Sebagian besar senyawa karbon organik di alam berbentuk karbohidrat; disebut juga sakarida (sachar = gula) sebab sebagian besar karbohidrat berwujud gula (Bailey et al, 1995). Fungsi karbohidrat (Nelson et al, 2001):

  1. Sumber utama simpanan energi dan zat antara metabolisme. Pati, glikogen adalah polisakarida yang dengan cepat dimobilisasi untuk membentuk glukosa. Glukosa, glikogen merupakan sumber yang penting untuk energi bagi aktivitas sel; sedangkan ATP merupakan derivat gula yang terfosforilasi.
  2. Kerangka struktur DNA, RNA yaitu ribosa, deoksi ribosa. Fleksibilitas cincin senyawa ini penting untuk penyimpanan dan ekspresi informasi genetika.
  3. Pembentuk struktur sel. Senyawa selulosa, pentosa, glukosamin, kitosan, asam hialuronat merupakan karbohidrat struktural dalam sel.
  4. Unit-unit karbohidrat pada permukaaan sel merupakan peran kunci pada proses pengenalan antar sel; karbohidrat tersebut terikat dengan protein, lipida. Misalkan glikoferin adalah protein integral membran.

Rumus umum karbohidrat Cx(H20)n. Rumus ini tidak tepat benar, contoh C2(H2O)2 = CH3COOH = asam cuka, asam laktat C3H6O3 atau C3(H2O)3 bukan karbohidrat. C5H10O4 (= deoksi ribose), C6H12O5 (= ramnosa), termasuk karbohidrat. Karbohidrat adalah derivat aldehid atau keton dari polihidroksi atau senyawa yang jika dihidrolisis menghasilkan derivat-derivatnya, misalkan sukrosa menghasilkan glukosa dan fruktosa (Fessenden, 1986).

Berdasarkan klasifikasi dikenal monosakarida, oligosakarida (2-8 monosakarida), homopolisakarida, heteropolisakarida, dan derivat sakarida. Yang termasuk oligosakarida antara lain adalah sukrosa, laktosa, maltosa, stakiosa; homopolisakarida antara lain adalah selulosa, amilum, glikogen, dekstrin; heteropolisakarida adalah mukopolisakarida, hemiselulosa, gom arabic; sedangkan derivat sakarida antara lain adalah glukosamin, glukosilamin (Fessenden, 1986).

Monosakarida

Monosakarida yang paling sederhana: gliseraldehid dan dihidroksi aseton; keduanya mempunyai komposisi atom yang sama. Isomer struktural yang berbeda pada lokasi hidrogen dan ikatan rangkap disebut: tautomeri (D-gliseraldehid dan dihidroksi aseton). Kedua tautomer dapat interkonversi melalui intermediate enediol yang tak stabil. Gambar 1 menjelaskan beberapa struktur dasar monosakarida yaitu aldosa dan ketosa. Dapat diamati bahwa gliseraldehid mempunyai 1 atom C asimetris, berarti ada 2 stereoisomer D dan L, sehingga menjadi D-gliseraldehid dan L-gliseraldehid. Dua isomer optik yang merupakan bayangan cermin disebut enantiomer (D-gliseraldehid dan L-gliseraldehid); sedangkan yang bukan bayangan cermin disebut diastereomer (D-treosa dan D-eritrosa). Pasangan diastereomer yang berbeda hanya pada satu atom-atom kiralnya disebut epimer (D-glukosa dan D-galaktosa). Isomer antara α-D-glukosa (OH posisi aksial) dan b-D-glukosa (OH posisi equatorial) disebut anomeri. Suatu monosakarida mrupakan anggota deret-D jika gugus hidroksil pada karbon kiral yang terjauh dari C1 juga terletak sebelah kanan dalam proyeksi Fisher. Adanya 4 atom C kiral pada molekul glukosa, maka terdapat 16 stereoisomer yaitu 8 D-aldoheksosa dan 8 L-aldoheksosa (Nelson et al, 2001).

Gambar 1. Beberapa jenis monosakarida (a) aldosa dan (b) ketosa (Nelson et al, 2001).

Monosakarida dalam bentuk hemiasetal cincin lima anggota disebut furanosa, dan enam anggota disebut piranosa. Monosakarida mengalami mutarotasi sehingga pada pelarutan; D-glukosa dihasilkan campuran a-D-glukopiranosa (36%), b-D-glukopiranosa (64%) (Gambar 2a), dan 0.02% bentuk a-D-glukofuranosa (<1%) dan b-D-glukofuranosa (<1%) (Gambar 2b). D- ribosa berkesetimbangan dalam bentuk a-D-ribopiranosa (20%), b-D-ribopiranosa (56%), a-D-ribofuranosa (6%) dan b-D-ribofuranosa (18%) (Nelson et al, 2001; Fessenden, 1986).


Gambar 2. a. Pembentukan dua bentuk siklik dari D-glucose. Reaksi antara gugus aldehid pada C-1 dan gugus hidroksil pada C-5 membentuk tautan hemiasetal yang menghasilkan dua stereoisomer, anomer α dan β. b. perbedaan struktur yang terbentuk dari pembentukan siklik dari nomor Carbon yang berbeda membuat kesetimbangan berbeda dari D-glucose (Nelson et al, 2001).

Monosakarida dan beberapa disakarida mempunyai sifat mereduksi, terutama dalam suasana basa. Sifat mereduksi disebabkan adanya gugus aldehid atau keton bebas dalam molekul karbohidrat. Sifat ini tampak pada reaksi reduksi ion-ion logam misalnya ion Cu (II) dalam reagen Fehling dan Ag(I) dalam reagen Tollens. Cu(I) yang mengendap dalam suasana basa dan dipanaskan sebagai Cu2O merah bata, dan cermin perak Ag; sedangkan karbohidrat membentuk asam aldonat (a.l asam glukonat, galaktonat). Warna endapan tergantung konsentrasi karbohidrat yang diuji; misalkan jika larutan glukosa 1% terbentuk warna merah bata, dan jika glukosa 0.1 % terbentuk endapan hijau kuning. KNa tartrat dalam Fehling berfungsi mencegah pengendapan Cu(OH)2 atau CuO dalam NaOH. Fruktosa mudah teroksidasi karena dalam larutan basa berada dalam kesetimbangan dengan dua aldehid diastereomerik dan zat antara tautomerik enediol. Hasil oksidasi glukosa adalah asam glukonat (pada C1), asam glukuronat (pada C6), asam glukarat (pada C1 dan C6) (Bailey et al, 1995; dan Fessenden, 1986).

Adanya gugus hidroksil memungkinkan terbentuk ester apabila direaksikan dengan asam. Pembentukan a-D-glukosa 6-fosfat merupakan proses esterifikasi dengan asam fosfat yang berlangsung dalam tubuh kita; proses esterifikasi ini disebut fosforilasi (Fessenden, 1986).

Disakarida

Disakarida (seperti maltosa, laktosa, dan sukrosa) merupakan dua monosakarida yang bergabung secara kovalen dengan ikatan glikosida, yang terbentuk ketika gugus hidroksil dari satu gula bereaksi dengan karbon anomerik dari gula yang lain. Reaksi ini menunjukkan pembentukan asetal dari hemiasetal (seperti glucopyranose) dan alkohol (gugus hidroksil dari molekul gula yang ke dua) (Gambar 3) (Nelson et al, 2001). Ikatan glikosidik dapat dihidrolisis dengan asam namun tidak dapat diputus dengan basa. Disakarida dapat dihidrolisis untuk menghasilkan komponen monosakarida dengan memanaskan dengan larutan asam. Ikatan N-glycosyl membentuk ikatan antara karbon anomerik dari gula dengan atom nitrogen glikoprotein dan nukleotida (Nelson et al, 2001).

Gambar 3. Pembentukan disakarida: maltose dari α-D-glucose dan β-D-glucose

Pada maltosa ikatan glikosidik terjadi pada atom karbon nomor 1 dan atom karbon nomor 4 dari glukosa yang lain. Maltosa diperoleh dari hidrolisis pati oleh asam atau enzim a-1,4-glukan 4-glukanohidrolase dalam liur atau a-1,4-glukan maltohidrolase dalam malt. Karbon anomerik dari satuan kedua glukopiranosa dalam maltosa merupakan bagian dari suatu gugus hemiasetal. Oleh karena masih terdapat OH anomerik, maka terjadi mutarotasi dan terdapat kesetimbangan antara bentuk a, b, dan terbuka; sehingga bersifat mereduksi. a D-maltosa adalah a-D-glukopiranosil (1à4) a-D-glukopiranosa, sedangkan b D-maltosa: a-D-glukopiranosil (1à4) b-D-glukopiranosa. Maltosa dapat dihidrolisis menghasilkan glukosa; dioksidasi oleh air brom menghasilkan asam maltobionat (Nelson et al, 2001).

Laktosa (gula susu) terdapat dalam air susu sekitar 5%. Adanya OH anomerik mengakibatkan terdapatnya dalam bentuk kesetimbangan antara bentuk a, b, dan terbuka; dan bersifat mereduksi. a-D-laktosa adalah b-D-galaktopiranosil (1à4) a-D-glukopiranosa, sedangkan b-D-laktosa: b-D-galaktopiranosil (1à4) b-D-glukopiranosa. Laktosa terhidrolisis oleh laktase dari sel mukosa usus, membentuk D-galaktosa dan D-glukosa (Nelson et al, 2001).

Sukrosa terdiri dari a-D-glukosa dan b-D-fruktosa dengan ikatan C1 –C2 (a-D-glukopiranosil (1à2) b-D-fruktofuranosa. Ikatan glikosidik menghubungkan karbon ketal dari b-D-fruktosa dan asetal dari a-D-glukosa, oleh karena itu sukrosa dalam air tidak berada dalam kesetimbangan dengan bentuk aldehid atau keto. Sukrosa bukanlah gula pereduksi, dan tidak mengalami mutarotasi. Sukrosa mempunyai rotasi jenis [a] = + 66.50; sedangkan hasil hidrolisis asam atau invertase, dihasilkan campuran D-glukosa [a] = + 52.70 dan D-fruktosa [a] = – 92.40 yang disebut ”gula invert” (Bailey et al, 1995).

Polisakarida

Selulosa merupakan homopolisakarida linier yang tidak bercabang, terdiri dari 10.000 atau lebih unit b-D-glukosa yang dihubungkan oleh ikatan glikosidik 1,4. Antar rantai selulosa secara paralel dipersatukan oleh ikatan hidrogen. Adanya ikatan hidrogen antar dan intermolekular mengakibatkan selulosa sulit dihidrolisis oleh asam; sedangkan dengan asam pekat panas akan terhidrolisis membentuk selubiosa dan D-glukosa. Selulosa tak mempunyai karbon hemiasetal (hanya pada satu ujung tiap molekul selulosa), oleh karenanya tidak dapat mengalami mutarotasi (Fessenden, 1986).

Granula pati (= amilum = glukosan) mengandung 2 polisakarida yaitu amilosa dan amilopektin. Amilosa larut dalam air panas, sedangkan amilopektin tidak larut. Amilosa adalah polimer a-D-glukosa ikatan 1,4, membentuk spiral dari rantai lurus tidak bercabang; sedangkan amilopektin terdiri dari a-D-glukosa ikatan 1,4 dan bercabang dengan ikatan 1,6 pada tiap 24-30 molekul glukosa. Hidrolisis amilosa dengan a-amilase membentuk glukosa, maltosa dan oligosakarida lain; sedangkan dengan b-amilase membentuk maltosa. Hidrolisis amilopektin dengan a-amilase membentuk glukosa, maltosa, dan oligosakarida percabangan 1,6; sedangkan dengan b-amilase membentuk dekstrin yaitu maltosa dan oligosakarida percabangan 1,6. Pada uji yod, amilosa menghasilkan warna biru, sedangkan amilopektin warna ungu (Fessenden, 1986).

Glikogen terdapat di hati dan otot sebagai cadangan karbohidrat dan mempunyai bentuk ikatan seperti amilopektin; terdiri dari a-D glukosa ikatan 1,4 dan 1,6 pada tiap 12-18 molekul glukosa. Glikogen tidak bersifat mereduksi, tidak larut dalam air, dan pada uji yod berwarna coklat. Seperti pada amilopektin, pencernaan oleh a-amilase terhadap glikogen dihasilkan limit dekstrin yang terdiri dari glukosa, maltosa, dan oligosakarida percabangan 1,6; sehingga dibutuhkan maltase dan a(1à6)-glukosidase (disebut pula isomaltase) untuk menghasilkan glukosa (Fessenden, 1986)..

Derivat Sakarida

Contoh derivat sakarida adalah gula amino. Jika gugus OH yang diganti oleh gugus amino adalah pada OH glikosidik, disebut glikosilamin (misalkan ribosilamin), dan jika bukan OH glikosidik disebut glikosamin. Contoh glukosaminglikan adalah NAG (N-asetil glukosamin) dan NAM (N-asetil muramat) berikatan b-1,4 pada dinding sel bakteri. Kondroitin sulfat jaringan ikat tulang rawan, adalah polimer D-glukuronat dan N-asetil galaktosamin-6-sulfat; keratin sulfat adalah polimer galaktosa dan N- asetil galaktosamin (Bailey et al, 1995).

1 Komentar pada “Metabolit Primer: Karbohidrat”

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *