KARBOHIDRAT

Rini Prastiwi

Pendahuluan

• 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

• Biomolekul yang paling banyak ditemukan di alam

• Dari namanya molekul yang terdiri dari carbon (C) dan hydrate (air H2O)

• Mempunyai rumus molekul (CH2O)n untuk monosakarida

• Disintesis dari CO2 dan H2O dlm proses fotosintesis

• Dikenal juga sebagai sakarida

Klasifikasi

Berdasar kompleksitasnya, dapat dibagi menjadi 3 golongan– Monosakarida karbohidrat

tunggal– Oligosakarida karbohidrat

yg tersusun dr bbrp monosakarida (3-10 ubit skarida)

Disakarida (terdiri atas 2 unit gula

– Polisakarida karbohidrat yang tersusun dr lebih dari 10 monosakarida

FungsiDidalam organisme memiliki berbagai peranan:

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.• Simpanan energi, bahan bakar dan senyawa antara metabolisme

Pati, glikogen dgn cepat dpt diubah mjd glukosa• Bagian dr kerangka struktural pembentuk RNA dan DNA gula

ribosa dan deoksiribosa• Elemen struktural pd dinding sel tanaman, bakteri & eksoskleleton

Arthropoda polisakarida• Identitas sel berikatan dgn protein atau lipid dan berfungsi dlm

proses pengenalan antar sel (cell-cell recognition) oligosakarida

Monosakarida

Memiliki atom karbon 3 sampai 7 Setiap atom karbon memiliki gugus

hidroksil, keton atau aldehida. Setiap molekul monosakarida memiliki

1 gugus keton atau 1 gugus aldehida Gugus aldehida selalu berada di atom C

pertama Gugus keton selalu berada di atom C kedua

Monosakarida

• Gula paling sederhana• Rumus molekul (CH2O)n

• Terdapat dalam 2 bentuk– Aldosa– Ketosa

• Monosakarida plg sederhana mempunyai jumlah karbon 3 gliseraldehid dan dihidroksiaseton

• Monosakarida yang paling umum adalah heksosa

• Di alam biasa terdapat dlm konformasi D

Monosakarida

Aldosa (mis: glukosa) memiliki gugus aldehida pada salah satu ujungnya.

Ketosa (mis: fruktosa) biasanya memiliki gugus keto pada atom C2.

C

C OHH

C HHO

C OHH

C OHH

CH2OH

D-glucose

OH

C HHO

C OHH

C OHH

CH2OH

CH2OH

C O

D-fructose

Monokarida dapat dikelompokkan berdasar jumlah carbon penyusunnya :

 n Category

3 Triose

4 Tetrose

5 Pentose

6 Hexose

7 Heptose

8 Octose

Pembentukan aldosa 4 karbon

Pembentukan monosakarida 5 karbon

Pembentukan monosakarida 6 karbon

Most common monosacharides

D-gliseraldehid (karbohidrat paling sederhana)

• Karbohidrat ini hanya memiliki 3 atom C (triosa), berupa aldehid (aldosa) sehingga dinamakan aldotriosa.

• D-gliseraldehid (perhatikan bahwa gula ini hanya memiliki 3 atom C sehingga disebut paling sederhana)

D-glukosa • Glukosa merupakan aldoheksosa, yang sering kita

sebut sebagai dekstrosa, gula anggur ataupun gula darah. Gula ini terbanyak ditemukan di alam.

• Glukosa terdapat di dalam darah, sumber ATP dlm respirasi seluler

• Tersimpan dalam bentuk polimer: pati dan glikogen

Sifat dan kegunaan glukosa:

• Kristal monohidrat

• Larut dalam air, rasa manis 25% lebih rendah dibanding sukrosa (gula pasir)

Kegunaan :

Sumber energi,pemasok karbon, industri farmasi anti-koagulan untuk menyimpan darah, masukan secara oral, injeksi sub-kutan dan intra vena

D-fruktosa

• Gula ini berbeda dengan gula yang lain karena merupakan ketoheksosa.

• Gula dalam madu dan buah-buahan

• Juga berasal dari hasil hidrolisis sukrosa

Sifat dan kegunaan fruktosa:

• Kristal tidak berwarna atau serbuk putih tidak berbau dan berasa manis.

• Terdapat pada buah yang berasa manis dan madu, atau hidrolisin inulin, inversi larutan sukrosa dalam air.

• Lebih manis dibanding sukrosa (sukrosa 100, fruktosa 173)

Kegunaan :Nutrisi parenteral

D-galaktosa

• Gula ini tidak ditemukan tersendiri pada sistem biologis, namun merupakan bagian dari disakarida laktosa.

• Galaktosa dikenal sebagai gula dalam susu dan yoghurt sebagai bagian dr laktosa

• Terdapat dlm polimer sbg agar

Xylosa• Xylosa (wood sugar) , diperoleh dengan

mendidihkan bonggol jagung (corn cob), jerami (straw).

• Rasa manis

• Sebagai bahan diagnostik untuk mengevaluasi absorbsi di usus

Arabinosa• Arabinosa (pectin sugar)

diperoleh dari gum, dari tanaman acasia, mesquite atau cherry gum

• Merupakan kristal dengan jarak lebur 157-160o C. larut dalam air (1:1)

• Kegunaan sebagai pereaksi fermentasi pada kultur media preparat mikrobiologi

D-ribosa

• 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 penyusun kerangka DNA.

Most common disacharides

β-maltosa

• Disakarida ini tak ditemukan di alam kecuali pada kecambah padi-padian. Maltosa merupakan gabungan dari 2 molekul glukosa.

• Maltosa : hasil hidrolisis pati terdiri dari 2 glukosa yg terikat dgn ikatan α 1-4

• Hidrolisis maltase β-maltosa (ikatan antara kedua monosakarida merupakan ikatan C1-

4. Atom C nomor 1 yang tak berikatan dengan glukosa lain dalam posisi beta)

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.

• β-laktosa (ikatan antara kedua monosakarida merupakan ikatan C1-4)

Sifat dan kegunaan laktosa :

• Serbuk tidak berbau, rasa agak manis, larut dalam air, sedikit larut dalam etanol, tidak larut dalam kloroform.kurang manis dibanding dengan sukrosa.

• Bahan makanan untuk bayi

• Bahan pengisi tablet.

Sukrosa

• Sukrosa merupakan gula terbanyak yang bisa didapatkan dari tumbuhan. Tumbuhan yang banyak dimanfaatkan karena kandungan sukrosa adalah tebu dan bit.

Sukrosa (berbeda dengan maltosa dan laktosa, ikatan yang menghubungkan kedua monosakarida adalah ikatan C1-2)

Sifat-sifat sukrosa :

• Kristal berbentuk kubus, tidak berbau, tidak berwarna, rasa manis, stabil di udara, bereaksi netral terhadap lakmus, mudah larut dalam air dan sukar larut dalam alkohol.

• Memberikan rasa manis pada sediaan. Kadar lebih dari 60% ---> pengawet

Oligosakarida

Ikatan glikosida antar monosakarida akan membentuk oligosakarida dan polisakarida

Oligosakarida yg paling sederhana Disakarida

Ikatan alpha

Dlm proses penggabungan 2 monomer tst H2O akan dibebaskan

C12H22O11 =

2 C6H12O6 − H2O

32

• Ikatan glikosida terbentuk dari eliminasi air antara gugus hidroksil dari suatu monosakarida berbentuk siklis dengan gugus hidroksil senyawa yang lain.

IKATAN BETA

34

35

36

KARBOHIDRAT 2

Polisakarida

• Merupakan polimer unit monosakarida

• Unit monomer bisa :– homopolisakarida– heteropolisakarida

• Berbeda antara satu dgn yg lain pada unit penyusunnya, ikatan yg menghubungkan, rantai cabang yg terbentuk

Common polysacharides

Polysaccharide

Glycogen

Cellulose

Chitin

Amylopectin

Amylose

Monomeric

D-Glucose

D-Glucose

N-Acetyl-D-glucosamine

D-Glucose

D-Glucose

Linkages

α 16 branches

β14

β14

α 16 branches

α 1 4

Pati• Merupakan polimer glukosa• Terdiri dari 2 macam polisakarida

– Amilosa tidak bercabang– Amilopektin byk cabang C 1-6 setiap 10-30

residu

• Hidrolisis amilase (endoglikosidase)• Tidak larut dalam air, sehingga banyak

digunakan sbg bentuk simpanan karbohidrat pd tanaman.

H O

OH

H

OHH

OH

CH 2 OH

HO H

H

OHH

OH

CH 2 OH

H

O

HH H O

OH

OHH

OH

CH 2 OH

HH H O

H

OHH

OH

CH 2 OH

H

OH

HH O

OH

OHH

OH

CH 2 OH

H

O

H

1

6

5

4

3

1

2

a m y lo s e

Glikogen• Polimer glukosa dengan struktur yg mirip

dgn amilopektin tp byk cabang (setiap 8 residu) dan lebih pendek

• Terdapat di hewan sebagai bentuk simpanan karbohidrat ktk dibutuhkan energi dipecah mjd glukosa glicogenolisis

• Tersimpan dlm hati dan otot

H O

OH

H

OHH

OH

CH 2OH

HO H

H

OHH

OH

CH 2OH

H

O

HH H O

OH

OHH

OH

CH 2

HH H O

H

OHH

OH

CH 2OH

H

OH

HH O

OH

OHH

OH

CH 2OH

H

O

H

O

1 4

6

H O

H

OHH

OH

CH 2OH

HH H O

H

OHH

OH

CH 2OH

HH

O1

OH

3

4

5

2

glycogen

Sellulosa

• Struktural karbohidrat utama pada tumbuhan berkayu dan berserat

• Polimer D-glukosa linear dgn iktn β14

• Dengan iktn tersebut menyebabkan mempy karakter yg sangat berbeda dgn amilosa

• Bentuk spt fiber / serat lurus dan memanjang

• Setiap residu glukosa membtk pita yang antr satu dgn yg lain saling berputar 180 °

Metabolisme karbohidrat• Karbohidrat siap dikatabolisir menjadi energi jika

berbentuk monosakarida. Energi yang dihasilkan berupa Adenosin trifosfat (ATP).

• Glukosa merupakan karbohidrat terpenting. Dalam bentuk glukosalah massa karbohidrat makanan diserap ke dalam aliran darah, atau ke dalam bentuk glukosalah karbohidrat dikonversi di dalam hati, serta dari glukosalah semua bentuk karbohidrat lain dalam tubuh dapat dibentuk.

• Glukosa merupakan bahan bakar metabolik utama bagi jaringan mamalia (kecuali hewan pemamah biak) dan bahan bakar universal bagi janin. Unsur ini diubah menjadi karbohidrat lain dengan fungsi sangat spesifik, misalnya glikogen untuk simpanan, ribose dalam bentuk asam nukleat, galaktosa dalam laktosa susu, dalam senyawa lipid kompleks tertentu dan dalam bentuk gabungan dengan protein, yaitu glikoprotein serta proteoglikan.

Terdapat beberapa jalur metabolisme karbohidrat baik yang tergolong sebagai katabolisme maupun anabolisme, yaitu glikolisis, oksidasi piruvat, siklus asam sitrat, glikogenesis, glikogenolisis serta glukoneogenesis.

Secara ringkas, jalur-jalur metabolisme karbohidrat dijelaskan sebagai berikut:

• Glukosa sebagai bahan bakar utama akan mengalami glikolisis (dipecah) menjadi 2 piruvat jika tersedia oksigen. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP.

• Selanjutnya masing-masing piruvat dioksidasi menjadi asetil KoA. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP.

• Asetil KoA akan masuk ke jalur persimpangan yaitu siklus asam sitrat. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP.

• Jika sumber glukosa berlebihan, melebihi kebutuhan energi kita maka glukosa tidak dipecah, melainkan akan dirangkai menjadi polimer glukosa (disebut glikogen). Glikogen ini disimpan di hati dan otot sebagai cadangan energi jangka pendek. Jika kapasitas penyimpanan glikogen sudah penuh, maka karbohidrat harus dikonversi menjadi jaringan lipid sebagai cadangan energi jangka panjang.

• Jika terjadi kekurangan glukosa dari diet sebagai sumber energi, maka glikogen dipecah menjadi glukosa. Selanjutnya glukosa mengalami glikolisis, diikuti dengan oksidasi piruvat sampai dengan siklus asam sitrat.

• Jika glukosa dari diet tak tersedia dan cadangan glikogenpun juga habis, maka sumber energi non karbohidrat yaitu lipid dan protein harus digunakan. Jalur ini dinamakan glukoneogenesis (pembentukan glukosa baru) karena dianggap lipid dan protein harus diubah menjadi glukosa baru yang selanjutnya mengalami katabolisme untuk memperoleh energi.

Beberapa jalur metabolisme karbohidrat

Glikolisis

• Glikolisis berlangsung di dalam sitosol semua sel. Lintasan katabolisme ini adalah proses pemecahan glukosa menjadi:

• asam piruvat, pada suasana aerob (tersedia oksigen)• asam laktat, pada suasana anaerob (tidak tersedia oksigen)• Glikolisis merupakan jalur utama metabolisme glukosa agar

terbentuk asam piruvat, dan selanjutnya asetil-KoA untuk dioksidasi dalam siklus asam sitrat (Siklus Kreb’s). Selain itu glikolisis juga menjadi lintasan utama metabolisme fruktosa dan galaktosa.

• Keseluruhan persamaan reaksi untuk glikolisis yang menghasilkan laktat adalah:

• Glukosa + 2ADP +2Pi 2L(+)-Laktat +2ATP +2H2O

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 -keto glutarat dehidrogenase pada siklus asam sitrat.

• 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.

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-COKoA, 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 dalam siklus tersebut.

Glikogenesis

• Tahap pertama metabolisme karbohidrat adalah pemecahan glukosa (glikolisis) menjadi piruvat. Selanjutnya piruvat dioksidasi menjadi asetil KoA. Akhirnya asetil KoA masuk ke dalam rangkaian siklus asam sitrat untuk dikatabolisir menjadi energi.

• Proses di atas terjadi jika kita membutuhkan energi untuk aktifitas, misalnya berpikir, mencerna makanan, bekerja dan sebagainya. Jika kita memiliki glukosa melampaui kebutuhan energi, maka kelebihan glukosa yang ada akan disimpan dalam bentuk glikogen. Proses anabolisme ini dinamakan glikogenesis.

Glikogenolisis

• Jika glukosa dari diet tidak dapat mencukupi kebutuhan, maka glikogen harus dipecah untuk mendapatkan glukosa sebagai sumber energi. Proses ini dinamakan glikogenolisis. Glikogenolisis seakan-akan kebalikan dari glikogenesis, akan tetapi sebenarnya tidak demikian. Untuk memutuskan ikatan glukosa satu demi satu dari glikogen diperlukan enzim fosforilase. Enzim ini spesifik untuk proses fosforolisis rangkaian 14 glikogen untuk menghasilkan glukosa 1-fosfat. Residu glukosil terminal pada rantai paling luar molekul glikogen dibuang secara berurutan sampai kurang lebih ada 4 buah residu glukosa yang tersisa pada tiap sisi cabang 16.

• (C6)n + Pi (C6)n-1 + Glukosa 1-fosfat Glikogen Glikogen

Glukoneogenesis

• Glukoneogenesis terjadi jika sumber energi dari karbohidrat tidak tersedia lagi. Maka tubuh adalah menggunakan lemak sebagai sumber energi. Jika lemak juga tak tersedia, barulah memecah protein untuk energi yang sesungguhnya protein berperan pokok sebagai pembangun tubuh.

• Jadi bisa disimpulkan bahwa glukoneogenesis adalah proses pembentukan glukosa dari senyawa-senyawa non karbohidrat, bisa dari lipid maupun protein.

Identifikasi Karbohidrat

• Uji Molisch

• Uji Tollens

• Uji Barfoed

• Uji Benedict

• Uji Fehling

• Uji Bial

• Uji selliwanoff

Tugas1. Prinsip dasar reaksi2 karbohidrat !

2. Penggolongan karbohidrat!

3. Bagaimana membedakan gula ini, antara glukosa dan fruktosa !

4. Bagaimana identifikasi gula pereduksi !

5. Bagaimana cara membedakan amilosa dan amilopektin?

6. Sebutkan sumber bahan alam dari karbohidrat ini dan juga cara memperolehnya glukosa, fruktosa, sukrosa, xylosa, laktosa, arabinosa, galaktosa !