all about karbohidrat

Pendahuluan 

Secara kimia, karbohidrat adalah senyawa yang tersusun oleh unsur karbon, hidrogen, dan oksigen, dengan rumus empirik Cn(H2O)m. Karbohidrat merupakan senyawa polihidroksi yang memiliki gugus berupa aldehida atau keton.

Karbohidrat yang kita kenal sehari-hari sebagai tepung dan gula banyak terdapat di alam. Ada yang terdapat pada jaringan tubuh hewan maupun dalam tumbuhan.

Berdasarkan jumlah karbohidrat sederhana yang dihasilkan pada proses hidrolisis, karbohidrat dapat digolongkan menjadi monosakarida, disakarida dan polisakarida. Monosakarida merupakan satuan karbohidrat paling sederhana, tidak dapat dihidrolisis menjadi karbohidrat lain yang sederhana. Berdasarkan jumlah atom C dalam molekulnya monosakarida dapat dikelompokkan menjadi:

1. Triosa, monosakarida  yang mengandung 3 atom C
2. Tetrosa, monosakarida  yang mengandung 4 atom C
3. Pentosa, monosakarida  yang mengandung 5 atom C
4. Heksosa, monosakarida  yang mengandung 6 atom C

Monosakarida dapat berikatan satu sama lainnya membentuk dimer, trimer, dan seterusnya dan akhirnya membentuk polimer. Dimer dari monosakarida disebut disakarida. Monosakarida dan disakarida larut dalam air dan umumnya berasa manis. Karbohidrat yang tersusun dari dua sampai delapan monosakarida biasa disebut oligosakarida, sedangkan yang tersusun dari lebih delapan monosakarida disebut polisakarida.

Berdasarkan gugus fungsi yang dikandungnya, karbohidrat dapat dikelompokkan menjadi:

1. Aldosa, karbohidrat yang mengandung gugus fungsi aldehid
2. Ketosa, karbohidrat yang mengandung gugus fungsi keton

Penamaan gabungan (berdasarkan jumlah atom C dan gugus fungsi) biasa dilakukan terhadap karbohidrat. Sebagai contoh, glukosa adalah heksosa yang mengandung gugus fungsi aldehida sehingga merupakan suatu aldoheksosa (aldosa enam karbon) sedangkan ribosa merupakan suatu aldopentosa (aldosa lima karbon). Sementara itu untuk ketosa diberi nama akhiran -ulosa sehingga fruktosa yang merupakan heksosa yang mengandung gugus fungsi keton merupakan suatu heksulosa (ketosa enam karbon).

D-glukosa

D-galaktosa

D-fruktosa

D-ribosa

Fungsi Karbohidrat

Selain sebagai sumber energi, karbohidrat juga berfungsi sebagai cadangan makanan, pemberi rasa manis pada makanan, membantu pengeluaran feses dengan cara mengatur peristaltik usus, penghemat protein karena bila karbohidrat makanan terpenuhi, protein terutama akan digunakan sebagai zat pembangun. Karbohidrat juga berfungsi sebagai pengatur metabolisme lemak karena karbohidrat mampu mencegah oksidasi lemak yang tidak sempurna. 

Monosakarida

Monosakarida adalah karbohidrat yang tidak dapat dihidrolisis menjadi bentuk yang lebih sederhana. Monosakarida meliputi glukosa, galaktosa, fruktosa, manosa, dan lain-lain.

1. Glukosa

Glukosa merupakan suatu aldoheksosa, disebut juga dekstrosa karena memutar bidang polarisasi ke kanan. Glukosa merupakan komponen utama gula darah, menyusun 0,065- 0,11% darah kita.

Glukosa dapat terbentuk dari hidrolisis pati, glikogen, dan maltosa. Glukosa sangat penting bagi kita karena sel tubuh kita menggunakannya langsung untuk menghasilkan energi. Glukosa dapat dioksidasi oleh zat pengoksidasi lembut seperti pereaksi Tollens sehingga sering disebut sebagai gula pereduksi.

D-glukosa

β-D-glukosa

α-D-glukosa

2. Galaktosa

Galaktosa merupakan suatu aldoheksosa. Monosakarida ini jarang terdapat bebas di alam. Umumnya berikatan dengan glukosa dalam bentuk laktosa, yaitu gula yang terdapat dalam susu. Galaktosa mempunyai rasa kurang manis jika dibandingkan dengan glukosa dan kurang larut dalam air. Seperti halnya glukosa, galaktosa juga merupakan gula pereduksi.

D-galaktosa

β-D-galaktosa

α-D-galaktosa

3. Fruktosa

Fruktosa adalah suatu heksulosa, disebut juga levulosa karena memutar bidang polarisasi ke kiri. Merupakan satu-satunya heksulosa yang terdapat di alam.  Fruktosa merupakan gula termanis, terdapat dalam madu dan buah-buahan bersama glukosa.

Fruktosa dapat terbentuk dari hidrolisis suatu disakarida yang disebut sukrosa. Sama seperti glukosa, fruktosa adalah suatu gula pereduksi.

(a)

(b)

Struktur fruktosa: (a) struktur terbuka (b) struktur siklis 

Disakarida

Disakarida adalah karbohidrat yang tersusun dari 2 molekul monosakarida, yang dihubungkan oleh ikatan glikosida. Ikatan glikosida terbentuk antara atom C 1 suatu monosakarida dengan atom O dari OH monosakarida lain. Hidrolisis 1 mol disakarida akan menghasilkan 2 mol monosakarida. Berikut ini beberapa disakarida yang banyak terdapat di alam.

1. Maltosa
Maltosa adalah suatu disakarida dan merupakan hasil dari hidrolisis parsial tepung (amilum). Maltosa tersusun dari molekul α-D-glukosa dan β-D-glukosa.

Struktur maltosa

Dari struktur maltosa, terlihat bahwa gugus -O- sebagai penghubung antarunit yaitu menghubungkan C 1 dari α-D-glukosa dengan C 4 dari β-D-glukosa. Konfigurasi ikatan glikosida pada maltosa selalu α karena maltosa terhidrolisis oleh α-glukosidase. Satu molekul maltosa terhidrolisis menjadi dua molekul glukosa.

2.Sukrosa
Sukrosa terdapat  dalam gula tebu dan gula bit. Dalam kehidupan sehari-hari sukrosa dikenal dengan gula pasir. Sukrosa tersusun oleh molekul glukosa dan fruktosa yang dihubungkan oleh ikatan 1,2 –α.

Struktur sukrosa

Sukrosa terhidrolisis oleh enzim invertase menghasilkan α-D-glukosa dan β-D-fruktosa. Campuran gula ini disebut gula inversi, lebih manis daripada sukrosa.

Jika kita perhatikan strukturnya, karbon anomerik (karbon karbonil dalam monosakarida) dari glukosa maupun fruktosa di dalam air tidak digunakan untuk berikatan sehingga keduanya tidak memiliki gugus hemiasetal.

Akibatnya, sukrosa dalam air tidak berada dalam kesetimbangan dengan bentuk aldehid atau keton sehingga sukrosa tidak dapat dioksidasi. Sukrosa bukan merupakan gula pereduksi.

3.Laktosa
Laktosa adalah komponen utama yang terdapat pada air susu ibu dan susu sapi. Laktosa tersusun dari molekul  β-D-galaktosa dan α-D-glukosa yang dihubungkan oleh ikatan 1,4'-β.

Struktur laktosa

Hidrolisis dari laktosa dengan bantuan enzim galaktase yang dihasilkan dari pencernaan, akan memberikan jumlah ekivalen yang sama dari α-D-glukosa dan β-D-galaktosa. Apabila enzim ini kurang atau terganggu, bayi tidak dapat mencernakan susu. Keadaan ini dikenal dengan penyakit galaktosemia yang biasa menyerang bayi. 

Polisakarida

Polisakarida merupakan polimer monosakarida, mengandung banyak satuan monosakarida yang dihubungkan oleh ikatan glikosida. Hidrolisis lengkap dari polisakarida akan menghasilkan monosakarida. Glikogen dan amilum merupakan polimer glukosa. Berikut beberapa polisakarida terpenting.

1. Selulosa
Selulosa merupakan polisakarida yang banyak dijumpai dalam dinding sel pelindung seperti batang, dahan, daun dari tumbuh-tumbuhan. Selulosa merupakan polimer yang berantai panjang dan tidak bercabang. Suatu molekul tunggal selulosa merupakan polimer rantai lurus dari 1,4’-β-D-glukosa. Hidrolisis selulosa dalam HCl 4% dalam air menghasilkan D-glukosa.

Struktur selulosa

Dalam sistem pencernaan manusia terdapat enzim yang dapat memecahkan ikatan α-glikosida, tetapi tidak terdapat enzim untuk memecahkan ikatan β-glikosida yang terdapat dalam selulosa sehingga manusia tidak dapat mencerna selulosa. Dalam sistem pencernaan hewan herbivora terdapat beberapa bakteri yang memiliki enzim β-glikosida sehingga hewan jenis ini dapat menghidrolisis selulosa. Contoh hewan yang memiliki bakteri tersebut adalah rayap, sehingga dapat menjadikan kayu sebagai makanan utamanya. Selulosa sering digunakan dalam pembuatan plastik. Selulosa nitrat digunakan sebagai bahan peledak, campurannya dengan kamper menghasilkan lapisan film (seluloid).

2. Pati / Amilum
Pati terbentuk lebih dari 500 molekul monosakarida. Merupakan polimer dari glukosa. Pati terdapat dalam umbi-umbian sebagai cadangan makanan pada tumbuhan. Jika dilarutkan dalam air panas, pati dapat dipisahkan menjadi dua fraksi utama, yaitu amilosa dan amilopektin. Perbedaan terletak pada bentuk rantai dan jumlah monomernya.

Amilosa adalah polimer linier dari α-D-glukosa yang dihubungkan dengan ikatan 1,4-α. Dalam satu molekul amilosa terdapat 250 satuan glukosa atau lebih. Amilosa membentuk senyawa kompleks berwarna biru dengan iodium. Warna ini merupakan uji untuk mengidentifikasi adanya pati.

Struktur amilosa

Molekul amilopektin lebih besar dari amilosa. Strukturnya bercabang. Rantai utama mengandung α-D-glukosa yang dihubungkan oleh ikatan 1,4'-α. Tiap molekul glukosa pada titik percabangan dihubungkan oleh ikatan 1,6'-α.

Struktur amilopektin

Hidrolisis lengkap pati akan menghasilkan D-glukosa. Hidrolisis dengan enzim tertentu akan menghasilkan dextrin dan maltosa. 

Identifikasi karbohidrat

Monosakarida dan beberapa disakarida mempunyai sifat mereduksi, terutama dalam suasana basa. Sifat sebagai reduktor ini dapat  digunakan untuk keperluan identifikasi karbohidrat. Sifat mereduksi ini disebabkan oleh adanya gugus aldehid atau keton bebas dalam molekul karbohidrat.  Sifat ini tampak pada reaksi reduksi ion-ion logam misalnya dan ion yang terdapat pada pereaksi-pereaksi tertentu. Beberapa contoh pereaksi yang digunakan untuk mengidentifikasi karbohidrat adalah sebagai berikut :

1. Pereaksi Fehling
Pereaksi ini dapat direduksi selain oleh karbohidrat yang mempunyai sifat mereduksi, juga dapat direduksi oleh reduktor lain. Pereaksi Fehling terdiri atas dua larutan, yaitu larutan Fehling A dan larutan Fehling B. larutan Fehling A adalah larutan CuSO4 dalam air, sedangkan larutan Fehling B adalah larutan garam KNatartrat dan NaOH dalam air. Kedua campuran ini tersimpan terpisah dan baru dicampur menjelang digunakan untuk memeriksa suatu karbohidrat. Dalam pereaksi ini, ion direduksi menjadi ion yang dalam suasana basa akan diendapkan sebagai Cu2O yang berwarna merah bata.

 2. Pereaksi Benedict
Pereaksi ini berupa larutan yang kemudian mengandung kuprisulfat, natriumkarbonat dan natrium sitrat. Glukosa dapat mereduksi ion  dari kuprisulfat menjadi ion yang kemudian mengendap sebagai Cu2O. Endapan yang terbentuk berwarna merah bata.