KARBOHIDRAT Karbohidrat merupakan molekul yang banyak terdapat di alam. Pembentukan karbohidrat melalui proses fotosintesis dan merupakan sumber energi hayati dari hasil konversi energi matahari ke dalam bentuk energi kimia. Karbohidrat selain sebagai sumber utama energi organisme hidup, juga merupakan sumber karbon untuk sintesis biomolekul dan sebagai bentuk energi polimerik.
A. SUSUNAN DAN PENGGOLONGAN KARBOHIDRAT Karbohidrat berasal dari hidrat suatu karbon dengan rumus empiris Cx(H2O)y, merupakan polihidroksi-aldehid (-C=O) polihidroksi–keton (-C-C=O(COH) dan turunannya lihat Gambar 14.3.
Gambar 14.3. Karbohidrat dan Gugus fungsional yang ada dalam karbohidrat Karbohidrat yang dibangun oleh polihdroksi dan gugus aldehid disebut dengan aldosa, sedangkan yang disusun oleh polihidroksi dan gugus keton dikenal dengan ketosa.
Molekul karbohidrat yang paling sederhana adalah polihidroksi aldehida dan polihidroksi keton yang empunyai tiga hingga enam atom karbon. Atom C memiliki kerangka tetrahedral yang membentuk sudut 105,9oC menyebabkan molekul karbohidrat cukup sulit berbentuk rantai lurus. Berdasarkan kerangka tetrahedral inilah, molekul polihidroksi ini lebih stabil dalam struktur siklik perhatikan Bagan 14.4.
Bagan 14.4. Rantai lurus dan bentuk siklik dari karbohidrat
B. PENGGOLONGAN KARBOHIDRAT Karbohidrat digolongkan menjadi 3 antara lain: 1.
Monosakarida Karbohidrat paling sederhana yang tidak dapat dipecah menjadi karbohidrat lain yang lebih sederhana. Monosakarida dapat berupa Aldosa (polihidroksialdehida) atau Ketosa (Polihidroksiketon) Gugus Aldehid (-CHO)
Aldosa Gugus Hidroksil Monosakarida dapat berupa
Gugus Keton (-CO-) Ketosa Gugus Hidroksil
Penggolongan Monosakarida menurut jumlah atom karbon dalam molekulnya
Triosa : mengandung 3 atom karbon (C3H6O3)
Tetrosa : mengandung 4 atom karbon (C4H8O4)
Pentosa : mengandung 5 atom karbon (C5H10O5)
Heksosa : mengandung 6 atom karbon (C6H12O6)
Sifat – sifat Monosakarida : 1. Klarutan dalam air, Semua monosakarida merupakan zat padat berwarna putih yang mudah larut dalam air. Hal ini disebabkan adanya gugus-gugus –OH yang polar sehingga antar molekulnya maupun molekul air terbentuk ikatan hydrogen yang kuat. 2. Oksidasi Semua monosakarida, baik aldosa maupun ketosa merupakan reduktor sehinga disebut gula pereduksi. Larutan monosakarida bereaksi positif dengan pereaksi Fehling dan Benedict, maupun dengan pereaksi Tollens. Pereaksi Benedict digunakan mendeteksi glukosa dalam darah atau dalam urine. Monosakarida yang umum dikenal mempunyai rumus empiris (CH2O)n, dimana n = 3 atau jumlah yang lebih besar lainnya. Kerangka monosakarida adalah rantai karbon berikatan tunggal yang tidak bercabang. Satu diantara atom karbon berikatan ganda terhadap suatu atom oksigen membentuk gugus karbonil, masing-masing atom karbon lainnya berikatan dengan gugus hidroksil. Jika gugus karbonil berada pada ujung rantai karbon, monosakarida tersebut adalah suatu aldosa, dan jika gugus karbonil berada pada posisi lain, monosakarida tersebut adalah suatu ketosa. Reaksi Oksidasi Aldosa dan ketosa
H
O
CH2OH
C ↔
C=O
H
O
HO
C H
H-C-OH
C
[O] OH
O C
H
C
OH
3. Reduksi Reduksi gugus karbonil (gugus aldehid atau keton) dari monosakari dan menghasilkan alcohol polivalen yang disebut alditol. Penggolongan monosakarida: 1. Glukosa Glukosa merupakan komponen utama gula darah sehingga glukosa sering disebut gula darah (dektrosa). Kadar glukosa dalam darah orang dewasa sehat setelah beberapa jam puasa adalah 70-100 mg/100ml. jika kadar gula terlalu tinggi ginjal tidak dapat mengambil semuanya ke dalam darah, melainkan akan masuk kedalam urine. Kadar gula yang masih dapat diproses oleh ginjal sebesar 160-180 mg/100ml. Gula yang melebihi kebutuhan dalam darah dapat dihilangkan melalui dua cara, yaitu mengubahnya dalam bentuk glikogen atau lemak. Hati dapat menyimpan 70-110 gram glikogen, dan otot secara keseluruhan menyimpan sekitar 170-250 gram glikogen. Jika otot kekurangan glukosa maka glikogen otot dapat segera diubah menjadi glukosa. Jika darah kekurangan glukosa, maka glikogen dalam hati yang dihidrolisis menbentuk glukosa. Struktur glukosa O C
H
H
C
OH
OH
C
H
H
C
OH
H
C
OH
CH2OH 2. Fruktosa Jenis monosakarida yang kedua adalah fruktosa (kadang-kadang disebut juga levulosa karena larutanya merupakan pemutar kiri), dapat kita temui pada buah-buahan, sayuran, madu dan gula tebu.
CH2OH C
O
HO
C
H
H
C
OH
H
C
OH
Fruktosa
3. Ribosa dan 2-dioksiribosa Merupakan gula pentose yang membentuk RNA dan DNA. O
O
C
H
C
H
H
C
OH
H
C
H
H
C
OH
H
C
OH
H
C
OH
H
C
OH
CH2OH Ribosa
CH2OH 2-deoksiribosa
2. Disakarida Terbentuk dari kondensasi 2 molekul monosakarida. Ikatan yang menghubungkan unit- unit monosakarida dalam disakarida atau pun polisakarida disebut ikatan glikosida. Pembentukan ikatan glikosida melibatkan 2 gugus –OH dengan melepaskan 1 molekul air. Disakarida terdiri atas sukrosa, laktosa dan maltosa. Sukrosa banyak terdapat pada makanan dan dapat kita temukan pada gula, yang dapat kita peroleh dari gula jagung atau gula bit. Sukrosa terbentuk dari glukosa dan fruktosa. Jenis disakarida yang kedua yaitu laktosa. Laktosa disebut juga gula susu. dapat kita temukan hanya pada susu hewan menyusui dan Air Susu Ibu (ASI). Laktosa terbentuk dari galaktosa dan glukosa. Maltosa adalah jenis disakarida yang ketiga. Maltosa dihasilkan dari hasil pemecahan zat tepung. Maltosa terbentuk dari dua molekul glukosa.
Disakarida menghasilkan dua molekul monosakarida yang sama atau berbeda bila mengalami hidrolisis, misalnya: Maltosa------->Glukosa+Glukosa Laktosa------->Glukosa+Galaktosa Sukrosa------->Glukosa+Fruktosa Oligosakarida menghasilkan 3-6 molekul monosakarida bila mengalami hidrolisis, misalnya Maltotriosa------->3 residu Glukosa Rafinosa--------->Galaktosa+galaktosa+Fruktosa Stakiosa--------->Galaktosa+Glukosa+Fruktosa 3. Polisakarida Jenis polisakarida yang penting dalam ilmu gizi adalah zat tepung, dekstrin, glikogen dan selulosa. Zat tepung (amilum) adalah zat gizi yang penting untuk manusia. Zat tepung dapat kita temukan pada biji-bijian, padi-padian, dan umbi-umbian. Ketika zat tepung dicerna dalam tubuh, zat tepung akan diubah pertama-tama menjadi dekstrin, kemudian maltosa, dan yang terakhir glukosa. Jenis polisakarida yang kedua adalah dekstrin. Dekstrin adalah hasil antara zat tepung dan gula. Contohnya ketika roti dibakar, beberapa zat tepung pada roti akan diubah menjadi dekstrin. Jenis polisakarida yang ketiga adalah Glikogen. Glikogen dinamakan juga pati hewan, yaitu bentuk simpanan karbohidrat dari hewan dan manusia. Glikogen disimpan dalam hati, dan sebagian kecil disimpan dalam sel tubuh.
Selulosa adalah jenis polisakarida yang keempat. Selulosa merupakan bagian dari struktur tumbuhan dan tidak dapat larut dalam air. Bagi manusia selulosa sangat penting untuk kesehatan sistem pencernaan. Ada pula jenis polisakarida lain, seperti agar-agar dan pektin. Agar-agar dan pektin sedikit atau bahkan tidak mempunyai nilai gizi. Polisakarida jenis ini dapat larut dalam air dan dapat dicerna oleh tubuh. 2. Karbohidrat Kompleks Polisakarida Karbohidrat kompleks ini dapat mengandung sampai tiga ribu unit gula sederhana yang tersusun dalam bentuk rantai panjang lurus atau bercabang. Jenis-jenis polisakarida ini yakni pati, dekstrin, glikogen, dan polisakarida nonpati. Pati merupakan simpanan karbohidrat dalam tumbuh-tumbuhan dan merupakan karbohidrat utama yang dimakan manusia di seluruh dunia. Pati terutama terdapat dalam padi-padian, biji-bijian, dan umbi-umbian. Jumlah unit glukosa dan susunannya dalam satu jenis pati berbeda satu sama lain, bergantung jenis tanaman asalnya. Bentuk butiran pati ini berbeda satu sama lain dengan karakteristik tersendiri dalam hal daya larut, daya mengentalkan, dan rasa. Amilosa merupakan rantai panjang unit glukosa yang tidak bercabang, sedangkan amilopektin adfalah polimer yang susunannya bercabang-cabang dengan 15-30 unit glukosa pada tiap cabang.
Dekstrin merupakan produk antara pada perencanaan pati atau dibentuk melalui hidrolisis parsial pati. Dekstrin merupakan sumber utama karbohidrat dalam makanan lewat pipa (tube feeding). Cairan glukosa dalam hal ini merupakan campuran dekstrin, maltosa, glukosa, dan air. Karena molekulnya lebih besar dari sukrosa dan glukosa, dekstrin mempunyai pengaruh osmolar lebih kecil sehingga tidak mudah menimbulkan diare. Glikogen dinamakan juga pati hewan karena merupakan bentuk simpanan karbohidrat di dalam tubuh manusia dan hewan, yang terutama terdapat di dalam hati dan otot. Dua pertiga bagian dari glikogen disimpan dalam otot dan selebihnya dalam hati. Glikogen dalam otot hanya dapat digunakan untuk keperluan energi di dalam otot tersebut, sedangkan glikogen dalam hati dapat digunakan sebagai sumber energi untuk keperluan semua sel tubuh. Kelebihan glukosa melampaui kemampuan menyimpannya dalam bentuk glikogen akan diubah menjadi lemak dan disimpan dalam jaringan lemak. Polisakari dan Nonpati/Serat Serat akhir-akhir ini banyak mendapat perhatian karena peranannya dalam mencegah berbagai penyakit. Ada dua golongan serat yaitu yang tidak dapat larut dan yang dapat larut dalam air. Serat yang tidak larut dalam air adalah selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Serat yang larut dalam air
adalah pektin, gum, mukilase, glukan, dan algal.
C. REAKSI DALAM KARBOHIDRAT 1. Uji umum untuk karbohidrat adalah Uji Molisch. Bila larutan karbohidrat diberi beberapa tetes larutan alfa-naftol, kemudian H2SO4 pekat secukupnya sehingga terbentuk dua lapisan cairan, pada bidang batas kedua lapisan itu terbentuk cincin ungu. 2. Gula pereduksi yaitu monosakarida dan disakarida kecuali sukrosa dapat ditunjukkan dengan pereaksi Fehling atau Bennedict. Gula pereduksi bereaksi dengan pereaksi Fehling atau Benedict menghasilkan endapan merah bata (Cu2O). Selain Pereaksi Benedict dan Fehling, gula pereduksi juga bereaksi positif dengan pereaksi Tollens. 3.
Reaksi Seliwanoff (khusus menunjukkan adanya fruktosa). Pereaksi Seliwanoff terdiri dari serbuk resorsinol + HCl encer. Bila fruktosa diberi pereaksi Seliwanoff dan dipanaskan dalam air mendidih selama 10 menit akan terjadi perubahan warna menjadi lebih tua. O
O
║
║
C
H
C
│ (CHOH)4 │
OH
│ + 2CuO Fehling
(CHOH)4 │
CH2OH
CH2OH
Glukosa
as. glukonat
+
Cu2O↓
cermin tembaga
