Nama karbohidrat berasal dari kenyataan bahwa kebanyakan senyawa dari golongan ini mempunyai rumus empiris yang menunjukkan bahwa senyawa tersebut adalah karbon
”hidrat” dan memiliki perbandingan karbon terhadap hidrogen dan terhadap oksigen sebagai 1:2:1. Walaupun banyak karbohidrat yang umum sesuai dengan rumus empiris (CH2O)n , yang lain tidak memperlihatkan perbandingan ini dan beberapa yang lain juga mengandung nitrogen, fosfor, atau sulfur.
Fungsi biologi karbohidrat
a. Tongkat kehidupan bagi kebanyakan organisme.
b. Pusat metabolisme tanaman hijau dan organisme fotosintetik lainnya
c. Pati dan glikogen berperan sebagai penyedia sementara glukosa
d. Polimer protein berperan sebagai unsur structural dan penyangga dalam dinding sel bakteri dan tumbuhan dan pada jaringan pengikat dan dinding sel organisme hewan e. Karbohidrat berfungsi sebagai pelumas sendi kerangka
Al-Qur’an memberikan contoh sumber karbohidrat dalam tanaman yang merupakan nikmat yang diberikan oleh Allah kepada makhluk-nya.
QS. Ar-Ra’d (13) : 4
4. Dan di bumi Ini terdapat bagian-bagian yang berdampingan, dan kebun-kebun anggur, tanaman-tanaman dan pohon korma yang bercabang dan yang tidak bercabang, disirami dengan air yang sama. kami melebihkan sebahagian tanam-tanaman itu atas sebahagian yang lain tentang rasanya. Sesungguhnya pada yang demikian itu terdapat tanda- tanda (kebesaran Allah) bagi kaum yang berfikir.
Penggolongan karbohidrat
Golongan karbohidrat didasarkan atas jumlah monomer gula 1. Monosakarida
Satuan karbohidrat tersederhana; taka dapat dihidrolisis menjadi molekul karbohidrat yang lebih kecil
contoh: glukosa, fruktosa, galaktosa, ribose, dektrosa, laktosa, maltosa
2. Disakarida
Karbohidrat yang tersusun atas dua (2) satuan monosakarida
Contoh: sukrosa (tersusun atas glukosa dan fruktosa)
3. Oligoskarida
Karbohidrat yang tersusun dari tiga sampai sepuluh (3 – 10) satuan monosakarida
contoh: glikoprotein, proteoglikan (oligoskarida lebih dari 2 rantai monosakarida biasanya tak terdapat secara bebas, biasa sebagai rantai samping ikatan peptida)
4. Polisakarida
Karbohidrat yang tersusun dari lebih delapan satuan monosakarida
contoh: pati, selulosa
Karbohidrat yang berlebih dapat diubah menjadi:
- Lemak
- Steroid (kolesterol) - Protein (terbatas)
Dan sebaliknya melalui aktivitas asetil koenzim A
Monosakarida tidak berwarna, merupakan kristal padat yang bebas, larut dalam air tetapi tak larut dalam pelarut non polar.
Kebanyakan memiliki rasa manis.
Rumus empiris (CH2O)n dimana n = 3 – 7. kerangka monosakarida merupakan rantai karbon berikatan tunggal yang tidak bercabang. Salah satu atom karbon tersebut berikatan ganda dengan satu atom oksigen, membentuk gugus karbonil dan atom karbon yang lain berikatan dengan gugus karboksil.
Jika gugus karbonil berada pada ujung rantai karbon, monosakarida tersebut merupakan suatu aldehida dan disebut sebagai suatu aldosa. Tetapi jika gugus karbonil berada pada posisi lain, monosakarida tersebut menjadi suatu keton dan disebut ketosa.
Monosakarida segera mereduksi senyawa pengoksidasi seperti ferisianida, hidrogen peroksida atau Cu2+, sifat ini berguna dalam analisa gula. Karbohidrat yang mempunyai sifat ini disebut sebagai gula pereduksi.
Dengan mengukur jumlah senyawa pengoksidasi yang tereduksi oleh suatu larutan gula tertentu, dapat dilakukan pendugaan konsentrasi gula. Dengan cara ini, darah dan air seni dapat dianalisa kandungan gulanya pada diagnosa diabetes mellitus.
Penderita penyakit ini menunjukkan tingkat gula darah yang tinggi secara abnormal, dan pengeluaran gula pada air seni berlebih.
Monosakarida : Stereokimia a. Stereoisomer
Semua monosakarida, kecuali dihidroksiaseton, mengandung satu atau lebih atom karbon asimetri atau kiral (atom karbon yang mengikat empat gugus yang berbeda), dan karenanya terdapat dalam bentuk isomer yang bersifat optik aktif.
Aldosa yang paling sederhana, yaitu gliseraldehida, mengandung hanya satu atom karbon kiral, dan karenanya, memiliki dua bentuk isomer optik yang berbeda atau enantiomer.
Jika dua gula berbeda hanya dalam konfigurasi di sekitar satu atom karbon spesifik, senyawa-senyawa tersebut dinamakan epimer.
D-glukosa dan D-manosa adalah epimer bila dilihat dari atom karbon 2 D-glukosa dan D-galaktosa adalah epimer jika dilihat dari atom karbon 4
b. Notasi D dan L
D dan L digunakan untuk menunjukkan konfigurasi dari atom karbon kiral yang paling jauh dari atom karbon gugus karbonil.
Jika gugus hidroksil pada atom karbon kiral yang paling jauh mengarah ke kanan pada rumus proyeksi maka gula tersebut menunjukkan suatu gula D
Jika gugus hidroksil pada atom karbon kiral yang paling
c. Bentuk cincin
Aldehida dan keton bereaksi dengan alkohol membentuk masing-masing hemiasetal dan hemiketal.
Karena monosakarida mempunyai gugus baik gugus aldehida maupun keton ditambah gugus alkohol (hidroksil), maka pembentukan hemiasetal dan hemiketal dapat terjadi, menghasilkan suatu struktur cincin. Karena alasan sterik sudut ikatan, struktur cincin lima dan enam lebih memungkinkan.
Sebagai contoh, D-glukosa yang berada sebagai larutan mengalami pembentukan hemiasetal intramolekuler dimana gugus hidroksil bebas pada C-5 bereaksi dengan C-1 aldehida. Senyawa cincin enam ini selanjutnya disebut sebagai piranosa, sebab mempunyai kesamaan dengan senyawa piran yang memiliki enam cincin. Nama secara sistimatik senyawa cincin dari D-glukosa adalah α-D-glukopiranosa dan β-D-glukopiranosa.
α-D-glukopiranosa β-D-glukopiranosa
Aldoheksosa yang berada dalam bentuk larutan juga membentuk senyawa cincin lima. Karena mempunyai kesamaan struktur dengan senyawa furan yang bercincin 5 maka senyawa cincin bentukannya disebut furanosa. (coba saudara jelaskan mekanisme reaksi pembentukannya!).
Cincin aldopiranosa lebih stabil dibandingkan dengan aldofuranosa.
Bentuk isomer monosakarida yang hanya dibedakan oleh konfigurasi atom karbon hemiasetal dan hemiketalnya disebut anomer. Atom karbon hemiasetalnya (atau karbonilnya) disebut sebagai karbon anomerik. Peristiwa perubahan anomer α dan β dari D-glukosa dalam larutan berair disebut sebagai proses mutarotasi.
d. Reaksi
Aldosa merupakan gula pereduksi yang berarti bahwa fungsi aldehida gula mempunyai kemampuan mereduksi ion logam atau mengalami oksidasi menjadi gugus asam karboksilat.
Ketosa tidak mudah teroksidasi sehingga tidak termasuk sebagai gula pereduksi.
Perbedaan ini merupakan dasar bagi berbagai macam uji pendahuluan untuk glukosa sebagai suatu aldoheksosa yang merupakan gula pereduksi.
Uji Tollens
Uji Fehling (Benedict)
Oksidasi aldosa pada umumnya menghasilkan asam aldonat. Dalam beberapa hal asam aldonat membentuk suatu lakton.
Beberapa asam aldonat merupakan asam organik yang kuat dan beberapa garamnya digunakan dalam ilmu kedokteran.
Misalnya kalsium glukonat yang merupakan senyawa yang stabil dan merupakan bentuk yang dapat diterima secara biologik untuk memberikan kalsium dalam keadaan yang kekurangan. Asam L- askorbat (vitamin C) merupakan lakton yang diturunkan dari asam heksonat yang mengandung sebuah ikatan rangkap antara karbon 2 dan 3.
Monosakarida lain R C
O H
+ 2Ag+ + 2OH- R C O
OH
+ 2Ag + H2O
H2O + 2Cu2O +
R C O OH- OH
2 2 +
R C + O
H
Cu++
Cermin perak
merah bata
N-asetil yang tidak bermuatan pada pH fisiologis. Sebuah contoh penting adalah N-asetil-D-glukosamin yang merupakan monomer dari polisakarida kitin, komponen utama dari cangkang serangga, kerang, udang dan kepiting.
Gula deoksi dihasilkan dari pergantian gugus –OH dalam gula oleh –H misalnya melalui reduksi selektif. Gula deoksi yang paling penting adalah 2-deoksiribosa yang merupakan unsur karbohidrat DNA (Deoxyribose Nucleic Acid).
Disakarida
Disakarida terdiri dari dua unit monosakarida yang berikatan kovalen satu sama lain, gugus hidroksil salah satu gula bereaksi dengan karbon anomer pada gula kedua, disebut ikatan O-glikosida, yang segera terhidrolisa oleh asam tetapi tahan terhadap basa.
Disakarida yang banyak terdapat di alam :
maltosa, terdiri dari D-glukosa – D-glukosa
laktosa, terdiri dari D-galaktosa – D-glukosa
sukrosa, terdiri dari D-fruktosa – D-glukosa
Polisakarida
Tersusun atas banyak unit monosakarida Dua jenis polisakarida :
1. Homopolisakarida, mengandung hanya satu jenis monomer monosakarida. Contoh : pati (hanya mengandung unit-unit D-glukosa)
2. Heteropolisakarida, mengandung dua atau lebih jenis unit monosakarida yang berbeda. Contoh : asam haliuronat pada jaringan pengikat
Karbohidrat yang berlebih dapat diubah menjadi:
- Lemak
- Steroid (kolesterol) - Protein (terbatas)
Dan sebaliknya melalui aktivitas asetil koenzim A