang berbeda yakni bentuk α dan β. Sebuah cincin beranggota lima disebut furanose karena kemiripannya dengan furan; cincin beranggota enam disebut piranosa karena kemiripannya dengan Piran.

Gambar 3.5. Mekanisme pembentukan rangkaian tertutup (siklis) pada molekul gula (berdasarkan Proyeksi Haworth).

Gambar 3.6. Mekanisme pembentukan rangkaian tertutup (siklis) pada molekul gula (berdasarkan Proyeksi Fischer).

Bentuk siklik furanosa (mirip dengan furan) dan piranosa (mirip dengan piran) mendekati bentuk molekul yang sebenarnya. Bentuk cincin furanosa

O H C C C C O C H CH₂OH H H OH H OH OH OH C C C C O C CH₂OH H H OH H OH OH H H C C C C O C CH₂OH H H OH H OH OH OH C C C CHO OH HO H H OH H C CH2OH H OH Bentuk α Bentuk β O piran Bentuk α Bentuk β C OH H C C C O C CH₂OH H OH H H O H H OH C H O H C C C O C CH₂OH H OH H H O H H OH

BIOKIMIA

PANGAN

DASAR

OLEH

AUNG

SUMBONO

STKIP

MUHAMMADIYAH

SORONG

PAPUA

BARAT

cenderung planar/datar, sedangkan piranosa membentuk formasi kursi. Formasi siklik dengan enam atom karbon ada dua kemungkinan yakni berbentuk kusi atau berbentuk perahu. Kebanyakan bentuk dari monomer sakarida yang memiliki enam atom karbon di alam pada umumnya berbentuk kursi. Bentuk kursi untuk monosakarida yang beranggotakan enam karbon ditampilkan pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7. Formasi kursi monosakarida enam atom karbon. (a). Stuktur molekul, (b). Bentuk ball-stick, c) Bentuk space-filling.

4.1.2 Disakarida

Disakarida dibentuk dari dua molekul monosakarida melalui ikatan glikosidik. Ikatan glikosidik ini yang membentuk rangkaian oligosakarida dan polisakarida. Ikatan glikosidik terjadi beberapa macam bentuk, karbon anomerik dari suatu monomer terikat pada salah satu gugus OH di monomer yang lain. Jenis ikatan glikosidik yang ada di polimer karbohidrat yakni ikatan 1-4 α, 1-4 β dan 1-6 α. Beberapa contoh jenis ikatan glikosidik ditampilkan pada Gambar 3.8. penamaan ikatan glikosidik berdasarkan posisi atom karbon yang berikatan dengan oksigen. Ikatan glikosidik terjadi melalui sintesis dehidrasi dengan cara melepaskan satu atom hidrogen dari salah satu monomer sakarida dan satu gugus hidroksil (OH) dari monomer sakarida yang lain. Pelepasan satu atom hidrogen dan gugus hidroksil (OH) selanjutnya membentuk air. Rekasi hidrolisis pada dua monomer sakarida dapat terjadi berbalik arah atau yang biasa disebut reaksi hidrolisis. Reaksi hidrolisis terjadi dari pemecahan dua monomer yang telah berikatan dengan ikatan glikosidik akibat penambahan molekul air. Reaksi hidrolisis dan hidrasi ditampilkan pada Gambar 3.9. Hasil penggabungan dua monomer sakarida selanjutnya disebut dengan disakarida. Disakarida yang umum yakni sukrosa, laktosa dan maltosa.

4.1.2.1 Sukrosa

Sukrosa adalah disakarida yang paling mudah kita kenal yakni gula tebu. Satu molekul sukrosa terdiri dari satu molekul glukosa dan satu molekul fruktosa. Molekul sukrosa ditampilkan pada Gambar 3.10. Sukrosa memiliki nama berdasarkan IUPAC adalah (2R,3R,4S,5S,6R)-2-[(2S,3S,4S,5R )-3,4-dihidroksi-2,5-bis(hidroksimetil)oksolan-2-il]oksi-6-(hidroksimetil)oksane-3,4,5-triol dan nama lain yakni α-D-glukopiranosil-(1→2)-β-D-fruktofuranosida; β-D-fruktofuranosil-(2→1)-α-D-glukopiranosida; β-(2S,3S,4S,5R)-fruktofuranosil-α-(1R,2R,3S,4S,5R )-glukopiranosida; α-(1R,2R,3S,4S,5R)-glukopiranosil-β-(2S,3S,4S,5R )-fruktofuranosida. Rumus umum dari sukrosa adalah C12H22O11 dengan massa

OH H H H H O H H O O H _OH CH₂OH a _{b c}

BIOKIMIA

PANGAN

DASAR

OLEH

AUNG

SUMBONO

STKIP

MUHAMMADIYAH

SORONG

PAPUA

BARAT

molekul relatif 342.30 g/mol. Sukroda diperoleh dari tanaman dan tidak diperoleh dari sumber lain. Sukrosa dalam bentuk padatan kristal berwarna putih dan memliki tingkat kelarutan dalam air sebesar 2000 g/L (25 °C). Pada sukrosa, glukosa dan fruktosa terhubung melalui ikatan antara karbon pertama (C1) pada subunit glukosa dengan karbon kedua (C2) milik fruktosa. Sukrosa akan meleleh pada suhu 186 °C (367 °F) dan membentuk karamel dan jika terbakar akan menghasilkan karbon dioksida dan air.

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

Gambar 3.10. Molekul sukrosa (a) Molekul, (b) Bentuk kristal 4.1.2.2 Laktosa

Laktosa terdiri dari satu molekul glukosa dan satu molekul galaktosa yang membentuk ikatan glikosida 1→4-β. Nama sistematis laktosa adalah β-D-galaktopiranosil-(1→4)-D-glukosa. Srruktur kimia laktosa ditampilkan pada Gambar 3.11. Laktosa mempunyai rumus kimia C12H22O11. Massa molekul relatif dari laktosa

yakni 342,30 g/mol, dengan densitas 1.525 g/cm3 Titik lebur 202.8 °C, Titik didih 668.9 °C, Laktosa ditemukan pada susu pada tahun 1619 oleh Fabriccio Bartoletti, dan diidentifikasi sebagai gula pada tahun 1780 oleh Carl Wilhelm Scheele.

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

Gambar 3.11. Molekul laktosa 4.1.2.3 Maltosa

Maltosa adalah disakarida terbentuk dari dua unit glukosa bergabung dengan ikatan α (1 → 4), terbentuk dari reaksi kondensasi. Molekul maltosa ditampilkan pada Gambar 3.12. maltosa memiliki rumus molekul C12H22O11 massa molekul relatif

sebesar 342.30 g/mol. Bentuk maltose adalah bubuk putih atau kristal putih dengan densitas 1.54 g/cm3 dan kelarutan dalam air sebesar 1.080 g/mL (20 °C). Nama iupac dari maltosa yakni 2-(hidroksimetil)-6-[4,5,6-trihidroksi-2-(hidroksimetil)oksan-3-il]oksioksana-3,4,5-triol. Nama lain dari maltosa yakni 4-O -α-D-Glucopiranosil-D-glukosa. Sedangkan isomer maltosa yakni isomaltose memiliki dua molekul glukosa dihubungkan melalui ikatan α (1 → 6). Maltosa adalah anggota kedua dari seri biokimia penting rantai glukosa. Maltosa adalah disakarida dihasilkan dari pemecahan pati oleh amilase. Maltosa ditemukan oleh Irlandia Cornelius O'Sullivan pada tahun 1872. a b

BIOKIMIA

PANGAN

DASAR

OLEH

AUNG

SUMBONO

STKIP

MUHAMMADIYAH

SORONG

PAPUA

BARAT

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

Gambar 3.12. Molekul maltosa

4.1.3 Oligosakarida dan polisakarida

Oligosakarida adalah polimer karbohidrat terdiri 3-10 monosakarida, atau, gula sederhana. Mereka dihubungkan bersama kebanyakan oleh ikatan O-glikosidik melalui reaksi kondensasi antara karbon anomerik dari monosakarida dan yang lainnya. Mereka juga dapat membentuk ikatan glikosidik-N di bawah suasana tertentu. Oligosakarida dapat berbentuk rantai lurus atau bercabang. Oligosakarida berasal dari kata oligo artinya sedikit. Oligosakarida adalah salah satu komponen dari serat. Oligosakarida yang sering ditemukan sebagai komponen glikoprotein atau glikolipid. oligosakarida dapat bereaksi dengan lipid dan bentuk lipopolisakarida atau saccharolipids. Oligosakarida berikatan-N juga dapat bereaksi dengan rantai samping dari asam amino terutama Asparagine dari protein untuk membentuk Glycoprotein. Glikoprotein tidak terbentuk pada bagian acak dari protein.

Beberapa contoh jenis oligosakarida yakni frikto-oligosakarida/ Fructo-oligosakarides (FOS) yang ditemukan di banyak sayuran, terdiri dari rantai pendek molekul fruktosa, galakto-oligosakarida/Galactooligosaccharides (GOS), yang juga terjadi secara alami, dan Mannan-oligosakarida (MOS) yang banyak digunakan dalam pakan ternak untuk meningkatkan kesehatan pencernaan, tingkat energi dan kinerja. Senyawa Fructo-oligosakarides (FOS) ini dapat hanya sebagian dicerna oleh manusia. Galactooligosaccharides (GOS) terdiri dari rantai pendek molekul galaktosa. Mannan oligosakarida/Mannan Oligosaccharides (MOS) biasanya diperoleh dari dinding sel ragi Saccharomyces-cerevisiae.

4.1.4 Polisakarida

Polisakarida terbentuk dari rangkaian banyak monosakarida. Rangkaian polisakarida sama halnya oligosakarida atau pun disakarida terjadi akibat adanya ikatan glikosidik. Ikatan glikosidik pada polisakarida karena reaksi kondensasi. Pembentukan ikatan glikosidik pada polisakarida dapat menimbulkan rantai polimer lurus atau bercabang yang kompleks. Polisakarida yang terbentuk dari gabungan

O CH2OH H OH H OH H OH H H O H OH H H OH CH2OH O O CH2OH H OH H H OH CH2OH O O CH2OH H H H OH OH H OH H O CH2OH H H H OH OH H H O O CH₂OH H H OH OH H H OH O H n FOS GOS

BIOKIMIA

PANGAN

DASAR

OLEH

AUNG

SUMBONO

STKIP

MUHAMMADIYAH

SORONG

PAPUA

BARAT

monosakarida yang sejenis disebut homopolisakarida, sedangkan yang terbentuk dari monosakarida-monosakarida yang tidak sama disebut heteropolisakarida. Ikatan glikosidik yang ada di polisakarida dapat berupa glikosidik-α atau glikosidik-β. Ikatan glikosidik α(1→4) membentuk rankaian polimer polisakarida bercabang, sedangkan ikatan glikosidik α(1→6) dan β(1→6) membentuk rangkaian polisakarida rantai lurus. Jenis ikatan yang menghasilkan rangkaian polimer polisakarida rantai lurus dan rantai bercabang ditampilkan pada Gambar 3.14. Rangkain polimer bercabang antar jenis jenis polimer bervariasi. Suatu misal, polisakarida amilopektin dari tanaman mengandung cabang setiap 30 unit sedangkan polisakarida glikogen dari hewan mengandung cabang kira-kira setiap 10 unit.

Gambar. 3.14. Jenis ikatan glikosidik yang terjadi pada polisakarida, (a) ikatan glikosidik α(1→4), (b) ikatan glikosidik α(1→6), (c) ikatan glikosidik β(1→6).

Berikut adalah jenis-jenis polisakarida yakni pati, glikogen, agarosa, dan selulosa. Sealin itu, beberapa polisakarida kompleks yang memiliki atom tambahan misalnya nitrogen, seperti pektin, kitin, dan lignin.

4.1.4.1 Pati

Pati merupakan polimer dari α-D-glukosa. Pati memiliki ikatan glikosidik-α dari sambungan rantai cabang. Jenis pati dapat dibedakan satu sama lain berdasarkan rantai percabangannya (Gambar 3.15). Salah satu jenis pati yakni amilosa. Amilosa merupakan polimer linear glukosa, dengan semua residu dihubungkan oleh ikatan α (1→4). Jenis pati lainnya yakni amilopektin. Amilopektin adalah rantai polimer bercabang, dengan cabang-cabang mulai α (1 → 6) keterkaitan di sepanjang rantai α (1 → 4). Konformasi yang paling biasa dari amilosa adalah helix dengan enam residu per lilitan. O CH₂OH OH OH H O CH₂OH OH OH H _O O CH₂OH OH OH H O CH₂OH O H OH OH H _O O n

Gambar 3.15. Molekul amilosa

O H H H OH OH H H OH O O CH₂OH H H OH H OH OH H H O CH₂OH H H H OH OH H _O H O H H H OH OH H H O O CH₂OH H H OH H OH OH H H O CH₂OH H H OH H OH OH H O H O

a

b

c

BIOKIMIA

PANGAN

DASAR

OLEH

AUNG

SUMBONO

STKIP

MUHAMMADIYAH

SORONG

PAPUA

BARAT

O CH₂OH OH OH H O CH₂OH OH OH H _O O CH₂OH OH OH H O CH₂OH O H OH OH H _{O O} O CH₂OH OH OH H O OH OH H _O O CH₂OH OH OH H O CH₂OH O H OH OH H _{O O} O

Gambar 3.16. Molekul amilopektin

4.1.4.2 Glikogen

Glikogen merupakan polimer bercabang-rantai α-D-glukosa, dan dalam hal ini mirip dengan fraksi amilopektin pati. Seperti amilopektin, glikogen terdiri dari rantai berikatan α (1 → 4) dengan yang berikatan α (1 → 6) pada titik-titik cabang (Gambar 3.16). Cabang di glikogen terdapat setiap 10 satuan dan setiap 25 satuan di amilopektin. Dalam glikogen, panjang rantai rata-rata adalah 13 satuan glukosa, dan ada 12 lapisan bercabang. Jumlah titik cabang tidak signifikan karena dua alasan.

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

Gambar 3.16. Molekul glikogen 4.1.4.3 Agarosa

Agarosa atau yang biasa disebut agar-agar oleh orang awam adalah zat yang biasanya berupa gel yang diolah dari rumput laut atau alga. Jenis rumput laut yang biasa diolah untuk keperluan ini adalah Eucheuma spinosum (Rhodophycophyta). Beberapa jenis rumput laut dari golongan Phaeophycophyta (Gracilariadan

Gelidium) juga dapat dipakai sebagai sumber agar-agar. Agarosa sebenarnya adalah karbohidrat dengan berat molekul tinggi yang mengisi dinding sel rumput laut. Agarosa merupakan suatu polimer yang tersusun dari monomer galaktosa. Gel terbentuk karena pada saat dipanaskan di air, molekul Agarosa dan air bergerak bebas. Ketika didinginkan, molekul-molekul agarosa mulai saling merapat, memadat dan membentuk kisi-kisi yang mengurung molekul-molekul air, sehingga terbentuk sistem koloid padat-cair. Agarosa apabila dilarutkan dalam air panas dan didinginkan, agar-agar bersifat seperti gelatin: padatan lunak dengan banyak pori-pori di dalamnya sehingga bertekstur 'kenyal'. Sifat ini menarik secara indrawi

BIOKIMIA

PANGAN

DASAR

OLEH

AUNG

SUMBONO

STKIP

MUHAMMADIYAH

SORONG

PAPUA

BARAT

sehingga banyak olahan makanan menggunakan baan agarosa: pengental sup, puding (jelly), dan campuran es krim. Agarosa sebagai makanan sehat karena mengandung serat (fiber) lunak yang tinggi dan kalori yang rendah. Kandungan serat lunak yang tinggi membantu melancarkan pembuangan sisa-sisa makanan di usus (laksatif). Molekul agarosa ditampilkan pada Gambar. 3.17.

O OH O H O O OH OH OH n

Gambar. 3.17. Molekul agarosa. 4.1.4.4 Selulosa

Selulosa adalah homopolisakarida lurus dari β-D-glukosa, dan semua berikatan β (1→4) (Gambar. 3.18). Rantai satuan polisakarida terdapat ikatan hidrogen bersama. Ikatan hidrogen ini membuat serat tanaman memiliki karakter yang kuat pada tanaman.

O OH O H OH O OH O H OH * O * n Gambar 3.18. Molekul selulosa 4.1.4.5 Pektin

Pektin disusun polimer asam D-galakturonat, yang terikat dengan α-1,4-glikosidik. Pertama kali diisolasi oleh Henri Braconnot tahun 1825. Asam galakturonat memiliki gugus karboksil yang dapat saling berikatan dengan ion Mg2+ atau Ca2+ sehingga berkas-berkas polimer "berlekatan" satu sama lain. Ini menyebabkan rasa "lengket" pada kulit.

O OH COOH O COOH O OH OH O OH O OH COOH O COOH O OH OH O OH O OH COOH O O COOH O OH OH O OH

Gambar 3.18. Molekul pektin 4.1.4.6 Kitin

Sebuah polisakarida yang mirip dengan selulosa dalam struktur dan fungsi itin, yang juga merupakan homopolisakarida lurus dengan semua satuan molekul berikatan glikosidik β (1 → 4). Kitin berbeda dari selulosa dalam sifat unit monosakarida dibanding selulosa. Monomer selulosa adalah β-D-glukosa sedangkan di kitin monomernya adalah N-asetil-β-D-glukosamin. Senyawa yang terakhir

BIOKIMIA

PANGAN

DASAR

OLEH

AUNG

SUMBONO

STKIP

MUHAMMADIYAH

SORONG

PAPUA

BARAT

berbeda dari glukosa hanya dalam substitusi gugus N-asetilamino (-NH-CO-CH3)

untuk gugus hidroksil (-OH) pada karbon C-2 (Gambar 16,26). Seperti selulosa, kitin memainkan peran struktural dan memiliki cukup banyak kekuatan mekanik karena adanya ikatan hidrogen.

O CH₂OH H OH O O OH O CH₂OH N O O N O * n

Gambar 3. Molekul kitin

4.2 Reaksi-reaksi karbohidrat

Reaksi sakarida dari pangan yang sangat berperan dalam biokimia yakni reaksi oksidasi dan reduksi. Reaksi oksidasi sakarida menghasilkan sejumlah energi bagi manusia untuk melakukan aktivitas dan kelangsungan hidup. Reaksi oksidasi yang paling banyak menghasilkan energi yakni reaksi sakarida yang teroksidasi sempurna atau habis bereaksi menjadi karbondioksida (CO2) dan molekul air (H2O). Hal itu

terjadi pada metabolisme sel manusia.

Rekasi lain yang terjadi pada monosakarida yakni reaksi esterifikasi. Reaksi esterifikasi terjadi gugus-gugus hidroksil bereaksi dengan asam dan turunan asam, seperti halnya dengan yang terjadi pada semua senyawa alkohol. Reaksi esterifikasi monosakarida yang terjadi pada manusia yakni pembentukan ester fosfat. Ester fosfat dibentuk dari transfer gugus fosfat dari ATP (adenosin trifosfat) untuk memberikan gula terfosforilasi dan ADP (adenosin difosfat), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.8. Reaksi ini memainkan peran penting dalam metabolisme.

O C H H OH H OH OH H H OH O H P O O O O P O O O O P O O ADENOSIN O CH₂OPO₃ H H OH H OH OH H H OH P O O O O P O O O ADENOSIN + ENZIM ₊

Gambar 3.8. Reaksi esterifikasi monosakarida.

4.3 Fungsi karbohidrat

Kebutuhan dasar yang diperlukan tubuh makhluk hidup termasuk manusia disediakan oleh karbohidrat. Salah satu monomer karbohidrat seperti glukosa merupakan nutrien utama untuk sel. Glukosa pada vertebrata mengalir dalam aliran darah sehingga tersedia bagi seluruh sel tubuh. Sel-sel tubuh tersebut menyerap glukosa dan mengambil tenaga yang tersimpan di dalam molekul pada proses respirasi seluler untuk menjalankan sel-sel tubuh. Selain itu, kerangka karbon monosakarida juga berfungsi sebagai bahan baku untuk sintesis jenis molekul organik kecil lainnya, termasuk asam amino dan asam lemak.

BIOKIMIA

PANGAN

DASAR

OLEH

AUNG

SUMBONO

STKIP

MUHAMMADIYAH

SORONG

PAPUA

BARAT

Karbohidat sebanyak 1 gram yang dikomsumsi sebagai nutrisi untuk manusia memiliki nilai energi 4 Kalori. Menu makanan orang Asia Tenggara termasuk Indonesia umumnya mengandung karbohidrat cukup tinggi, yaitu antara 70–80%. Sumber karbohidrat bahan makanan pada umunya berasal dari padi-padian atau serealia (gandum dan beras), umbi-umbian (kentang, singkong, ubi jalar), gula dan sagu.

Selain sebagai sumber energi, karbohidrat juga berfungsi untuk menjaga keseimbangan asam basa di dalam tubuh, berperan penting dalam proses metabolisme dalam tubuh, dan pembentuk struktur sel dengan mengikat protein dan lemak. Beberapa jenis polisakarida berfungsi sebagai materi simpanan atau cadangan, yang nantinya akan dihidrolisis untuk menyediakan gula bagi sel ketika diperlukan. Pati merupakan suatu polisakarida simpanan pada tumbuhan. Tumbuhan menumpuk pati sebagai butiran di dalam organel plastida, termasuk kloroplas. Dengan mensintesis pati, tumbuhan dapat menimbun kelebihan glukosa. Glukosa merupakan bahan bakar sel yang utama, sehingga pati merupakan energi cadangan.

Sementara itu, hewan menyimpan polisakarida dalam bentuk glikogen. Manusia dan vertebrata lainnya menyimpan glikogen terutama dalam sel hati dan otot. Penguraian glikogen pada sel-sel ini akan melepaskan glukosa ketika kebutuhan gula meningkat. Namun demikian, glikogen tidak dapat diandalkan sebagai sumber energi hewan untuk jangka waktu lama. Glikogen yang tersimpanan akan terkuras habis hanya dalam waktu sehari kecuali kalau dipulihkan kembali dengan mengkonsumsi makanan.

Karbohidrat memainkan sejumlah peran penting dalam biokimia. pertama, karbohidrat sebagai sumber energi utama. Kedua, oligosakarida memainkan peran kunci dalam proses yang terjadi pada permukaan sel, khususnya dalam interaksi sel-sel dan pengakuan kekebalan tubuh. Selain itu, polisakarida penting struktural komponen beberapa kelas organisme. Selulosa adalah komponen utama dari rumput dan pohon-pohon, dan merupakan bahan pangan yang menyehatkan.

Daya cerna tubuh manusia terhadap karbohidrat bermacam-macam bergantung pada sumbernya, yaitu bervariasi antara 90%–98%. Daya cerna karbohidrat menurunkan dapat diturunkan menjadi 85% dengan mengkonsumsi serat selulosa. Serat-serat selulosa mengikis dinding saluran pencernaan dan merangsangnya mengeluarkan lendir yang membantu makanan melewati saluran pencernaan dengan lancar sehingga selulosa disebut sebagai bagian penting dalam menu makanan yang sehat. Contoh makanan yang sangat kaya akan serat selulosa ialah buah-buahan segar, sayur-sayuran, dan biji-bijian. Manusia tidak dapat mencerna selulosa sehingga serat selulosa yang dikonsumsi manusia hanya lewat melalui saluran pencernaan dan keluar bersama feses.

Angka kecukupan gizi untuk karbohidrat selama ini belum ada ketentuan yang jelas. Hal ini, karena banyaknya faktor-faktor penentu, baik dari internal tubuh mau pun aktivitas sesorang. Namun demikian, dianjurkan 55-57% konsumsi energi total berasal dari karbohidrat kompleks. Sedangkan, 10% berasal dari gula sederhana. Konsumsi serat di anjurkan 20-30 gram serat/hari

BIOKIMIA

PANGAN

DASAR

OLEH

AUNG

SUMBONO

STKIP

MUHAMMADIYAH

SORONG

PAPUA

BARAT

Karbohidrat merupakan komponen penting untuk manusia sehingga apabila kekurangan konsumsi karbohidrat dapat lemah, anemia, berpengaruh terhadap ketidak normalan metabolisme bahan pangan lainnya, sulit tidur, secara tidak langsung menurunkan sistem imun, pada balita akan terjadi pembesaran perut tetapi kurus. Namun sebaliknya, dampak kelebihan konsumsi karbohidrat pada beberapa kasus menunjukkan gejala obesitas hingga obesitas kronis.

Oligosakarida dapat memiliki banyak fungsi; misalnya, mereka biasanya ditemukan pada membran plasma sel hewan di mana mereka dapat memainkan peran dalam pengakuan sel-sel. Oligosakarida yang sering ditemukan sebagai komponen glikoprotein atau glikolipid sering digunakan untuk identifikasi sel. Contohnya adalah kekhususan golongan darah ABO. Golongan darah A dan B memiliki dua glikolipid oligosakarida berbeda yang tertanam dalam membran sel dari sel-sel darah merah, golongan darah AB memiliki keduanya, sedangkan tipe darah O tidak memiliki. Oligosakarida mannan (MOS) yang banyak digunakan dalam pakan ternak untuk meningkatkan kesehatan pencernaan, tingkat energi dan kinerja.

4.4 Metabolisme karbohidrat

Karbohidrat yang dikonsumsi manusia melalui pencernaan (seperti di telah dijelaskan pada Bab 2). Secara kimiawi, proses pemutusan mulai polimer karbohidrat telah terjadi pada awal sistem pencernaan. Proses pengunyahan terjadi pemutusan beberapa polimer karbohidrat menjadi rantai yang lebih pendek, bahkan ada yang menjadi monomer. Proses pemutusan rantai polimer karbohidrat dibantu oleh adanya enzim amilase. Proses selanjutnya dalam saluran pencernaan yakni penghancuran polimer-polimer menjadi rantai yang lebih pendek lagi dibanding dengan hasil proses mengunyah di mulut. Alur metabolisme karbohidrat ditampilkan pada Gambar 3.9.

Gambar 3.9. Alur metabolisme karbohidrat dalam tubuh

PANGAN BERKARBOHIDRAT MULUT LAMBUNG USUS HALUS USUS BESAR MONOSAKARIDA GAS FERMENTASI DARAH HATI LEMAK SEL LEMAK ASAM LAMBUNG (HCl) ENZIM AMILASE MEKANIK SUPPORT BAKTERI FERMENTASI RESIDU PARU-PARU ANUS

BIOKIMIA

PANGAN

DASAR

OLEH

AUNG

SUMBONO

STKIP

MUHAMMADIYAH

SORONG

PAPUA

BARAT

Glukosa akan dicerna dalam tubuh dalam reaksi respirasi. Tahapan pertama dalam reaksi respirasi adalah proses glikolisis. Tahapan glikolisis dimulai dari satu molekul glukosa hingga tahap akhirnya yakni akan dihasilkan 2 molekul piruvat. Tahap ini juga akan menghasilkan 2 ATP dan menghasilkan dua elektron dan satu hidrogen pada NAD+ sehingga menjadi NADH. Tahap ini, tidak membutuhkan oksigen. Jika persediaan oksigen dalam tubuh tidak cukup, maka NADH akan digunakan untuk mengubah piruvat menjadi asam laktat atau menjadi etanol dan karbon dioksida.

Setiap reaksi pada jalur glikolisis dikatalisis oleh enzim yang berperan spesifik hanya untuk reaksi tersebut. Setiap molekul glukosa yang dimetabolisme pada dua reaksi dalam satu jalur terdapat satu molekul ATP yang dihidrolisis. Dalam proses ini, energi yang dilepaskan dalam dua molekul ATP terjadi penggabungan reaksi endergonik. Dua reaksi lain masing-masing memproduksi dua molekul ATP dari reaksi fosforilasi ADP untuk setiap molekul glukosa, sehingga menghasilkan total empat molekul ATP. Hasil akhir dari proses glikolisis diperoleh perbandingan jumlah molekul ATP yang digunakan oleh hidrolisis yakni sebanyak dua molekul terhadap jumlah yang dihasilkan yakni sebanyak empat molekul maka ada sisa dua molekul ATP untuk setiap molekul glukosa yang diproses dalam glikolisis.

Gambar 3.10. Jalur glikolisis

GLUKOSA

FRUKTOSA-1,6-BISFOSFAT

2 PIRUVAT

ANAEROBIK _{OKSIDASI AEROBIK} FERMENTASI ANAEROBIK ALKOHOLIK SIKLUS ASAM SITRAT OKSIDATIF-FOSFORILASASI 6 CO2 + 6 H2O 2 CO2 + 2 C2H5OH 2 LAKTAT 2 NAD+ 2 NADH 2 NAD+ 2 NADH 2 NAD+ 2 NADH 2 NAD+ 2 NADH 6O2 2 ADP 2 ATP 4 ATP 4 ADP + 2P _{2 NADH} 2 NAD+

BIOKIMIA

PANGAN

DASAR

OLEH

AUNG

SUMBONO

STKIP

MUHAMMADIYAH

SORONG

PAPUA

BARAT

Ketika piruvat telah terbentuk maka ada jalur yang dilewati. (Gambar 3.10). Molekul piruvat yang melalui jalur metabolisme aerobik (yakni jalur dengan adanya peran oksigen) maka akan melepas karbon dioksida. Sedangkan dua atom karbon yang tersisa berikatan dengan koenzim A menjadi molekul bergugus asetil, selanjutnya membentuk asetil-CoA. Asetil-CoA kemudian memasuki siklus asam sitrat. Piruvat yang melewati jalur anaerobik ada dua mekanisme yang dilalui. Mekanisme pertama yakni untuk organisme yang mampu melakukan fermentasi alkohol maka akan melepaskan karbon dioksida pada saat memproduksi asetaldehida dan berakhir menghasilkan etanol. Jalu lain anaerobik yakni jalur yang menghasilkan laktat. Metabolisme anaerobik adalah satu-satunya sumber energi pada manusia. Pemecahan glukosa menjadi piruvat dapat diringkas sebagai berikut:

(reaksi fosforilasasi) 2 ATP + 4 ADP + 2 P → 2 ADP + 4 ATP (Hasil reaksi) Glukosa + 2 ADP + 2P → 2 Piruvat + 2 ATP

Reaksi-reaksi yang terjadi di glikolisis yakni:

Tahap 1. Reaksi fosforilisasi, Glukosa menjadi Glukosa-6-fosfat

Langkah pertama dari jalur glikolitik adalah transfer elektron dan reaksi fosforilasi menghasilkan ADP. Reaksi ini menggunakan energi bebas dari hidrolisis ATP. Glukosa terfosforilasi membentuk glukosa-6-fosfat. Fosforilasi glukosa merupakan reaksi endergonik dan menghasilkan energi bebas sebesar +3.3 kcal mol–1. Enzim yang berperan dalam reaksi ini adalah enzim heksokinase dan Mg2+ sebagai kofaktor reaksi.

Glukosa + ATP Glukosa-6-fosfat + ADP

Tahap 2. Reaksi isomerisasi, Glukosa-6-fosfat menjadi Fruktosa-6-fosfat.

Enzim yang berperan dalam reaksi isomerisasi Glukosa-6-fosfat menjadi Fruktosa-6-fosfat adalah Glukosafosfat isomerase. Ugus aldehid yang ada di C-1 glukosa-6-fosfat direduksi menjadi gugus hidroksil, dan gugus hidroksil di C-2 teroksidasi menjadi gugus keton di fruktosa-6-fosfat, tanpa oksidasi bebas atau reduksi.

Glukosa-6-fosfat Fruktosa-6-fosfat. O O P O OH OH O H O H _OH OH Glukosa-6-fosfat Fruktosa-6-fosfat O OH OH O O H P O O-O O H O H _OH OH OH

+

O _N N N N OH O H O P O O OH P O O OH P O H O OH NH2 O O P O OH OH O H O H _OH OH

+

O _N N N N OH O H O P O O OH P O OH NH2 O H

Glukosa _{ATP = Adenin tri fosfat}

Glukosa-6-fosfat

ADP = Adenin di fosfat Mg2+ Heksokinase Glukosafosfat isomerase Glukosafosfat isomerase

BIOKIMIA

PANGAN

DASAR

OLEH

AUNG

SUMBONO

STKIP

MUHAMMADIYAH

SORONG

PAPUA

BARAT

Tahap 3. Reaksi fosforilisasi, Fruktosa-6-fosfat menjadi Fruktosa-1,6-bisfosfat. Fruktosa-6-fosfat selanjutnya terfosforilasi, menghasilkan fruktosa1,6-bifosfat. Fosforilasi fruktosa-6-fosfat sangat eksergonik dan tidak dapat diubah. Enzim yang mengkatalisis reaksi itu adalah fosfofruktokinase. Fosfofruktokinase adalah tetramer yang mengikuti aturan alosterik.

Enzim dalam reaksi ini menyebabkan jika kadar ATP tinggi mka akan menghambat laju reaksi, dan kadar ATP rendah maka meningkatkan laju reaksi. Akibatnya, ketika di sel terdapat kadar ATP tinggi maka banyak energi kimia diperoleh dari hidrolisis ATP. Sel tidak perlu memetabolisme glukosa untuk energi, sehingga kehadiran ATP menghambat jalur glikolitik.

Fruktosa-6-fosfat + ATP Fruktosa-1,6-bisfosfat + ADP.

Tahap 4. Reaksi pembelahan fruktosa-6-bisfosfat menjadi dua molekul yakni Gliseraldehida-3-fosfat dan Dihidroksiaseton fosfat. Enzim yang mengkatalisis reaksi ini adalah aldolase.

Fruktosa-6-bisfosfat → Gliseraldehida-3-fosfat + Dihidroksiaseton fosfat.

Tahap 5. Reaksi isomerisasi dari Dihroksiaseton fosfat menjadi Gliseraldehida-3-fosfat. Enzim yang mengkatalisis reaksi ini adalah Triosafosfat isomerase. Molekul Gliseraldehida-3-fosfat diproduksi dengan reaksi menggunakan enzim Aldolase, sedangkan Gliseraldehida-3fosfat dihasilkan dari reaksi yang menggunakan enzim Triosafosfat isomerase. Molekul awal glukosa yang berisi enam atom karbon, kini telah diubah menjadi dua molekul gliseraldehida-3-fosfat, yang masing-masing berisi tiga atom karbon.

Dihroksiaseton fosfat Gliseraldehida-3-fosfat.

O H O O P O OH O H O P O OH O H OH O O OH O O H P O O-O- O P O O-Fruktosa-1,6-bisfosfat gliseraldehida-3-fosfat Dihidroksiaseton fosfat O P O OH O H OH O _O P O OH O H OH O

Dihidroksiaseton fosfat _{gliseraldehida-3-fosfat}

Fosfofructokinase Mg2+ Fruktosa-6-fosfat

+

HO OH O _N N N N NH2 O P O O OH P O O OH P O H O ATP O OH OH O O H P O O-O OH O O H P O O-O- O PO O-O- O N N N N OH O H O P O O OH P O OH NH₂ O H

+

Fruktosa-1,6-bisfosfat _ADP Aldolase Triosafosfat isomerase Triosafosfat isomerase

BIOKIMIA

PANGAN

DASAR

OLEH

AUNG

SUMBONO

STKIP

MUHAMMADIYAH

SORONG

PAPUA

BARAT

Tahap 6. Reaksi oksidasi dan fosforilisai dari Gliseraldehida-3-fosfat menjadi 1,3-bisfofogliserat. Enzim yang mengkatalisis perubahan Gliseraldehida-3-fosfat menjadi 1,3-bisphosfogliserat adalah Gliseraldehida-3-fosfat dehidrogenase. Reaksi ini merupakan suatu reaksi berkarakteristik berbeda dalam glikolisis. Reaksi ini menyertakan penambahan gugus fosfat pada Gliseraldehid-3-fosfat serta reaksi transfer elektron, dari gliseraldehida-3-fosfat ke NAD+. Penjelasan reaksi ini secara sederhana dapat di bagi menjadi dua penjelasan. Satu bagian merupakan reaksi oksidasi dari aldehida ke gugus asam karboksilat, di mana air dapat dianggap berperan dalam reaksi.

RCHO + H2O → RCOOH + 2H+ + 2e –

Satu bagian reaksi lain yakni reaksi reduksi adalah NAD+ menjadi NADH NAD+ + 2H+ + 2e – → NADH + H+

Reaksi redoks keseluruhan yakni:

RCHO + H2O + NAD+ → RCOOH + H+ + NADH

dimana R masing-masing menunjukkan bagian-bagian dari molekul selain aldehida dan gugus asam karboksilat. Reaksi keseluruhan, termasuk transfer elektron dan fosforilasi, adalah

Gliseraldehida-3-fosfat + NAD+ + P → 1,3-bisfofogliserat + NADH + H+

Dua tahapan reaksi yang membentuk reaksi ini yakni

Energi yang dihasilkan ∆G°´= - 43.1 kJ mol–1 = –10.3 kcal mol–1)

Energi yang dihasilkan ∆G°= 49.3 kJ mol–1 = 11.8 kcal mol–1

O P O OH O H OH O gliseraldehida-3-fosfat

+

O-P O OH O-N+ OH O H O P O O-O N N N N O O P O O-NH2 O O H OH NH2

+

NAD+ _{(Nikotinamide} adenine dinukleotide +) Gugus fosfat O P O OH O O-P O O-O O-1,3-bisfofogliserat

+

HO NOH O P O O-O N N N N O O P O O-NH2 O O H OH NH2 NADH H+

+

O O H O P O O- O-N+ OH O H O P O O-O N N N N O O P O O-NH2 O O H OH NH2 HOH O O H O P O O- O-N OH O H O P O O-O N N N N O O P O O-NH2 O O H OH NH2 _2H+

+

₊

+

+

Gliseraldehid-3-fosfat NAD+ 3-Fosfogliserat NADH H2O O O H O P O O- O-3-Fosfogliserat O H P O O- O-H+

+

₊

O O H O P O O- O-O P O O-H OH

+

Pi 1,3-bisfosfogliserat H2O

BIOKIMIA

PANGAN

DASAR

OLEH

AUNG

SUMBONO

STKIP

MUHAMMADIYAH

SORONG

PAPUA

BARAT

Tahap 7. Reaksi transfer gugus fosfat dari 1,3-bisfofogliserat menjadi 3-fosfogliserat. Langkah selanjutnya adalah salah satu dari dua reaksi yang diproduksi ATP dari reaksi fosforilasi ADP. Enzim yang mengkatalisis reaksi ini adalah fosfogliserat-kinase. Dalam langkah ini, gugus fosfat ditransfer dari 1,3-bisfosfogliserat ke molekul ADP menghasilkan ATP. Transfer ini khas dari reaksi fosforilasi pada tingkat substrat. Hal ini berbeda dengan fosforilasi oksidatif. Reaksi ini menghasilkan -49,3 KJ mol-1.

1,3-bisfofogliserat + ADP 3-fosfogliserat + ATP.

Tahap 8. Reaksi isomerisasi dari 3-fosfogliserat menjadi 2-fosfogliserat. Gugus fosfat ditransfer dari senyawa berkarbon 3 menjadi senyawa berkarbon 2 dari rantai asam gliserat, persamaan reaksi rantai untuk reaksi tersebut adalah:

3-fosfogliserat 2-fosfogliserat

Tahap. 9. Reaksi dehidrasi 2-fosfogliserat menjadi Fosfoenolpiruvat.

Molekul 2-fosfogliserat melepaskan satu molekul air, menghasilakan fosfoenol-piruvat. Reaksi ini tidak melibatkan transfer elektron. Reaksi ini disebut reaksi dehidrasi. Enzim yang mengkatalisis reaksi ini adalah

Enolase. Reaksi membutuhkan Mg2+ sebagai kofaktor. Molekul air yang dilepas mengikat Mg2+.

2-fosfogliserat Fosfoenolpiruvat + H2O

Tahap 10. Reaksi transfer gugus fungsi fosfat dari Fosfoenolpiruvat menjadi Piruvat. O P O OH O O-P O O-O O-O- O N N N N OH O H O P O O OH P O OH NH2 O H

+

+

HO OH O _N N N N NH2 O P O O OH P O O OH P O H O 1,3-bisfofogliserat _ADP 3-fosfogliserat ATP O-O O H O P O- O-O fosfogliserat-kinase Mg2+ Mg2+ Fosfogliseromutase Mg2+ Enolase O-O O H O P O- O-O O-O O O H P O- O O-Mg2+ Fosfogliseromutase 3-fosfogliserat 2-fosfogliserat O-O O O H P O- O O-O O P O- O O-H O H 2-fosfogliserat Fosfoenolpiruvat H2O

+

Mg2+ Enolase

BIOKIMIA

PANGAN

DASAR

OLEH

AUNG

SUMBONO

STKIP

MUHAMMADIYAH

SORONG

PAPUA

BARAT

Reaksi ini melibatkan penggeseran ikatan rangkap ke oksigen pada karbon 2 dan hidrogen bergeser ke karbon 3. fosfoenolpiruvat adalah senyawa yang memiliki energi tinggi dengan mentransfer gugus fosfat potensial tinggi. Reaksi yang terjadi pada langkah ini dapat dianggap sebagai jumlah dari hidrolisis Fosfoenolpiruvat dan fosforilasi ADP. Reaksi ini merupakan contoh lain dari fosforilasi tingkat substrat.

Fosfoenolpiruvat + ADP Piruvat + ATP

Enzim yang mengkatalisis reaksi ini adalah Piruvat kinase. Enzim ini merupakan alosterik yang terdiri dari empat subunit dari dua jenis yang berbeda. Piruvat kinase dapat dihambat oleh ATP. Penghambatan Piruvat kinase oleh ATP merupakan suatu kontrol pembentukan Piruvat berlebih. Ketika konsentrasi piruvat sudah tinggi maka ATP akan menghambat kerja dari enzim piruvat kinase sehingga proses reaksi dari fosfoenolpiruvat menjadi piruvat menjadi malambat. Dengan kata lain, maka pembentukan ATP dalam proses ini juga akan ikut lambat.

Karbohidrat dalam tubuh manusia pada keadaan berlebih akan disimpan dalam bentuk senyawa polimer karbohidrat. Senyawa polimer karbohidrat yang disimpan dalam tubuh disebut glikogen. Senyawa glikogen disimpan dalam hati dan otot. Senyawa glikogen hampir mirip dengan senyawa polimer karbohidrat yang ada di tumbuhan yakni senyawa pati. Perbedaan senyawa glikogen dengan senyawa pati terletak pada percabangannya. Senyawa glikogen memiliki percabangan yakni terikat dengan ikatan glikosidik 1-6. Degredasi cabang polimer glikogen dapat terjadi secara bersamaan pada sejumlah ujung cabang polimer. Bentuk percabangan seperti itu membuat polimer glikogen dapat mudah digunakan pada saat tubuh membutuhkan untuk metabolisme. Hal ini, dapat memenuhi kebutuhan tubuh akan energi dalam waktu yang singkat.

Degredasi glikogen dalam hati diakibatkan karena kadar glukosa rendah dalam darah. Glikogen yang terdegredasi dengan cara dihidrolisis dari hati akan membentuk glukosa-6-fosfat. Senyawa Glukosa-6-fosfat selanjutnya menuju darah. Sedangkan glikogen yang berada dalam otot akan dilepas memasuli jalur metabolisme glikolitik. Hal ini berbeda dengan glikogen yang berada dalam hati. Reaksi yang terjadi pada perubahan glikogen menjadi glukosa-6-fosfat yakni sebanyak 3 reaksi. Reaksi pertama adalah masing-masing glukosa dipecah dari glikogen dan bereaksi dengan fosfat untuk membentuk senyawa glukosa-6-fosfat. Enzim yang mengkatalisis pada reaksi pertama ini adalah glikogen fosforilase.

O-O O P O- O O-Fosfoenolpiruvat Mg2+ Firuvat kinase Mg2+ Piruvat kinase O-O O Piruvat

+

OH O H O _N N N N NH2 O P O O OH P O O OH P O H O ATP

BIOKIMIA

PANGAN

DASAR

OLEH

AUNG

SUMBONO

STKIP

MUHAMMADIYAH

SORONG

PAPUA

BARAT

Dalam reaksi kedua, glukosa-1-fosfat berubah membentuk menjadi isomer glukosa-6-fosfat. Rincian lengkap glikogen juga memerlukan reaksi untuk menghidrolisis ikatan glikosidik bukan cabang dari glukosa pada titik-titik cabang dalam struktur glikogen. Enzim yang mengkatalisis reaksi kedua adalah

fosfoglukomutase.

Glikogen + Pi ↔ Glukosa-1-fosfat + glikogen sisa-fosfoglukomutase glukosa-1-fosfat ↔ Glukosa-6-fosfat.

Enzim glikogen fosforilase memutuskan ikatan α (1→4) pada glikogen. Penguraian secara lengkap glikogen membutuhkan enzim yang mampu memutuskan ikatan bukan cabang yakni dengan cara mendegradasi ikatan α (1→6).

Pembentukan glikogen dari glukosa tidak pembalikan yang tepat dari pemecahan glikogen menjadi glukosa. Sintesis glikogen membutuhkan energi, yang disediakan oleh hidrolisis trifosfat nukleosida, UTP. Tahap pertama dari sintesis glikogen yakni glukosa-1-fosfat (yang diperoleh dari glukosa-6-fosfat pada reaksi isomerisasi) bereaksi dengan ATP untuk menghasilkan glukosa uridin difosfat (UDP-glukosa atau UDPG) dan pirofosfat (PPi). Enzim yang mengkatalisis reaksi ini adalah UDP-glukosa pirofosforilase. Proses itu merupakan pertukaran satu ikatan fosfat anhidrida dengan senyawa lain. Proses itu juga menimbulkan ikatan fosfat anhidrida yang memiliki energi bebas tinggi berubah menjadi berenergi mendekati nol. Pelepasan energi tersebut timbul pada saat enzim anorganik Pirofosfatase

mengkatalisis hidrolisis pirofosfat menjadi dua fosfat. Pasokan UTP diisi kembali oleh reaksi pertukaran dengan ATP, yang dikatalisasi oleh Nucleoside fosfat kinase.

Persamaan reaksi dapat ditulis sebagai berikut:

UDP + ATP → UTP + ADP

Reaksi pertukaran ikatan ini membuat hidrolisis setiap trifosfat nukleosida memiliki energi yang setara dengan hidrolisis ATP.

OH OH OH O O n

+

P O O-O H OH OH OH O P O-O O-OH Glikogen

Ion fosfat Glikosa-1-fosfat

OH OH OH O O n

+

Glikogen sisa OH OH OH O P O-O O-OH OH OH OH O P O-O O-OH Glikosa-1-fosfat Glikosa-6-fosfat

BIOKIMIA

PANGAN

DASAR

OLEH

AUNG

SUMBONO

STKIP

MUHAMMADIYAH

SORONG

PAPUA

BARAT