KARBOHIDRAT

PENDAHULUAN

Istilah karbohidrat pada awalnya digunakan untuk golongan senyawa yang mengandung atom C, H dan O yang mempunyai rumus (CH₂O)_n, yaitu senyawa-senyawa n atom karbonnya tampak terhidrasi oleh n molekul air. Senyawa-senyawa ini memiliki  sifat pereduksi karena  mengandung gugus karbonil seperti aldehid dan keton dan memiliki gugus hidroksil dalam jumlah banyak, untuk itu diharapkan setelah mengikuti kuliah ini, mahasiswa dapat :

1. Menjelaskan terbentuknya karbohidrat.
2. Menjelaskan struktur glukosa dalam polisakarida.
3. Menjelaskan  proses hidrolisis dan sintesis pada sukrosa.
4. Menjelaskan sifat-sifat monosakarida.
5. Menjelaskan isomer dari gliseraldehida.
6. Menjelaskan bayangan cermin dari glukosa.
7. Membedakan enetiomer dengan diastreoisomer.
8. Menjelaskan cincin piran dan furan.
9. Menghitung anomer α maupun β

10.  Menjelaskan sifat reduksi dari disakarida.

11.  Membedakan ikatan yang ada pada glikogen, pati, dan selulosa

POKOK MATERI

1. Keberadaan Karbohidrat

Pada hewan dan manusia, energi disimpan  sebagai glikogen dan pada tanaman energinya adalah pati, karbohidrat yang pembentuk struktur adalah selulosa (pada dinding sel tumbuhan). Pada tumbuhan karbohidrat dibentuk dari reaksi CO₂ dan H₂O dengan bantuan sinar matahari melalui proses fotosintesis dalam sel tanaman yang berklorofil.

CO₂ +  H₂O à (C₆H₁₂O₆)n   +  O₂

Karbohidrat berasal dari pengertian atom karbon yang terhidrasi dengan rumus (CH₂O)n, tetapi pengertian ini tidak tepat karena perbandingan atom H dan atom O yang tidak tepat (2:1), contoh gula deoksiribosa C₅H₁₀O₄, biarpun demikian istilah karbohidrat tetap digunakan.

Kabohidrat merupakan sumber kalori utama yakni 1 gram karbohidrat memberikan 4 kkal, beberapa karbohidrat  menghasilkan serat-serat (dietary fiber) yang berguna untuk pencernaan.

Pada tumbuhan  karbohidrat terdapat sebagai selulosa, yaitu senyawa yang membentuk  dinding sel tumbuhan. Serat kapas dapat  dikatakan seluruhnya terdiri atas selulosa. Batang tebu terdiri juga atas selulosa, sedangkan cairan yang terasa manis yang terkandung dalam tubuh tebu ialah gula.

Karbohidrat yang berasal dari makanan, dalam tubuh mengalami perubahan atau metabolisme. Hasil metabolisme karbohidrat antara lain  glukosa yang terdapat dalam darah, sedangkan glikogen adalah karbohidrat yang disintesis dalam hati dan digunakan oleh sel-sel  pada jaringan otot sebagai sumber energi. Jadi ada berbagai macam senyawa yang termasuk dalam golongan karbohidrat. Dari contoh di atas  diketahui bahwa amilum atau pati, selulosa, glikogen, sukrosa dan glukosa merupakan  beberapa senyawa karbohidrat yang penting dalam kehidupan manusia.

Energi yang terkandung dalam karbohidrat pada dasarnya berasal dari energi matahari. Karbohidrat dalam hal ini glukosa, dibentuk dari karbon dioksida dan air dengan bantuan sinar matahari dan klorofil dalam daun. Selanjutnya glukosa yang terjadi  diubah menjadi amilum dan disimpan pada bagian lain, misalnya  pada buah atau umbi. Proses pembentukan glukosa dari karbon dioksida dan air disebut proses fotosintesis.

Karbohidrat adalah senyawa-senyawa aldehida atau keton dengan banyak gugus hidroksil. Senyawa-senyawa ini menyusun sebagian besar bahan organik karena peran multipelnya pada semua bentuk kehidupan.

1. Karbohidrat bertindak sebagai sumber energi, bahan bakar, dan zat antara metabolisme. Pati pada tumbuhan dan glikogen pada manusia dan hewan adalah polisakarida  yang dapat dengan cepat dimobilisasi untuk menghasilkan glukosa, bahan bakar utama untuk pembentukan energi. ATP (gambar 2.1), alat tukar  energi bebas yang universal, adalah derivat gula terfosforilasi, sebagaimana banyak koenzim.

Gambar 2.1. Adenosin Tri Phosphat

1. Gula ribosa dan deoksiribosa membentuk sebagian kerangka struktur RNA dan DNA. Flesibilitas cincin kedua gula ini  penting pada penyimpanan dan ekspresi informasi genetik.
2. Polisakarida adalah elemen  struktur dinding sel bakteri dan tumbuh-tumbuhan, dan rangka luar arthropoda. Ternyata selulosa, konstituen utama dinding sel tumbuhan yang adalah salah satu senyawa organik yang paling banyak di biosfir.
3. Karbohidrat berikatan dengan banyak protein dan lipid, misalnya unit-unit gula glikoforin yakni suatu protein integral membran, memberi sel-sel darah merah satu lapisan anion yang sangat polar.

Suatu fakta bahwa unit-unit karbohidrat pada permukaan sel memainkan peranan kunci pada proses pengenalan antar sel. Fertilasi mulai dengan pengikatan sperma kepada oligisakarida spesifik pada permukaan telur. Adhesi lekosit pada lapisan pembuluh darah  yang rusak dan kembalinya limfosit kesitus asalnya pada nodus limfe memberi gambaran tentang pentingnya karbohidrat

1. Pembagian Karbohidrat

Karbohidrat tersusun sebagai polihidroksi aldehida atau polihidroksi keton, karbohidrat dibagi dalam tiga kelompok yakni,

-          Polisakarida  terdiri dari selulosa, pati, dan glikogen.

-          Oligosakarida / disakarida terdiri dari sukrosa, maltosa, dan laktosa

-          Monosakarida terdiri dari glukosa, fruktosa, dan galaktosa

Pada umumnya disakarida dan monosakarida adalah senyawa yang mengkristal, larut dalam air, dan rasanya manis. Polisakarida adalah suatu polimer, jika dihidrolisis menghasilkan sejumlah monomer atau monosakarida-monosakarida.        (Gambar 2.2).

Gambar 2.2. Struktur glukosa dalam glikogen, pati, dan selulosa

Oligosakarida merupakan senyawa yang jika dihidrolisis menghasilkan dua sampai enam gula monosakarida, pada gambar 2.3. menunjukkan jika disakarida (maltosa) dihidrolisis akan menghasilkan dua gula monosakarida (glukosa dan glukosa).

Gambar 2.3. Reaksi hidrolisis dan sintesis maltosa

1. Sifat-sifat  Monosakarida

Bentuk stereoisomer terdiri dari isomer optik dan isomer geometri, isomer geometri dikenal dengan bentuk cis dan trans (gambar 2.4), seperti asam fumarat (trans) dan asam maleat (cis) sedangkan isomer yang biasanya terdapat pada karbohidrat adalah isomer optik.

Asam fumarat (trans)	Asam maleat (cis)

Gambar 2.4. Isomer geometri

Aldosa dengan 4, 5, 6, dan 7 disebut tetrosa, pentosa, heksosa, dan heptosa. Dua heksosa yang umum adalah D-Glukosa (aldosa) dan D-Fruktosa (ketosa)

Molekul monosakarida mempunyai atom karbon asimetris yakni atom karbon yang mengikat gugus berlainan pada tiap ikatan kovalennya, sehingga dapat membentuk dua senyawa yang merupakan bayangan cermin  bagi yang lainnya, misalnya D-glukosa dan L-glukosa (gambar 2.5).

D-glukosa	cermin	L-glukosa

Gambar 2.5. Bentuk bayangan cermin dari glukosa

Monosakarida yang paling sederhana, dengan n=3 adalah gliseraldehida dan dihidroksiaseton. Senyawa-senyawa ini adalah triosa. Gliseraldehida juga suatu aldosa karena mengandung gugus aldehida, sedangkan dihidroksiaseton adalah  ketosa karena mengandung gugus keto (gambar 2.6).

D-Gliseraldehida  (aldosa)	L-Gliseraldehida  (aldosa)	Dihidroksiaseton  (ketosa)

Gambar 2.6. Aldosa dan Ketosa sederhana

Gliseraldehida mempunyai karbon asimetrik tunggal. Jadi, terdapat dua stereoisomer dari aldosa tiga karbon ini, D-Gliseraldehida dan L-Gliseraldehida (enantiomer).

Pada gambar 2.7. menunjukkan bahwa tiap atom karbon dalam dalam molekul monosakarida mengandung gugus hidroksil, kecuali sebuah atom karbon yang mengandung gugus aldehida (yang biasanya terletak pada ujung rantai karbon yang pertama) atau gugus keton.

Jika gugus aldehida  terdapat pada ujung rantai senyawa ini disebut senyawa aldosa dan jika struktur  keton terdapat pada rantai disebut ketosa (perhatikan  ikatan pada C yang berikut). Gambar 2.7. pada bagian a terdapat gugus aldehida pada C yang pertama dan pada gambar b terdapat gugus keton.

Gambar 2.7. Struktur Glukosa, Fruktosa dan Sukrosa

Hubungan stereokimia D-aldosa yang mengandung tiga, empat, lima, dan enam atom karbon. Semua gula ini adalah D-aldosa (gambar 2.8) karena mengandung gugus aldehida (diperlihatkan dalam warna kuning) dan mempunyai konfigurasi D-gliseraldehida pada pusat asimetriknya yang paling jauh (diperlihatkan dalam warna merah). Dari seri D pada gambar 2.8, satu di antara aldosa empat karbon ini adalah D-eritrosa dan lainnya D-treosa. Keduanya mempunyai konfigurasi yang sama pada C-3 (karena keduanya adakah gula D) tetapi konfigurasi berlawanan pada C-2, keduanya adalah diastereoisomer, bukan enantiomer, karena keduanya bukan bayangan cermin satu sama lain.

Gambar 2.8. Hubungan stereokimia dari D-gliseraldehida

Aldosa 5 karbon mempunyai tiga pusat asimetrik yang memberikan 8  stereoisomer, aldosa 6 karbon  mempunyai empat pusat asimetrik dengan demikian terdapat 16  stereoisomer.

Gambar 2.9. Hubungan Stereokimia dari Dihidroksi aseton

Hubungan-hubungan  streokimia ketosa D diperlihatkan pada gambar 2.9,  Dihidroksi aseton, ketosa yang paling sederhana, tidak mempunyai aktivitas optik. D-eritrulosa adalah satu-satunya ketosa D empat-karbon, karena ketosa mempunyai satu pusat asimetri lebih sedikit dari pada yang terdapat pada aldosa dengan jumlah atom karbon yang sama. Karenanya, terdapat dua keton lima-karbon dan empat keton enam-karbon (ketosa D). D-Fruktosa adalah ketoheksosa.

Pembentukan Struktur Siklik.

Cara  penulisan simbol D dan L dalam rantai siklik heksosa berdasarkan letak karbon nomor 6. bila berada di atas bidang cincin maka diberi simbol D, sedang bilaman terletak di bawah bidang cincin diberi simbol L.

Gambar 2.10. Struktur Pemberian Nama

Pada D heksosa, pemberian simbol α dan β ditentukan oleh gugus hidroksil pada atom C-1. Jika letak hidroksil berada di bawah bidang cincin diberi simbol α, bila gugus hidroksil berada di atas bidang cincin diberi simbol β. Oleh karena D dan L merupakan bayangan cermin, maka pemberian simbol α dan β pada L-heksosa dilakukan secara kebalikannya, yaitu bila hidroksil berada di atas bidang cincin maka diberi simbol α dan seterusnya.

Bentuk glukosa dan fruktosa yang utama dalam larutan bukanlah rantai terbuka yang akan membentuk cincin (siklik). Umumnya aldehida dapat bereaksi dengan alkohol membentuk senyawa hemiasetal intermolekul (gambar 2.11).

Gambar 2.11. Senyawa Hemiasetal

C-1 pada aldehida glukosa bentuk rantai terbuka, bereaksi dengan gugus hidroksil pada C-5 membentuk hemiasetal intramolekul. Cincin berbentuk segi enam yang dihasilkan disebut piranosa (gambar 2.12).

Gambar  2.12. Bentuk Siklik dari Glukosa

Begitu pula keton dapat bereaksi dengan alkohol membentuk hemiketal intramolekul (gambar 2.13).

Gambar 2.13. Senyawa Hemiketal

Gugus keto C-2 pada fruktosa bentuk rantai terbuka dapat bereaksi dengan gugus hidroksil C-5 membentuk hemiketal intramolekul. Cincin berbentuk segi lima yang dihasilkan disebut furanosa (gambar 2.14)

Gambar 2.14. Bentuk Siklik dari Fruktosa

Gambaran glukopiranosa dan fruktofuranosa adalah proyeksi Haworth. Pusat asimetrik tambahan timbul sewaktu glukosa membentuk cincin. C-1, atom karbon karbonil pada bentuk rantai terbuka akan menjadi pusat asimetrik pada bentuk cincin. Dua struktur cincin dapat dibentuk α-D-glukopiranosa dan β-D-glukopiranosa.

Fruktosa tidak selamanya hanya membentuk cincin  furanosa, juga dapat membentuk cincin piranosa (gambar 2.15.), baik dalam bentuk α maupun β (berhubungan dengan kedudukan OH).

Gambar 2.15. Bentuk Piran dan Furan dari Fruktosa

Madu lebah selain glukosa juga mengandung fruktosa. Fruktosa adalah suatu ketoheksosa yang mempunyai sifat memutar bidang cahaya terpolarisasi ke kiri dan karenanya disebut levulosa (L). Fruktosa mempunyai rasa lebih manis dari glukosa. Fruktosa dapat dibedakan dari glukosa dengan pereaksi Seliwanoff yaitu suatu larutan resorsinol (1,3 dihidroksi benzena) dalam asam HCl. Dengan pereaksi ini mula-mula fruktosa diubah menjadi hidrosimetilfurfural yang selanjutnya bereaksi dengan resorsinol membentuk senyawa yang berwarna merah. Pereaksi Seliwanoff  khas untuk menunjukan adanya ketosa. Fruktosa berikatan dengan glukosa membentuk sukrosa.

Mutarotasi

Telah diketahui bahwa α-D-glukopiranosa dan β-D-glukopiranosa, keduanya adalah isomer optik, tetapi bukan bayangan cermin sebab keduanya adalah epimer diastereomer atau anomer yang mempunyai sifat fisik  yang berlainan dan dapat dipisahkan dengan cara kristalisasi. Kalau D-glukosa (campuran bentuk anomer) dilarutkan dalam air atau etanol 70 % dan dibiarkan mengkristal akan diperoleh bentuk anomer α dengan titik lebur 146 ⁰C dan rotasi spesifik + 112 ⁰. Kalau dikristalkan dari larutan dalam asam  asetat atau piridin akan diperoleh anomer β dengan titik lebur 150⁰C dan rotasi spesifik +19 ⁰. Kedua anomer tersebut  stabil dalam bentuk kristal. Bilamana salah satu dari keduanya dilarutkan dalam air dan dibiarkan sampai mencapai kesetimbangan, maka rotasi spesifik untuk campuran anomer menjadi + 53 ⁰, sehingga dapat diperkirakan  kedua anomer adalah      (112  + 19) : 2 = 65,5 ⁰, tetapi  salah satu anomer harus lebih dominan.

Perubahan sampai mencapai kesetimbangan disebut mutarotasi, hal ini merupakan fenomena untuk semua monosakarida yang strukturnya memungkinkan adanya bentuk siklik anomer α dan anomer β. Proses mutarotasi  pada semua monosakarida melalui bentuk  siklik, karenanya sejumlah kecil atau kurang dari 0,1 % selalu terdapat dalam kesetimbangan. Dengan alasan ini monosakarida  selalu mempunyai gugus aldehida potensial.

Tabel 2.1. Rotasi Spesifik beberapa Sakarida

Sakarida	Anomer α	Anomer β	Kesetimbangan Kesetimbangan
D-glukosa	+ 112 0	+ 19 0	+ 53 0
D-fruktosa	- 21 0	- 133 0	- 92 0
D-galaktosa	+ 151 0	- 53 0	+ 84 0
D-manosa	+ 30 0	- 17 0	+ 14 0
D-laktosa	+ 90 0	+ 35 0	+ 55 0
D-maltosa	+ 168 0	+ 112 0	+ 136 0

Galaktosa merupakan monosakarida yang jarang terdapat bebas di alam. umumnya berikatan dengan glukosa  dalam bentuk laktosa, yaitu gula yang terdapat dalam susu. Galaktosa mempunyai rasa kurang manis daripada glukosa dan kurang larut dalam air.  Galaktosa mempunyai sifat memutar bidang cahaya terpolarisasi ke kanan.

Gambar 2.16.  D-galaktosa

Pada proses oksidasi oleh asam nitrat pekat dan dalam keadaan panas galaktosa menghasilkan asam musat yang kurang larut dalam air bila bila dibandingkan dengan asam sakarat yang dihasilkan oleh oksidasi glukosa. Pembentukan asam musat ini, dapat dijadikan cara identifikasi galaktosa, karena kristal asam musat mudah dimurnikan dan diketahui bentuk kristal maupun titik leburnya.

Reaksi Dengan Asam dan Basa

Apabila glukosa dilarutkan dalam basa encer, akan menghasilkan suatu campuran (fruktosa + manosa + dan sebagian glukosa). Hal ini dimungkinkan karena enolisasi glukosa melalui senyawa antara tersebut dalam larutan enadiol. Perubahan dari aldosa menjadi ketosa disebut transformasi Bruyn-Alberda van Ekenstein. Transformasi tidak dapat berlangsung dalam larutan basa pekat, karena monosakarida mudah teroksidasi, tergedradasi, dan berpolimerisasi. Dalam asam encer, umumya monosakarida sangat stabil, tetapi jika aldoheksosa dipanaskan dalam asam kuat, maka akan mengalami dehidrasi dan diperoleh bentuk  hidroksimetil furfural.

Gambar 2. 17.  Hidroksimetil Furfural

Gula Pereduksi

Sifat gula pereduksi disebabkan adanya gugus aldehida dan gugus keton yang bebas, sehingga dapat mereduksi ion Cu dan ion Ag dalam larutan basa. Larutan Benedict yang mengandung CuSO₄, NaOH, dan Na-sitrat, gula akan mereduksi ion Cu²⁺ menjadi Cu⁺, tidak larut dan berwarna kuning atau merah.

Dalam zat pengoksidasi kuat  seperti HNO₃, gugus aldehida dan gugus alkohol primer akan teroksidasi membentuk asam dikarboksilat atau asam aldarat (asam glukarat). Asam monokaboksilat  yang terjadi jika hanya gugus alkohol primer saja yang teroksidasi disebut uranoat (glukoronat, galaktrona).

Ganbar 2.18. Beberapa Senyawa Asam Gula

Pembentuk Glikosida

Apabila larutan D-glukosa diberi metanol dan HCl akan membentuk dua senyawa yaitu α dan β-metil D-glukopiranosida. Dua bentuk diastereoisomer labil dalam asam dan stabil dalam basa. Gugus aldehida berubah menjadi gugus asetal sehinga kehilangan sifat pereduksi.

Gambar 2.19. Bentuk α dan β-metil D-glukosida dari D-glukosa

Pembentukan Ester

Umumnya semua monosakarida atau polisakarida dapat terasetilasi oleh asam asetat membentuk O-asetil- α-D-glukosa, kemudian gugus asetil dapat dihidrolisis oleh asam atau basa, sifat inilah yang sering digunakan untuk penentuan  struktur karbohidrat. Senyawa ester  yang penting dalam metabolisme yaitu ester fosfat yang terjadi dari reaksi antara karbohidrat dengan ATP

Gambar 2.20. Asam α-D-frukto 1,6 difosfat

1. Sifat-sifat Oligosakaraida

Oligosakarida adalah polimer dengan derajat polimerasi 2 sampai 10 dan biasanya bersifat larut dalam air. Oligosakarida yang terdiri dari dua molekul disebut disakarida, misalnya sukrosa  yang terdiri dari glukosa dan fruktosa. Ikatan antara dua molekul monosakarida disebut ikatan glikosidik. Ikatan ini terjadi antara  atom C-1 dengan atom C-4 atau dengan melepaskan 1 mol air. Ikatan glikosidik jarang terjadi antara karbon anomerik dengan karbon yang ganjil, misal 1, 3, 1, 5, 1, 7, tetapi biasanya dengan ikatan karbon yang genap yakni 2, 4, dan 6.

Ada tidaknya sifat pereduksi  dari suatu molekul gula ditentukan oleh ada tidaknya gugus hidroksil (OH) bebas yang reaktif. Gugus hidroksil yang reaktif pada glukosa (aldosa) biasanya terletak pada C-1 (anomerik), sedangkan pada fruktosa (ketosa) hidroksil reaktifnya terletak pada C-2.

Gambar 2.21. Beberapa Disakarida

Sukrosa tidak mempunyai gugus OH bebas yang reaktif karena keduanya sudah saling terikat, sedangkan laktosa mempunyai OH bebas pada atom C-1 pada gugus glukosanya, karena itu laktosa bersifat pereduksi sedangkan sukrosa bersifat nonpereduksi.

Gambar 2.22. Beberapa Ikatan Glikosidik

1. Polisakarida

Polisakarida yang terdapat di alam jika terhidrolisis akan menghasilkan monosakarida. Polisakarida mempunyai fungsi sebagai :

1. Polisakarida Struktur (selulosa)

Selulosa merupakan serat panjang bersama hemiselulosa, pektin, dan protein membentuk struktur jaringan  yang memperkuat dinding sel tanaman.  Seperti juga amilosa, maka selulosa juga adalah polimer rantai lurus α 1,4 glukosida. Selulosa  dihidrolisis oleh enzim selobiase yang cara kerjanya mirip dengan β amilase.

1. Polisakarida Simpanan (pati, glikogen)

Pati terdiri dari (1) amilosa yang merupakan polisakarida linier dimana unit glukosa dihubungkan oleh ikatan α 1,4 glukosida dan (2) amilopektin yaitu polisakarida dengan banyak cabang dimana rantai lurusnya adalah ikatan       α 1,4 glukosida sedangkan rantai cabangnya ikatan α 1,6 glikosida. Ikatan      α 1,4 glukosida dapat dihidrolisis oleh enzim α amilase dan β amilase tetapi pada ikatan α 1,6 glikosida tidak dapat dihidrolisis oleh kedua enzim ini dan hanya dapat dihidrolisis oleh α 1,6 glukosidase.

Gambar 2.23. (a) Amilosa (b) Amilopektin

Glikogen (gambar 2.1), banyak terdapat dalam jaringan hewan  dan manusia, strukturnya mirip dengan amilopektin hanya jumlah percabangannya lebih banyak, ikatan  α 1,4 glikosida dapat dihidrolisis oleh α amilase dan                β amilase, sedangkan pada ikatan α 1,6 glikosida dapat dihidrolisis oleh α 1,6 glukosidase.

1. Senyawa Pektat

Senyawa pektat terdapat dalam lamela tengah dinding sel tumbuhan. Senyawa ini biasa berasosiasi dengan selulosa membentuk protopektin yang tidak larut. Pemanasan dalam medium air yang diasamkan mengakibatkan hidrolisis membentuk pektin.

Gambar  2.24. Pektin

Reaksi serupa yang menyebabkan terbentuknya pektin  yang larut terjadi selama  proses pemasakan pada buah. Senyawa pektin adalah polimer asam  α-galakturonat yang  disambung-sambungkan dengan  ikatan 1→4 yang terdapat dalam derajat pengesteran atau penetralan  yang beragam.  Selain itu pektin mengandung L-arabinan  dan  β-D-galaktan yang disambungkan dengan ikatan 1→4

Gambar 2.25. Struktur hipotetik satuan berulang polidekstrosa.

1. Metabolisme Karbohidrat

1. Glikolisis

Glikolisis adalah suatu proses yang menghasilkan perubahan satu molekul glukosa menjadi dua molekul piruvat. Proses ini dapat berlangsung didalam sel yang paling sederhana tanpa memerlukan oksigen, lintas glikolisis memperlihatkan lima fungsi utama di dalam sel yakni :

1. Glukosa diubah menjadi piruvat, yang dapat dioksidasi dalam siklus asam sitrat.
2. Banyak senyawa selain glukosa dapat memasuki lintas glikolisis pada tahap antara (intermediat).
3. Dalam beberapa sel lintas tersebut diubah untuk sintesis glukosa.
4. Lintas tersebut mengandung zat antara yang terlibat dalam reaksi metabolik lainnya.
5. Untuk tiap-tiap molekul glukosa yang dikonsumsi, secara netto dihasilkan dua molekul ATP melalui fosforilasi tingkat substrat.

Secara keseluruhan, persamaan yang setara untuk proses glikolisis adalah :

C₆H₁₂O₆ +  2 ADP  +  2 NAD⁺ +  2 P_i à

2 C₃H₄O₃ +  2 ATP  +  2 NADH +  2H⁺ +  2 H₂O

Rumus yang tampak di atas tidak memperlihatkan kerumitan lintas glikolitik yang melibatkan sepuluh langkah reaksi enzimatik sitoplasmik yaitu :

Langkah 1, Heksokinase mengkatalisis fosforilasi α-D-glukosa menjadi α-D-glukosa-6-fosfat secara ireversibel, disini diperlukan  ATP dan Mg²⁺.

Langkah 2, Glukosa-6-fosfat isomerase mengkatalisis isomerasi dari α-D-glukosa-6-fosfat menjadi α-D-fruktosa-6-fosfat secara reversibel yang berlangsung dengan bebas.

Langkah 3, Fosfofruktokinase memfosforilasi α-D-fruktosa-6-fosfat menjadi α-D-fruktosa-1,6-bisfosfat secara ireversibel, memerlukan ATP dan Mg²⁺. Fosfofruktokinase diatur secara alosterik dengan sejumlah efektor dimana semuanya terlibat dalam transduksi energi.

Langkah 4, Fruktosa-1,6-bisfosfat aldolase memecah α-D-fruktosa-1,6-bisfosfat menjadi D-gliseraldehida-3-fosfat dan dihidroksiaseton fosfat.

Langkah 5, Triosafosfat isomerase mengubah dihidroksiaseton fosfat menjadi D-gliseraldehida-3-fosfat.

Langkah 6, Gliseraldehida-3-fosfat dehidrogenase mengkatalisis oksidasi D-gliseraldehida-3-fosfat, disertai dengan fosforilasi zat antara asam karboksilat, untuk menghasilkan  D-1,3-bisfosfogliserat. NAD⁺ direduksi menjadi   NADH + H⁺. Ini merupakan satu-satunya reaksi redoks yang terjadi dalam glikolisis.

Langkah 7, Fosfogliserat kinase mengubah D-1,3-bisfosfogliserat menjadi   D-3-fosfogliserat, langkah ini menghasilkan ATP.

Langkah 8, Fosfogliseromutase mengkatalisis isomerasi antara                     D-3-fosfogliserat dan D-2-fosfogliserat.

Langkah 9, Enolase mendehidrasi D-2-fosfogliserat menghasilkan fosfoenolpiruvat. Reaksi ini memerlukan Mg²⁺.

Langkah 10, Piruvat kinase mengubah secara ireversibel fosfoenolpiruvat menjadi piruvat (produk akhir glikolisis).

1. Perubahan Piruvat

Perubahan piruvat yang dihasilkan melalui glikolisis bergantung pada ketersediaan oksigen, keadaan energi dari suatu sel, dan mekanisme yang tersedia bagi sel untuk mengoksdasi NADH menjadi NAD⁺.

C₃H₄O₃ + 2 1/2 O₂ à 3 CO₂ + 2 H₂O

Agar glikolisis dapat terus berlangsung, maka NAD⁺ yang diperlukan untk reaksi oksidatifdlam langkah 6 harus dihasilkan lagi dari NADH. Tanpa oksigen, reaksi dapat berlangsung dengan mereduksi piruvat mejadi laktat, yang dikatalisis oleh laktat dehidrogenase dengan reaksi :

1. Glukoneogenesis

Dalam sel mamalia, glukosa adalah sumber energi yang paling melimpah, glukosa dimetabolisme di dalam semua sel sebagai bahan bakar glikolitik dan disimpan dalam hati dan otot sebagai polimer glikogen dengan syarat yang diperlukan adalah (1) ketersediaan rangka karbon spesifik yang berasal dari asam amino tertentu, (2) energi dalam entuk ATP dan (3) enzim yang sesuai.

LATIHAN

1. Mendiskusikan terbentuknya karbohidrat dan struktur glukosa dalam polisakarida
2. Menggambarkan reaksi hidrolisis dan sintesis dari sukrosa dan laktosa.
3. Mendiskusikan sifat-sifat monosakarida.
4. Mendiskuskan bentuk isomer dari gliseraldehida dan bayangan cermin glukosa.
5. Mendiskusikan perbedaan enetiomer dengan diastreoisomer.
6. Mendiskusikan cincin anomer piran dan furan, anomer α dan β.
7. Mendiskusikan sifat reduksi dari disakarida.
8. Mendiskusikan 10 langkah glikolisis

RANGKUMAN

1. Monosakarida

D-glukosa merupakan monosakarida yang paling penting dan berasal dari gula paling sederhana, D-gliseraldehida yang digolongkan sebagai aldotriosa. Nama gula aldosa dan ketosa menunjukan ciri kimia  bentuk yang mereduksi dari gula dan  dapat ditunjukkan dengan rumus rantai sederhana atau rantai terbuka menurut Fischer. Rumus jenis ini menunjukkan gugus aldehida bebas dan empat hidroksil sekunder yang aktif optik. Karena reaksi kimia gula tidak sesuai dengan struktur ini, konfigurasi cincin yang  melibatkan  hemiasetal antara C-1 dan C-5 lebih tepat menggambarkan  struktur monosakarida. Struktur cincin  anggota lima disebut furanosa, cincin anggota enam disebut piranosa. Cincin seperti itu disebut heterosiklik karena satu anggotanya atom oksigen (heteroatom). Jika gugus mereduksi terlibat dalam struktur cincin  hemiasetal, C-1 menjadi asimetrik dan ada dua isomer yang mungkin, keduanya disebut  anomer.

Kebanyakan gula alam termasuk anggota deret D. Tanda D atau L mengacu kedua deret gula. Dalam deret D, karbon asimetrik yang bernomor tertinggi gugus OH-nya mengarah ke kanan, dalam rumus proyeksi Fischer. Dalam deret L, hidroksil ini mengarah ke kiri.

Setelah rumus Fischer diperkenalkan dan cara penyajian oleh Haworth, cara ini merupakan usaha untuk memberikan  gambaran keruangan molekul secara tepat. Karena rumus Haworth tidak memperhatikan sudut ikatan yang sebenarnya, ternyata bahwa  rumus molekul modern  dapat menggambarkan molekul gula. Ada sejumlah konformasi  kursi gula piranosa yang mungkin dan dua konformasi terpenting untuk glukosa. Dua bentuk anomer monosakarida yang mungkin ditandai dengan awalan abjad yunani α dan β. Pada α-anomer gugus hidroksil  mengarah ke kanan, menurut rumus proyeksi Fischer, gugus hidroksil mengarah ke kiri pada β-anomer. Bentuk anomer gula  dalam larutan dalam kesetimbangan tauomerk dan ini menyebabkan perubahan rotasi optik jika gula dilarutkan. Pada kondisi normal, memerlukan beberapa jam atau lebih lama lagi untuk mencapai kesetimbangan dan putaran optik mencapai harga kesetimbangan. Pada suhu kamar larutan gula dalam air dapat berada dalam empat tautomer.

Gula alam kebanyakan heksosa, tetapi gula dengan jumlah  karbon yang berlainan terdapat juga dalam produk, hal ini mengakibatkan adanya seragam gula yang beragam seperti aldosa, ketosa, gula deoksi dll. Fruktosa merupakan gula termanis  dan berada terikat pada glukosa dalam sukrosa. Dari semua heksosa yang mungkin ada hanya dua yang tersebar luas yakni D-manosa dan D-galaktosa.

1. Oligosakarida

Polimer monosakarida dapat berupa dua jenis homo dan hetero. Jika jumlah satuan dalam rantai glikosida antara 2 dan 10, senyawa  yang terbentuk oligosakarida. Jika lebih dari 10 satuan  dipandang sebagai polisakarida. Jumlah oligosakarida  yang mungkin ada sangat besar, tetapi hanya sedikit  yang terdapat dalam jumlah besar makanan. Oligosakarida tersusun dari  monosakarida D-glukosa, D-galaktosa, dan D-fruktosa.

Sukrosa atau gula pasir  biasa terdapat dalam jumlah besar dalam banyak tumbuhan tebu ( Saccharum offcinarum) atau bit gula (Beta vulgaris). Karena…

1. Polisakarida

Pada umumnya polisakarida mempunyai molekul besar  dan lebih kompleks daripada monosakarida dan oligosakarida. Polisakarida terdiri dari banyak molekul monosakarida. Beberapa polisakarida yang penting di antaranya ialah amilum, selulosa, dan glikogen.

a) Amilum

Polisakarida ini terdapat banyak di alam, yaitu pada sebagian besar tumbuhan. Amilum atau pati terdapat pada umbi, daun, batang, dan biji-bijian. Batang pohon sagu mengandung pati yang setelah dikeluarkan  dapat dijadikan bahan makanan. Umbi yang terdapat pada ubi jalar atau akar pada ketela pohon  atau singkong mengandung pati yang cukup banyak, sebab ketela pohon tersebut  selain dapat digunakan  sebagai makanan sumber karbohidrat.  Amilum terdiri atas dua macam polisakarida yang kedua-duanya adalah polimer dari glukosa, yaitu amilosa dan sisanya amilopektin. Amilosa terdiri dari 250-300 unit D-glukosa yang terikat dengan ikatan  α 1,4-glikosidik, jadi molekulnya merupakan rantai terbuka. Amilopektin juga terdiri atas molekul D-glukosa yang sebagian besar  mempunyai ikatan 1,4-glikosidik dan sebagian lagi 1,6-glikosidik. Adanya ikatan 1,6-glikosidik menyebabkan terjadinya cabang, sehingga molekul amilopektin  berbentuk rantai  panjang dan bercabang.

Molekul amilopektin  lebih besar dari molekul amilosa karena terdiri atas lebih dari 1.000 unit glukosa. Butir-butir pati  tidak larut dalam air dingin tetapi apabila tersuspensi dalam air yang dipanaskan akan terjadi suatu larutan koloid yang kental. Larutan koloid ini  apabila diberikan larutan iodium akan berwarna biru. Warna biru ini disebabkan oleh molekul amilosa yang membentuk senyawa. Amilopektin dengan iodium akan memberikan warna ungu atau  merah lembayung.

Amilum dapat dihidrolisis sempurna dengan menggunakan asam sehingga menghasilkan glukosa. Hidrolisis  juga dapat dilakukan dengan bantuan enzim amilase. Dalam ludah dan dalam cairan yang dikeluarkan oleh pankreas terdapat amilase yang bekerja terhadap amilum yang terdapat dalam makanan. Oleh enzim amilase, amilum diubah menjadi  maltosa dalam bentuk β maltosa.

b) Selulosa

Selulosa terdapat dalam tumbuhan sebagai bahan pembentuk dinding sel. Dalam tubuh selulosa tidak dapat dicernakan karena tidak mempunyai enzim untuk  menguraikan selulosa. Dengan asam encer tidak terhidrolisis, tetapi oleh asam dengan konsentrasi  tinggi dapat dihidrolisis menjadi selobiosa dan D-glukosa.  Selobiosa adalah suatu disakarida yang terdiri atas dua molekul glukosa yang berikatan glikosidik antara atom C-1 dengan atom C-4.

Meskipun selulosa tidak dapat digunakan sebagai bahan makanan langsung oleh tubuh, namun selulosa yang terdapat sebagai serat-serat tumbuhan, sayuran atau buah-buahan, berguna untuk memperlancar pencernaan makanan. Adanya serat-serat dalam saluran pencernaan, gerak peristaltik ditingkatkan dan dengan demikian memperlancar proses pencernaan dan dapat mencegah konstipasi.

c) Glikogen

Seperti halnya amilum glikogen juga menghasilkan D-glukosa pada proses hidrolisis. Dalam tubuh glikogen terdapat dalam hati dan otot. Hati berfungsi sebagai tempat pembentukan glikogen dari glukosa. Apabila kadar glukosa dalam darah bertambah, sebagian diubah menjadi glikogen sehingga kadar glukosa dalam darah normal kembali. Sebaliknya apabila kadar glukosa darah menurun, glikogen dalam hati diuraikan menjadi glukosa kembali, sehingga kadar glukosa darah normal kembali. Glikogen yang ada dalam otot digunakan sebagai sumber energi  untuk melakukan aktivitas sehari-hari.

Glikogen  yang terlarut dalam air dapat diendapkan dengan jalan menambahkan etanol. Endapan yang terbentuk apabila dikeringkan berbentuk serbuk putih. Glikogen dapat memutar cahaya terpolarisasi ke kanan dan mempunyai rotasi spesifik, dengan iodium glikogen menghasilkan warna merah. Struktur glikogen mirip dengan struktur amilopektin yaitu merupakan  rantai glukosa yang mempunyai cabang.

EVALUASI

1. Jelaskan terbentuknya karbohidrat.
2. Gambarkan dan jelaskan struktur glukosa dalam polisakarida
3. Gambarkan dan jelaskan proses hidrolisis dan sintesis dari sukrosa.
4. Jelaskan sifat-sifat monosakarida.
   1. Reaksi dengan asam basa
   2. Gula pereduksi
   3. Pembentukan glikosida
   4. Pembentukan ester
   5. Fenilosazon dan Osazon
5. Gambarkan isomer dari gliseraldehida.
6. Gambarkan bayangan cermin dari glukosa.
7. Jelaskan perbedaan enetiomer dengan diastreoisomer.
8. Gambarkan bentuk  cincin piran dan furan serta notasi α dan β.
9. Hitung anomer α dan anomer β dari glukosa sesuai tabel 2.1.

10.  Jelaskan sifat reduksi dari disakarida.

DAFTAR PUSTAKA

De Man, J.M. 1997. Kimia Makanan. Terjemahan. ITB. Bandung.

Girindra, A. 1986. Biokimia 1. Gramedia. Jakarta.

Houston, M.E. 1995. Biochemistry Primer For Exercise Science. Human Kinetics. Champaign.USA.

Kay, E.R.M. 1966. Biochemistry : An Introduction to Dynamic Biology. Collier-MacMillan.Canada.

Kuchel, P., G. B. Ralston. 2006. Biokimia. Schaum. Terjemahan. Erlangga. Jakarta.

Lehninger, A..L., et al. 1997. Principles of Biochemistry. 2^nd .Worth Publisher.    New York.

Ngili Yohanis.2009. Biokimia : Struktur dan Fungsi Biomolekul. Graha Ilmu. Yogyakarta.

Poedjiadi, A., F.M. T. Supriyanti. 2006. Dasar-Dasar Biokimia. UI-Press. Jakarta.

Stryer, Lubert. 2000. Biokimia. Vol 2. Edisi 4. Penerbit Buku Kedokteran EGC. Jakarta.

Tarigan, P. 1983. Kimia Organik Bahan Makanan. Alumni. Bandung

Winarno, F,G. 1989. Kimia Pangan dan Gizi. Gramedia. Jakarta.

SENARAI

Monosakarida	:	Terdiri dari Glukosa, Fruktosa, dan Galaktosa
Oligosakarida	:	Gabungan lebih dari dua monosakarida
Polisakarida	:	Rantai panjang yang terdiri dari monosakarida
Hidrolisis	:	Proses pemisahan pada polisakarida dan oligosakarida

Like this:

Like

Be the first to like this.