Tujuan percobaan
untuk mempelajari berbagai macam uji yang bisa dilakukan terhadap karbohidrat
Dasar Teori
Golongan karbohidrat merupakan salah satu golongan utama bahan organik yang terdapat di alam. Karbohidrat terdapat disemua bagian bahan sel baik sebagai komponen struktur maupun komponen berfungsi. Berat kering tumbuh-tumbuhan secara khas terdiri atas 50 sampai 80 persen karbohidrat polimerselulosa bersama dengan struktur sejenis. Karbohidrat adalah tulang punggung struktur asam nukleat, RNA, DNA, dan merupakan gula yang memberikan cadangan energi yang diperoleh dari matahari melalui fotosintesis.
Isolasi, pemurnian dan pengubahan karbohidrat merupakan dasar banyak industri penting. Kayu jika diubah secara kimia melalui proses pembuatan pulp, menjadi sumber kertas. Gula dan produk pati yang didapat dari bahan tumbuh-tumbuhan berperan utama dalam nutrisi dan industri bahan makanan sejenis.
(H. Pine Stanley, B. Hendrikson, James, J. Cram, Donald, S. Hammond, George, Kimia Organik, Terbitan Keempat, Penerbit ITB, Bandung:1988)
Karbohidrat merupakan senyawa karbon, hidrogen dan oksigen yang terdapat dalam alam. Banyak karbohidrat mempunyai rumus empiris CH2O ; misalnya, rumus molekul glukosa ialah C6H12O6 (enam kali CH2O). Senyawa ini pernah disangka "hidrat dari karbon" sehingga disebut karbohidrat. Dalam tahun1880-an disadari bahwa gagasan "hidrat dari karbon" merupakan gagasan yang salah dan karbohidrat sebenarnya adalah polihidroksi aldehida dan keton atau turunan mereka.
Karbohidrat sangat beraneka ragam sifatnya. Misalnya, sukrosa (gula pasir) dan kapas, keduanya adalah karbohidrat. Salah satu perbedaan utama antara berbagai tipe karbohidrat ialah ukuran molekulnya. Monosakarida (sering disebut gula sederhana) adalah satuan karbohidrat yang tersederhana ; mereka tidak dapat dihidrolisis menjadi molekul karbohidrat yang lebih kecil. Monosakarida dapat diikat secara bersama-sama untuk membentuk dimer, trimer, dan sebagainya dan akhirnya polimer. Dimmer-dimer disebut disakarida. Sukrosa
Karbohidrat tersusun dari dua sampai delapan satuan monosakarida dirujuk sebagai oligosakarida. Jika lebih dari delapan monosakarida diperoleh dari hidrolisis, maka karbohidrat itu disebut polisakarida. Contoh polisakarida adalah padi, pati, yang dijumpai dalam gandum, tepung jagung, dan selulosa penyusun yang bersifat serat dari tumbuhan dan komponen utama dari kapas.
(Fessenden & Fessenden. "Kimia Organik". edisi ketiga, Erlangga:1986)
Ciri dan Sifat Karbohidrat
Karbohidrat didefinisikan secara tepat sebagai senyawa dengan rumus molekul Cm(H2O)n. Namun, kata 'karbohidrat' umumnya digunakan dalam pengertian lebih terbatas untuk menunjukkan zat yang terdiri atas polihidroksi aldehida dan keton serta turunannya. Gula juga dikenal sebagai sakarida, umumnya diperlakukan sebagai karbohidrat khas. Monosakarida adalah monosakarida yang biasanya memiliki tiga sampai sembilan atom karbon. Sambungan dua monosakarida atau lebih melalui jembatan oksigen menjadikannya oligosakarida (biasanya 2-10 satuan monosakarida) dan polisakarida.
Konfigurasi Monosakarida
1.Sistem D dan L
Dalam system D dan L, (+)-gliseraldehida secara sembarang diberi konfigurasi dengan OH-nya pada karbon 2 berada disebelah kanan dalam proyeksi Fischer. Suatu monosakarida merupakan anggota deret-D jika gugus hidroksil pada karbon kiral yang terjauh dari karbon 1 juga terletak disebelah kanan dalam proyeksi Fischer. Disamping itu tiap monosakarida diberi nama sendiri. Misalnya dua aldopentosa diastereomerik.
Berikut ini diberi nama D-liksosa dan D-ribosa.
CHO CHO CHO
H OH HO H H OH
CH2OH HO H H OH
D-(+)-gliseral H OH H OH
CH2OH CH2OH
D-liksosa D-ribosa
Jika OH pada karbon kiral terakhir diproyeksikan kekiri, maka senyawa itu merupakan anggota deret-L.
CHO CHO
H OH HO H
H OH HO H
HO H HO H
CH2OH CH2OH
L-liksosa L-ribosa
(Fessenden & Fessenden. "Kimia Organik". edisi ketiga, Erlangga:1986)
Monosakarida yang lazim
Glukosa
Glukosa, monosakarida yang terpenting, kadamg-kadang disebut gula darah (karena dijumpai dalam darah), gula anggur (karena dijumpai dalam buah anggur), atau dektrosa (karena memutar bidang polarisasi ke kanan). Binatang menyusui (mamalia) dapat mengubah sukrosa, laktosa (gula susu), maltosa, dan pati menjadi glukosa yang kemudian digunakan sebagai energi oleh organisme itu atau disimpan sebagai glikogen (suatu polisakarida). Bila organisme itu memerlukan energi, glikogen diubah menjadi glukosa. Karbohidrat dapat juga diubah menjadi lemak. Oleh karena itu orang bisa gemuk meskipun tidak mengkonsumsi lemak. Karbohidrat dapat juga diubah menjadi steroid (seperti kolesterol) dan secara terbatas menjadi protein (untuk sintesis protein diperlukan juga sumber nitrogen). Sebaliknya, suatu organisme dapat mengubah lemak dan protein menjadi karbohidrat. Glukosa merupakan penyusun daripada polisakarida, misalnya : pati, sellulosa, glikogen yang banyak terdapat dalam glikosida. Keenam atom C dalam glukosa membentuk rantai lurus karena reduksi senyawa tersebut dengan HI akan menghasilkan 2 Iodo Heksana.
Lemak
Kolesterol dan Steroid lain
O
Glukosa
CH3C-
gugus asetil Protein
dalam Asetil koenzim A
CO2 + H2O + Energi
Fruktosa
Fruktosa, juga disebut levulosa karena memutar bidang polarisasi ke kiri, adalah gula yang termanis. Terdapat dalam buah-buahan dan madu, maupun dalam sukrosa.
Galaktosa
Galaktosa terdapat dalam disakarida laktosa, dalam keadaa terikat dengan glukosa.
Ribosa
Ribosa dan dioksiribosa membentuk sebagian kerangka polimer dari asam-asam nukleat. Awalan dioksi berarti "minus satu oksigen".
Disakarida yang lazim
Suatu disakarida adalah suatu karbohidrat tang tersusun dari dua satuan monosakarida yang dipersatukan oleh suatu hubungan glikosida dari karbo I dari suatu ke satuan OH lain. Suatu cara ikatan yang baik adalah suatu hubungan glikosida α dan β dari satuan pertama ke gugus 4 – hidroksil dari satuan kedua.
Maltosa
Maltosa dihasilkan pada hidrolisa partiel dari amilum dengan asam. Hidrolisa ini dapat pula terjadi enzimdiatase.
rumus :
CH2OH
OH O
OH α
OH
O
maltosa
(α momer
Hidrolisa ini merupakan salah satu langkah pada pembuatan alkohol dari amilum.
Maltosa disusun oleh dua satuan O glukosa
Berbeda denga sukrosa maka maltosa :
dapat mereduksi
dapat membentuk osazon
mengalami mutarotasi
Pemecahan maltosa menjadi glukosa dapat terjadi oleh hidrolisa dengan asam atau oleh suatu enzim maltase (pada Yeast)
Sukrosa
Disakarida sukrosa adalah gula pasir biasa. Tebu dipekarangan sejak 6000 tahun Sebelum Masehi di India. (Kata "sugar" dan "sukrosa" berasal dari bahasa Sansekerta "sarkara"). Tentara Iskandar Agung yang menyerbu India pada tahun 325 Sebelum Masehi, menjumpai gula pasir ini. Dalam abad berikutnya sukrosa disebarkan bangsa arab dan pejuang perang salib.
(Fessenden & Fessenden. "Kimia Organik". Edisi Ketiga, Erlangga)
Sukrosa disusun oleh 1 mol D glukkosa dan 1 mol D fruktosa.
Struktur sukrosa adalah sebagai berikut:
D
HO D CH2OH
HO
HOH2 α
O O
β
D
CH2OH
OH HO
Dari struktur ini maka sukrosa tidak akan mengalami mutarotasi, tidak mereduksi dan tidak menghasilkan osazon.
Hidrolisa menjadi 1mol glukosa dan 1 mol fruktosa dapat terjadi oleh adanya asam. Terjadinya hidrolisa ini dapat diikuti dengan terjadinya perubahan pemutaran bidang polarisasi cahaya.
Peristiwa ini dikenal sebagai inversi sukrosa. Campuran glukosa + fruktosa disebut pula : gula invert dan ini lebih manis daripada sukrosa.
Fruktosa bebas terdapat dalam madu.
Glukosa bebas terdapat dalam buah-buahan.
Selobiosa
Disakasrida yang diperoleh dari hidrolisis parsial dari selulosa disebut selobiosa. Selibiosa tersusun dari dua satuan glukopiranosa yang digabung oleh suatu ikatan –1,4.Selobiosa berbeda dari maltosa dari hal ikatan 1,4 yang pada selobiosa lebih merupakan ikatan 1,4 α-β, bukan α.
Hidrolisis kimia dari selobiosa dalam asam berair menghasilkan suatu campuran α-dan β-D-glukosa, produk-produk yang sama seperti yang diperoleh dari maltosa. Selobiosa dapat juga dihidrolisis dengan enzim β-glukosidase(emulsin), tetapi tidak tidak oleh α-glukosidase, yang bersifat spesifik untuk ikatan α (yaitu maltosa).
Laktosa
Disakarida laktosa (gula susu) berbeda dari maltosa dan selobiosa. Laktosa terdiri dari dua monosakarida berlainan, D-glukosa dan D-galaktosa.
Disakarida laktosa berbeda dari maltosa atau selobiosa dalam hal laktosa terdiri dari dua mono-sakarida yang berlainan,D-glukosa dan D-galaktosa.Laktosa merupakan suatu disakarida alamiah yang dijumpai hanya pada binatang menyusui, air susu sapi dan manusia mengandung kira kira 5% laktosa. Laktosa diperolrh secara komersial sebagai hasil samping pabrik keju.
Dalam metabolisme tubuh manusia yang normal, laktosa dihidrolisis secara enzimatis menjadi D-galaktosa dan D-glukosa; kemudian galaktosa itu diubah menjadi glukosa yang dapat mengalami metabolisme. Suatu keadaan yang disebut galaktosemia yang menyerang bayi, disebabkan oleh kurangnya enzim untuk mengubah galaktosa menjadi glukosa. Galaktosemia bercirikan : tingginya kadar galaktosa dalam darah dan air seni.
Gejalanya beranekaragam mulai dari muntah-muntahsampai keterbelakangan mental dan jasmani, dan kadang-kadang kematian.
Pegobatannya dilakukan dengan menghilangkan susu dan produk susu dari makanan (suatu susu buatan yang terbuat dari kedelai dapat dijadikan pengganti).
Polisakarida yang lazim
Suatu polisakarida adalah senyawa dalam mana molekul-molekul mengandung banyak satuan
monosakarida yang dipersatukan dengan ikatan glikosida. Hidrolisis lemgkap akan mengubah suatu polisakarida menjadi monosakarida.
Ada 3 golongan polisakarida yang penting :
Disusun oleh molekul-molekul heksosa : selulosa, pati
Disusun oleh molekul-molekul pentosa : araban (gom arab), inulin (umbi dahlia) dan zat-zat yang etrdapat dalam sekam, kulit kacang, tokol jagung dan lain-lain.
Disusun oleh molekul-molekul gabungan heksosa dan pentosa.
Polisakarida memenuhi tiga maksud dalam sistem kehidupan : sebagai bahan bangunan (architectural), bahwa makanan (nutrional), dan sebagai zat spesifik. Polisakarida arsitektural misalnya selulosa, yang memberikan kekuatan pada pokok kayu dan dahan bagi tumbuhan, dan kitin (chitin), komponen struktur dari kerangka luar serangga. Polisakarida nutrisi yang lazim ialah pati (starch, yang terdapat dalam pati dan kentang) dan glikogen, karbohidrat yang siap dipakai dalam tubuh hewan. Heparin, suatu contoh spesifik adalah suatu polisakarida yang mencegah koagulasi darah.
(Fessenden & Fessenden "Kimia Organik" . Edisi Ketiga, Erlangga, 1986).
Polisakarida juga dapat terikat pada molekul lainnya, seperti dalam glikoprotein, dan glikolipid.
Selulosa
Selulosa merupakan senyawa organik yang paling melimpah dibumi. Diperkirakan sekitar 1011ton selulosa dibiosintesis tiap tahun, dan selulosa mencakup sekitar 50% dari karbon tak bebas dibumi. Daun kering mengandung 10-20% selulosa;kayu 50%; dan kapas 90%. Sumber selulosa yang murni yang paling gampang di laboratprium adalah kertas saring.
Selulosa membentuk komponen serat dari dinding sel tumbuhan. Ketegaran selulosa disebabkan oleh struktur keseluruhannya. Molekul selulosa merupakan rantai-rantai, atau mikrofibril, dari G-glukosa sebanyak 14.000 satuan yang terdapat sebagai berkas-berkas terbuntir mirip tali, yang terikat satu sama lain oleh ikatan hidrogen.
Suatu molekul tunggal selulosa merupakan polimer lurus dari 1,4-β-D-glukosa. Hidrolisis lengkap dalam HCl 40% dalam air, hanya menghasilkan D-glukosa. Disakarida yang terisolasi dari selulosa yang terhidrolisis sebagian adalah selobiosa, yang dapat dihidrolisis lebih lanjut menjadi D-glukosa dengan suatu katalis asam atau dengan emulsin enzime. Selulose sendiri tak mempunyai karbon hemiasetal-selulosa tak dapat mengalami mutarotasi atau dioksidasi oleh reagensia seperti reagensia Tollens (mungkin terdapat suatu hemiasetal pada satu ujung dari tiap molekul selulosa, tetapi ujung ini hanya sebagian kecil
dari keseluruhan dan tidak menyerah ke reaksi yang dapat diamati).
Meskipun binatang menyusui tidak mengeluarkan enzime yang sesuai untuk mencegah selulosa menjadi glukosa, bakteri dan protozoa tertentu mengeluarkan enzime-enzime ini. Binatang pemakan rumput menggunakan selulosa sebagai makanan secara tidak langsung. Lambung dan ususnya dihuni oleh mikroorganisme yang hidup dan berkembang biak pada selulosa; hewan itu memanfaatkan mikroorganisme ini dan hasil sampingnya sebagai makanan.
