Struktur Kimia Karbohidrat

 Nama : Nursyifa Hikmawati

Biokimia

 NIM : 05-511-1111-028

13 Maret 2012

KARBOHIDRAT A. Struktur Kimia Karbohidrat Kata karbohidrat berasal dari kata karbon dan air. Secara sederhana karbohidrat didefinisikan sebagai polimer gula. Karbohidrat adalah senyawa karbon yang mengandung sejumlah besar gugus hidroksil. Karbohidrat paling sederhana bisa berupa aldehid (disebut  polihidroksialdehid atau aldosa) atau berupa keton (disebut polihidroksiketon atau ketosa). Berdasarkan pengertian di atas berarti diketahui bahwa karbohidrat terdiri atas atom C, H dan O. Adapun rumus umum dari karbohidrat adalah: Cn(H2O)n  atau CnH2nOn

Karbohidrat yang paling sederhana adalah monosakarida. Bila suatu gula mempunyai gugus aldehid, gula tersebut merupakan suatu aldosa. Namun, bila gula tersebut mempunyai gugus keton, gula tersebut merupakan suatu ketosa.

B. Jenis-jenis Karbohidrat 1. Monosakarida Beberapa monosakarida penting bagi tubuh kita di antaranya adalah D-gliseraldehid, Dglukosa, D-fruktosa, D-galaktosa serta D-ribosa. 

D-gliseraldehid (karbohidrat paling sederhana) Karbohidrat ini hanya memiliki 3 atom C (triosa), berupa aldehid (aldosa) sehingga

dinamakan aldotriosa.



D-glukosa (karbohidrat terpenting dalam diet) Glukosa merupakan aldoheksosa, yang sering kita sebut sebagai dekstrosa, gula anggur

ataupun gula darah. Gula ini terbanyak ditemukan di alam. 

D-fruktosa (termanis dari semua gula) Gula ini berbeda dengan gula yang lain karena merupakan ketoheksosa.



D-galaktosa (bagian dari susu) Gula ini tidak ditemukan tersendiri pada sistem biologis, namun merupakan bagian dari

disakarida laktosa. 

D-ribosa (digunakan dalam pembentukan RNA) Karena merupakan penyusun kerangka RNA maka ribosa penting artinya bagi genetika

 bukan merupakan sumber energi. Jika atom C nomor 2 dari ribosa kehilangan atom O, maka akan menjadi deoksiribosa yang merupakan penyusuna kerangka DNA. 2. Disakarida Beberapa disakarida penting bagi tubuh kita di antaranya adalah β-maltosa, β-laktosa serta sukrosa. 

β-maltosa Disakarida ini tak ditemukan di alam kecuali pada kecambah padi-padian. Maltosa

merupakan gabungan dari 2 molekul glukosa. 

β-laktosa Laktosa sering disebut sebagai gula susu. Disakarida ini tersusun atas glukosa dan

galaktosa. Kita tidak dapat menggunakan galaktosa secara langsung, tetapi harus diubah menjadi glukosa.



Sukrosa Sukrosa merupakan gula terbanyak yang bisa didapatkan dari tumbuhan. Tumbuhan yang

 banyak dimanfaatkan karena kandungan sukrosa adalah tebu dan bit. 3. Polisakarida Beberapa polisakarida penting bagi tubuh kita di antaranya adalah amilum (pati), glikogen dan selulosa. 

Amilum Pati merupakan polisakarida yang berfungsi sebagai cadangan energi bagi tumbuhan. Pati

merupakan polimer α-D-glukosa dengan ikatan α (1-4). Kandungan glukosa pada pati bisa mencapai 4000 unit. Ada 2 macam amilum yaitu amilosa (pati berpolimer lurus) dan amilopektin (pati berpolimer bercabang-cabang). Sebagian besar pati merupakan amilopektin. 

Glikogen Glikogen merupakan polimer glukosa dengan ikatan α (1-6). Polisakarida ini merupakan

cadangan energi pada hewan dan manusia yang disimpan di hati dan otot sebagai granula. Glikogen serupa dengan amilopektin. 

Selulosa Selulosa tersusun atas rantai glukosa dengan ikatan β (1-4). Selulosa lazim disebut

sebagai serat dan merupakan polisakarida terbanyak.

C. Sintesis Karbohidrat Suatu ciri hidup yang hanya dimiliki oleh tumbuhan hijau adalah kemampuan dalam menggunakan karbon dari udara untuk diubah menjadi bahan organik serta diasimilasi dalam tubuh tumbuhan. Oleh karena proses pengubahan itu memerlukan energy cahaya, maka asimiliasi zat karbon disebut fotosintesis. Fotosintesis ialah proses pengubahan zat anorganik H2O dan CO2  oleh klorofil menjadi zat organik (karbohidrat) dengan pertolongan cahaya. Peristiwa ini disebut juga anabolisme karbohidrat.

Peristiwa fotosintesis dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi kimia sebagai berikut : Cahaya Matahari 6 CO2 + 6 H2O ----------------------> C 6H12O6 + 6 O2

D. Katabolisme Karbohidrat Terdapat beberapa jalur metabolisme karbohidrat baik yang tergolong sebagai katabolisme maupun anabolisme, yaitu glikolisis, oksidasi piruvat, siklus asam sitrat, glikogenesis, glikogenolisis serta glukoneogenesis. 1. Glikolisis Glikolisis adalah serangkaian reaksi biokimia di mana glukosa dioksidasi menjadi molekul asam piruvat. Glikolisis adalah salah satu proses metabolisme yang paling universal yang kita kenal, dan terjadi (dengan berbagai variasi) di banyak jenis sel dalam hampir seluruh  bentuk organisme. Proses glikolisis sendiri menghasilkan lebih sedikit energi per molekul glukosa dibandingkan dengan oksidasi aerobik yang sempurna. Energi yang dihasilkan disimpan dalam senyawa organik berupa adenosine triphosphate atau yang lebih umum dikenal dengan istilah ATP dan NADH. Lintasan glikolisis yang paling umum adalah lintasan Embden-Meyerhof-Parnas (bahasa Inggris: EMP pathway), yang pertama kali ditemukan oleh Gustav Embden, Otto Meyerhof dan Jakub Karol Parnas. 2. Oksidasi piruvat Dalam jalur ini, piruvat dioksidasi (dekarboksilasi oksidatif) menjadi Asetil-KoA, yang terjadi di dalam mitokondria sel. Reaksi ini dikatalisir oleh berbagai enzim yang berbeda yang  bekerja secara berurutan di dalam suatu kompleks multienzim yang berkaitan dengan membran interna mitokondria. Secara kolektif, enzim tersebut diberi nama kompleks piruvat dehidrogenase dan analog dengan kompleks sitrat.

-keto glutarat dehidrogenase pada siklus asam

∝

Jalur ini merupakan penghubung antara glikolisis dengan siklus Kreb’s. Jalur ini juga merupakan konversi glukosa menjadi asam lemak dan lemak dan sebaliknya dari senyawa non karbohidrat menjadi karbohidrat. Rangkaian reaksi kimia yang terjadi dalam lintasan oksidasi piruvat adalah sebagai  berikut: 1. Dengan adanya TDP (thiamine diphosphate), piruvat didekarboksilasi menjadi derivate hidroksietil tiamin difosfat terikat enzim oleh komponen kompleks enzim piruvat dehidrogenase. Produk sisa yang dihasilkan adalah CO2. 2. Hidroksietil tiamin difosfat akan bertemu dengan lipoamid teroksidasi, suatu kelompok  prostetik dihidroksilipoil transasetilase untuk membentuk asetil lipoamid, selanjutnya TDP lepas. 3. Selanjutnya dengan adanya KoA-SH, asetil lipoamid akan diubah menjadi asetil KoA, dengan hasil sampingan berupa lipoamid tereduksi. 4. Siklus ini selesai jika lipoamid tereduksi direoksidasi oleh flavoprotein, yangmengandun g FAD, pada kehadiran dihidrolipoil dehidrogenase. Akhirnyaflavoprotein tereduksi ini dioksidasi oleh NAD+, yang akhirnya memindahkanekuivalen pereduksi kepada rantai respirasi. +

+

Piruvat + NAD  + KoA  Asetil KoA + NADH + H + CO2

3. Siklus asam sitrat Siklus ini juga sering disebut sebagai siklus Kreb’s dan siklus asam trikarboksilat dan  berlangsung di dalam mitokondria. Siklus asam sitrat merupakan jalur bersama oksidasi karbohidrat, lipid dan protein. Siklus asam sitrat merupakan rangkaian reaksi yang menyebabkan katabolisme asetil KoA, dengan membebaskan sejumlah ekuivalen hidrogen yang pada oksidasi menyebabkan  pelepasan dan penangkapan sebagaian besar energi yang tersedia dari bahan baker jaringan, dalam bentuk ATP. Residu asetil ini berada dalam bentuk asetil-KoA (CH3-CO∼KoA, asetat aktif), suatu ester koenzim A. Ko-A mengandung vitamin asam pantotenat.

Fungsi utama siklus asam sitrat adalah sebagai lintasan akhir bersama untuk oksidasi karbohidrat, lipid dan protein. Hal ini terjadi karena glukosa, asam lemak dan banyak asam amino dimetabolisir menjadi asetil KoA atau intermediat yang ada d alam siklus tersebut. 4. Glikogenesis Glikogenesis merupakan proses pembentukan glikogen, reaksi-reaksi kimianya yaitu sebagai berikut : pertama, glukosa 6-fosfat menjadi glukosa 1-fosfat, kemudian zat ini diubah menjadi uridin di fosfat glukosa, yang kemudian diubah menjadi glikogen. Beberapa enzim spesifik dibtuhkan untuk menimbulkan perubahan ini, dan setiap monosakarida yang dapat diubah menjadi glukosa jelas dapat masuk ke dalam reaksi ini dan, senyawa tertentu yang lebih kecil, termasuk asam laktat, gliserol, asam piruvat dan beberapa asam amino yang telah mengalami deaminasi, juga dapat diubah menjadi glukosa atau senyawa sejenis dan kemudian diubah menjadi glikogen. 5. Glikogenolisis Glikogenolisis berarti pemecahan glikogen menjadi bentuk glukosa di dalam sel. Glikogenolisis tidak terjadi dengan membalikkan reaksi kimia yang sama untuk membentuk glikogen, sebagai gantinya setiap molekul glukosa yang berurutan pada setiap cabang polimer glikogen dipisahkan dengan prosesfosforilasi, dikatalisis oleh fosforilase. Dalam keadaan istirahat fosforilase berada dalam bentuk tidak aktif sehingga glikogen dapat disimpan dan tidak diubah kembali menjadi glukosa. Oleh karena itu, bila diperlukan untuk mengubah kembali glikogen menjadi glukosa, fosforilase harus diaktifkan terlebih dahulu. Hal ini dilakukan dengan 2 jalan, yaitu : 

Pengaktifan Fosforilase oleh Epinefrin dan Glukagon



Transpor glukosa Keluar Sel Hati

6. Glukoneogenesis Pada dasarnya glukoneogenesis adalah sintesis glukosa dari senyawa bukan karbohidrat, misalnya asam laktat dan beberapa asam amino. Proses glukoneogenesis berlangsung terutama dalam hati. Asam laktat yang terjadi pada proses glikolisis dapat dibawa oleh darah ke hati. Di

sini asam laktat diubah menjadi glukosa kembali melalui serangkaian reaksi dalam suatu proses yaitu glukoneogenesis (pembentukan gula baru). Glukoneogenesis yang dilakukan oleh hati atau ginjal, menyediakan suplai glukosa yang tetap.Kebanyakan karbon yang digunakan untuk sintesis glukosa akhirnya berasal dari katabolisme asam amino. Laktat yang dihasilkan dalam sel darah merah dan otot dalam keadaan anaerobik juga dapat berperan sebagai substrat untuk glukoneogenesis. Glukoneogenesis mempunyai banyak enzim yang sama dengan glikolisis, tetapi demi alasan termodinamika dan  pengaturan, glukoneogenesis bukan kebalikan dari proses glikolisis karena ada tiga tahap reaksi dalam glikolisis yang tidak reversibel, artinya diperlukan enzim lain un tuk reaksi kebalikannya. glukokinase

1. Glukosa + ATP Glukosa-6-fosfat + ADP fosfofruktokinase

2. Fruktosa-6-fosfat + ATP fruktosa-1,6-difosfat + ADP piruvatkinase

3. Fosfenol piruvat + ADP asam piruvat + ATP

E. Peranan Karbohidrat

Fungsi primer dari karbohidrat adalah sebagai cadangan energi jangka pendek (gula merupakan sumber energi). Fungsi sekunder dari karbohidrat adalah sebagai cadangan energi  jangka menengah (pati untuk tumbuhan dan glikogen untuk hewan dan manusia). Fungsi lainnya adalah sebagai komponen struktural sel.