Karbohidrat sebagai Makromolekul

KARBOHIDRAT

 Karbohidrat merupakan polimer alami. Berdasarkan gugus yang ada pada molekul karbohidrat dapat didefinisikan sebagai polihidroksialdehid dan polihidroksiketon. Berdasarkan unit sakarida dalam bahasa latin artinya gula dengan rumus umunya adalah C_nH_2nO_n. Karbohidrat dibagi atas tiga golongan besar yaitu:

Monosakarida, karbohidrat paling sederhana hanya terdiri dari satu unit sakarida.

Oligosakarida, karbohidrat yang mengandung dua sampai sepuluh unit monosakarida yang terikat bersama.

Polisakarida, karbohidrat yang tersusun atas lebih dari sepuluh unit monosakarida.

Penggolongan Karbohidrat

Monosakarida

Monosakarida dapat digolongkan berdasarkan jenis gugus karbonil yang dimilikinya. Monosakarida yang mengandung gugus aldehide OCOOH disebut aldosa, sedangkan yang mengandung gugus keton RCOR disebut ketosa. Monosakarida dapat pula digolongkan berdasarkan jumlah atom dalam molekulnya.

1.       Triosa, monosakarida dengan 3 karbon C₃H₆O₃

2.       Tetrosa, monosakarida dengan 4 atom karbon C₄H₈O₄

3.       Pentosa, monosakarida dengan 5 atom karbon C₅H₁₀O₅

4.       Heksosa, monosakarida dengan 6 atom karbon C₆H₁₂O₆

Monosakarida paling penting adalah pentosa dan heksosa. Contoh pentosa adalah D‒ribulosa dan D‒ribosa yang terdapat pada molekul asam ribonukleat (RNA).

D‒ribulosa merupakan suatu ketosa sehingga disebut ketopentosa. Sedangkan D‒ribosa merupakan suatu aldosa sehingga disebut aldopentosa. Contoh heksosa adalah glukosa yang tergolong aldoheksosa dan fruktosa yang tergolong ketoheksosa. Heksosa berupa kristal paling larut dalam air dan rasanya manis.

Konfigurasi Monosakarida

Perhatikan struktur glukosa pada gambar.2 terdapat 4 atom C yang asimetris dalam glukosa. Atom C nomor 2,3,4 dan 5 (yang diberi tanda bintang) merupakan atom C asimetris sehingga glukosa mempunyai isomer optis sebanyak 16 (2ⁿ = 2⁴).

Tata Nama Glukosa

Menunjukkan adanya dua struktur gliseraldehida yang berbeda. Struktur yang satu tidak dapat dihimpitkan di atas struktur yang lainnya, tetapi keduanya mempunyai hubungan seperti suatu benda dengan bayangan cerminnya. Kedua struktur ini disebut enantiomer atau bayangan cermin. Kedua struktur saling bersangkutan ibarat tangan kanan dan tangan kiri. Salah satu enantiomer memutar bidang cahaya terpolarisasi ke kanan dan disebut bersifat putar kanan (dextrorotatory) dan ditandai dengan + atau D; sedangkan lainnya memutar bidang cahaya terpolarisasi ke kiri dan disebut bersifat putar kiri (levorotatory) dan ditandai dengan ‒ atau L.

Jika diterapkan pada monosakarida, monosakarida disebut D apabila gugus ‒OH yang berikatan dengan atom *C kiral terjauh dari gugus keton atau aldehida berada disebelah kanan, dan jika disebelah kiri disebut L.

Sifat Karbohidrat

1)      Monosakarida berupa kristal padat tidak berwarna, larut dalam air dan tidak larut dalam pelarut nonpolar dan berasa manis.

2)      Semua monosakarida (kecuali dihidroksiaseton) mengandung satu atau lebih karbon asimetrik (kiral), ada dalam bentuk isomer optis aktif.

3)      Pada gugus karbonil monosakarida (sebagai pereduksi) dapat dioksidasi dengan oksidator, seperti Fe3+ atau Cu2+ menjadi gugus karboksil.

4)      Karbohidrat akan teroksidasi diudara terbuka, dan lama-lama akan terbentuk asama asetat.

5)      Karbohidrat mengalami dehidrasi atau kehilangan air jika dipirolisis dengan panas atau dengan asam sehingga berbentuk arang disebut proses pengarangan.

Disakarida

Dua unit monosakarida bergabung menjadi satu mengahsilkan disakarida. Hidrolisis suatu disakarida oleh asam atau enzim akan menghasilkan dua molekul monosakarida. Disakarida yang terpenting di alam yaitu, maltosa, laktosa dan sukrosa.

a.       Maltosa

Maltosa adalah disakarida yang diperoleh sebagai  hasil hidrolisis pati. Hidrolisis  maltosa selanjutnya menghasilkan dua unit glukosa terikat antara satu dengan yang lain melalui ikatan α‒glikosida. Maltosa tidak terdapat bebas, dan diperoleh dari hidrolisis amilum melalui bantuan enzim diastase.

Reaksi :

C₁₁H₂₂O₁₁ + H₂O à C₆H₁₂O₆  +  C₆H₁₂O₆

(Maltosa)            D‒Glukosa    D‒Glukosa

Gambar 5. Struktur molekul Maltosa

b.      Laktosa

                Laktosa adalah gula utama yang terdapat dalam susu sapi dan manusia (ibu). Lktosa disebut pula sebagai gula susu. Hidrolisis laktosa menghasilkan D-glukosa dan D-galaktosa dalam jumlah yang sama.

Reaksi :

C₁₁H₂₂O₁₁ + H₂O à C₆H₁₂O₆  +  C₆H₁₂O₆

(Laktosa)             D‒Glukosa    D‒Galaktosa

Gambar 6. Struktur molekul Laktosa

c.       Sukrosa

                Sukrosa biasa disebut gula pasir, terdapat pada semua tanaman yang mengalami fotosintesis dan berfungsi sebagai sumber energi. Gula ini terdiri dari satu unit glukosa dan satu unit fruktosa. Ikatan antara keduanya melalui ikatan glikosida (1α, 2β) dengan karbon anomerik, yaitu  atom C-1 dari unit glukosa terikat melalui oksigen ke atom C-2 pada unit fruktosa.

Reaksi :

C₁₁H₂₂O₁₁ + H₂O à C₆H₁₂O₆  +  C₆H₁₂O₆

(Sukrosa)             D‒Glukosa    D‒Fruktosa

Gambar 7. Struktur molekul Sukrosa

d.      Selubiosa

Selubiosa adalah disakarida yang diperoleh dari hidrolisis parsial selulosa, hidrolisis lebih lanjut akan menghasilkan D-glukosa. Selubiosa merupakan perpaduan dua molekul D-glukosa melalui ikatan beta 1,4 glikosida, jadi merupakan isomer maltosa.

Gambar 8. Struktur molekul Selobiosa

Penggolongan Polisakarida

                Polisakarida tersusun dari banyak unit yang terikat antara satu dengan yang lain melalui ikatan glikosida. Hidrolisis total polisakarida menghasilkan monosakarida. Contoh polisakarida adalah selulosa, amilum ( pati ), glikogen, dan kitin. Amilum, glikogen dan selulosa merupakan polimer alam dan monomer molekul glukosa yang memiliki dua gugus fungsi, yaitu alkohol dan aldehida. Dengan demikian proses pilmerisasinya merupakan polimerisasi kondensasi.

Gambar 9. Polisakarida yang terbentuk melalui polimerisasi kendensasi

a.       Pati

                Pati berfungsi sebagai penyimpanan energi. Pati dipisahkan menjadi  dua komponen utama berdasarkan kelarutannya dalam air. Sekitar 20% pati adalah amilosa ( larut ) dan 80% adalah amilopektin ( tidak larut ). Amilosa adalah polimer linear dari D-glukosa (α‒1,4) yang bercabang dengan ikatan glikosida (α‒1,6).

b.      Glikogen

                Glikogen adalah polisakarida yang berfungsi sebagai penyimpanan glukosa dalam hewan. Struktur glikogen mirip amilopektin, yaitu mengandung rantai glukosa yang terikat α‒1,4 percabangan α‒1,6. Glikogen membantu mempertahankan keseimbangan gula dalam tubuh, dengan menyimpan kelebihan gula yang dicerna dari makanan mensuplainya ke dalam darah jika diperlukan dan diatur oleh hormon insulin. Jika kandungan glikogen tidak terkendali dalm tubuh, akan terjadi kelebihan yang menyebabkan diabete melitus.

Selulosa

                Selulosa adalah polimer tak bercabang yang dihubungkan melalui 1,4 β‒glikosida 300-15000 unit D-glikosida membentuk rantai lurus, terikat sebagai unit-unit selobiosa. Manusia tidak dapat mencerna selulosa, sekalipun  sekalipun dapat mencerna pati dan glikogen. Hal ini disebabkan karena adanya perbedaan stereokimia ikatan glikosida pada atom C-1 setiap unit glukosa. 

Lihat link Protein sebagai Makromolekul http://mustikadian94.blogspot.com/2014/01/protein-sebagai-makromolekul.html

Lihat link Lemak sebagai Makromolekul http://mustikadian94.blogspot.com/2014/01/lemak-sebagai-makromolekul.html