BIOKIMIA PANGAN DASAR OLEH AUNG SUMBONO STKIP MUHAMMADIYAH SORONG PAPUA BARAT 4 BAB 4 KARBOHIDRAT

Transkripsi

1 4 BAB 4 KARBIDRAT BIKIMIA AGA DASAR LE AUG SUMB STKI MUAMMADIYA SRG AUA BARAT 4.1 Struktur karbohidrat emahaman struktur umum dari karbohidrat di masa lampau yakni n ( 2 ) n, namun ternyata saat ini fakta menyatakan rumus tersebut hanya berlaku untuk gula sederhana yakni monosakarida, sedangkan untuk oligosakarida dan polisakarida memiliki rumus yang berbeda. erbedaan ini akibat dari pelepasan molekul air pada saat penggabungan monosakarida menjadi oligosakarida atau polisakarida. Karbohidrat yang banyak dijumpai di alam yakni bentuk polisakarida, termasuk di dalamnya glikogen. Karbohidrat dibentuk dari satuan-satuan gula atau disebut sakarida. Sekumpulan sakarida-sakarida membentuk karbohidrat melalui reaksi pelepasan molekul air dan membentuk rangkaian polimer. Rangkaian sakarida-sakarida pembentuk karbohidrat dibagi menjadi beberapa jenis yakni 1). Monosakarida atau sakarida tunggal, 2). Disakarida yakni karbohidrat yang terdiri dari dua monomer sakarida, baik jenis yang sama atau tidak sama. 3). ligosakarida yakni gabungan dari sakarida dengan sakarida melalui ikatan glikosidik. Ikatan glikosidik yakni ikatan yang terjadi antara monosakarida dengan monosakarida yang lain membentuk molekul oligosakarida atau polisakarida. 3). olisakarida yakni gabungan dari banyak molekul sakarida-sakarida Monosakarida Monosakarida dilihat dari jumlah atom karbon sebagai penyususnnya dan letak gugus maka dapat dibagi menjadi; 1). Sakarida dengan jumlah atom karbon sebanyak 3 atom, 2). Sakarida dengan jumlah atom karbon sebanyak 4 atom, 3) Sakarida dengan jumlah atom karbon sebanyak 5 atom, dan 4). Sakarida dengan jumlah atom karbon sebanyak 6 atom. Sakarida yang terbentuk dari 3 atom karbon merupakan jenis sakarida yang paling sederhana. Satu-satunya jenis sakarida dengan jumlah atom karbon sebanyak 3 atom yakni gliseraldehida. Struktur molekul gliseraldehida ditampilkan pada Gambar Gliseraldehida memiliki dua gugus fungsi alkohol dan satu gugus fungsi aldehida. 2 a b c Gambar Struktur molekul gliseraldehida. a) stuktur kimia b) bentuk ball-stick, c) bentuk space-filling.

2 BIKIMIA AGA DASAR LE AUG SUMB STKI MUAMMADIYA SRG AUA BARAT Sakarida yang memiliki jumlah atom karbon sebanyak 4 atom yakni eritrosa dan treosa. Struktur eritrosa dan treosa ditampilkan pada Gambar Eritrosa dan treosa masing-masing memiliki tiga gugus fungsi alkohol dan satu gugus aldehida. Rumus umum dari dua molekul tersebut adalah erbedaan yang ada diantara eritrosa terhadap treosa yakni pada letak gugus. Gugus yang berikatan di atom nomor 2 dan 3 pada eritrosa berada pada bidang yang sejajar sedangkan pada eritrosa berada berseberangan. 2 2 a b c d e f Eritrosa Treosa Gambar 3.2. Struktur sakarida yang memiliki empat atom karbon. a). Stuktur molekul eritrosa, b). Bentuk ball-stick molekul eritrosa, c) Bentuk space-filling molekul eritrosa, d). Stuktur molekul treosa, e). Bentuk ball-stick molekul treosa, f) Bentuk space-filling molekul treosa. Monosakarida yang memiliki lima atom karbon yakni ribosa, arabinosa, xilosa dan liksosa. Ke empat jenis tersebut masing-masing memiliki empat gugus dan satu gugus aldehida. Struktur molekul ribosa, arabinosa, arabinosa dan liksosa ditampilkan pada Gambar a b c d e f Ribosa Arabinosa 2 2 g h i j k l Xilosa Liksosa Gambar Struktur sakarida yang memiliki lima atom karbon. a). Stuktur molekul Ribosa, b). Bentuk ball-stick molekul Ribosa, c) Bentuk space-filling molekul Ribosa, d). Stuktur molekul Arabinosa, e).

3 Bentuk ball-stick molekul Arabinosa, f) Bentuk space-filling molekul Arabinosa. g). Stuktur molekul Xilosa, h). Bentuk ball-stick molekul Xilosa, i) Bentuk space-filling molekul Xilosa, j). Stuktur molekul Liksosa, k). Bentuk ball-stick molekul Liksosa, l) Bentuk spacefilling molekul Liksosa. BIKIMIA AGA DASAR LE AUG SUMB STKI MUAMMADIYA SRG AUA BARAT erbedaan antara ribosa dan arabinosa adalah terletak pada gugus. Gugus pada ribosa terletak pada bidang yang sama sedangkan untuk arabinosa salah satu gugus pada bidang yang tidak sama/berseberangan. Sedangkan perbedaan antara xilosa terhadap liksosa adalah posisi gugus yang yang berseberangan dengan gugus lainnya. 2 2 a b c d e f allosa altrosa 2 2 g h i j k l glukosa mannosa 2 2 m n o p q r gulosa idosa 2 2 s t u v w x galaktosa talosa

4 BIKIMIA AGA DASAR LE AUG SUMB STKI MUAMMADIYA SRG AUA BARAT Gambar Struktur sakarida yang memiliki enam atom karbon. a). Stuktur molekul allosa, b). Bentuk ball-stick molekul allosa, c) Bentuk space-filling molekul allosa, d). Stuktur molekul altrosa, e). Bentuk ball-stick molekul altrosa, f) Bentuk space-filling molekul altrosa. g). Stuktur molekul glukosa, h). Bentuk ball-stick molekul glukosa, i) Bentuk space-filling molekul glukosa, j). Stuktur molekul mannosa, k). Bentuk ball-stick molekul mannosa, l) Bentuk space-filling molekul mannosa, m). Stuktur molekul gulosa, n). Bentuk ball-stick molekul gulosa, o) Bentuk space-filling molekul gulosa, p). Stuktur molekul idosa, q). Bentuk ball-stick molekul idosa, r) Bentuk spacefilling molekul idosa, s). Stuktur molekul galaktosa, t). Bentuk ballstick molekul galaktosa, u) Bentuk space-filling molekul galaktosa, v). Stuktur molekul talosa, w). Bentuk ball-stick molekul talosa, x) Bentuk space-filling molekul talosa. Monosakarida yang memiliki enam atom karbon yakni allosa, altrosa, glukosa mannosa gulosa idosa galaktosa dan talosa. Ke delapan jenis tersebut masing-masing memiliki lima gugus dan satu gugus aldehida. Struktur molekul allosa, altrosa, glukosa mannosa gulosa idosa galaktosa dan talosa ditampilkan pada Gambar 3.4. Monosakarida memiliki atom kiral sehingga dapat membentuk isomer optik yakni isomer bayangan antara satu sama yang lainnya. Bentuk isomer selanjutnya dinamakan bentuk dekstro (d) dan levo (l). Bentuk dektro adalah isomer bayangan cermin dari bentuk levo. Bentuk dekstro dan levo ditampilkan dalam Gambar Gambar 3.5. Bentuk isomer dekstro dan levo Gula yang memiliki lima atau enam atom karbon biasanya membentuk rangkaian rantai tertutup (siklis). embentukan siklis terjadi akibat dari interaksi

5 BIKIMIA AGA DASAR LE AUG SUMB STKI MUAMMADIYA SRG AUA BARAT antara gugus fungsi-gugus fungsi yang ada pada molekul gula tersebut (ditampilkan pada Gambar 3.5 dan 3.6). Gugus fungsi yang berinteraksi yakni gugus fungsi yang terletak pada atom karbon nomor 1 dan 5 atau antara gugus fungsi yang terletak pada atom karbon nomor 2 dengan nomor 5. Atom karbon yang memiliki gugus fungsi untuk berinteraksi dalam pembentukan rantai tertutup menjadi pusat kiral baru yang disebut karbon anomerik. embentukan rangkaian tertutup molekul gula dapat membentuk dua kemungkinan rangkaian yang berbeda yakni bentuk α dan β. Sebuah cincin beranggota lima disebut furanose karena kemiripannya dengan furan; cincin beranggota enam disebut piranosa karena kemiripannya dengan iran. 2 2 Gambar 3.5. Mekanisme pembentukan rangkaian tertutup (siklis) pada molekul gula (berdasarkan royeksi aworth). 2 Bentuk α piran 2 Bentuk β 2 2 Bentuk α Bentuk β Gambar 3.6. Mekanisme pembentukan rangkaian tertutup (siklis) pada molekul gula (berdasarkan royeksi Fischer). Bentuk siklik furanosa (mirip dengan furan) dan piranosa (mirip dengan piran) mendekati bentuk molekul yang sebenarnya. Bentuk cincin furanosa

6 cenderung planar/datar, sedangkan piranosa membentuk formasi kursi. Formasi siklik dengan enam atom karbon ada dua kemungkinan yakni berbentuk kusi atau berbentuk perahu. Kebanyakan bentuk dari monomer sakarida yang memiliki enam atom karbon di alam pada umumnya berbentuk kursi. Bentuk kursi untuk monosakarida yang beranggotakan enam karbon ditampilkan pada Gambar 3.7. BIKIMIA AGA DASAR LE AUG SUMB STKI MUAMMADIYA SRG AUA BARAT 2 a b c Gambar 3.7. Formasi kursi monosakarida enam atom karbon. (a). Stuktur molekul, (b). Bentuk ball-stick, c) Bentuk space-filling Disakarida Disakarida dibentuk dari dua molekul monosakarida melalui ikatan glikosidik. Ikatan glikosidik ini yang membentuk rangkaian oligosakarida dan polisakarida. Ikatan glikosidik terjadi beberapa macam bentuk, karbon anomerik dari suatu monomer terikat pada salah satu gugus di monomer yang lain. Jenis ikatan glikosidik yang ada di polimer karbohidrat yakni ikatan 1-4 α, 1-4 β dan 1-6 α. Beberapa contoh jenis ikatan glikosidik ditampilkan pada Gambar 3.8. penamaan ikatan glikosidik berdasarkan posisi atom karbon yang berikatan dengan oksigen. Ikatan glikosidik terjadi melalui sintesis dehidrasi dengan cara melepaskan satu atom hidrogen dari salah satu monomer sakarida dan satu gugus hidroksil () dari monomer sakarida yang lain. elepasan satu atom hidrogen dan gugus hidroksil () selanjutnya membentuk air. Rekasi hidrolisis pada dua monomer sakarida dapat terjadi berbalik arah atau yang biasa disebut reaksi hidrolisis. Reaksi hidrolisis terjadi dari pemecahan dua monomer yang telah berikatan dengan ikatan glikosidik akibat penambahan molekul air. Reaksi hidrolisis dan hidrasi ditampilkan pada Gambar 3.9. asil penggabungan dua monomer sakarida selanjutnya disebut dengan disakarida. Disakarida yang umum yakni sukrosa, laktosa dan maltosa Sukrosa Sukrosa adalah disakarida yang paling mudah kita kenal yakni gula tebu. Satu molekul sukrosa terdiri dari satu molekul glukosa dan satu molekul fruktosa. Molekul sukrosa ditampilkan pada Gambar Sukrosa memiliki nama berdasarkan IUA adalah (2R,3R,4S,5S,6R)-2-[(2S,3S,4S,5R)-3,4-dihidroksi-2,5- bis(hidroksimetil)oksolan-2-il]oksi-6-(hidroksimetil)oksane-3,4,5-triol dan nama lain yakni α-d-glukopiranosil-(1 2)-β-D-fruktofuranosida; β-d-fruktofuranosil-(2 1)- α-d-glukopiranosida; β-(2s,3s,4s,5r)-fruktofuranosil-α-(1r,2r,3s,4s,5r)- glukopiranosida; α-(1r,2r,3s,4s,5r)-glukopiranosil-β-(2s,3s,4s,5r)- fruktofuranosida. Rumus umum dari sukrosa adalah dengan massa

7 BIKIMIA AGA DASAR LE AUG SUMB STKI MUAMMADIYA SRG AUA BARAT molekul relatif g/mol. Sukroda diperoleh dari tanaman dan tidak diperoleh dari sumber lain. Sukrosa dalam bentuk padatan kristal berwarna putih dan memliki tingkat kelarutan dalam air sebesar 2000 g/l (25 ). ada sukrosa, glukosa dan fruktosa terhubung melalui ikatan antara karbon pertama (1) pada subunit glukosa dengan karbon kedua (2) milik fruktosa. Sukrosa akan meleleh pada suhu 186 (367 F) dan membentuk karamel dan jika terbakar akan menghasilkan karbon dioksida dan air Gambar Molekul sukrosa (a) Molekul, (b) Bentuk kristal Laktosa Laktosa terdiri a dari satu molekul glukosa dan satu molekul b galaktosa yang membentuk ikatan glikosida 1 4-β. ama sistematis laktosa adalah β-dgalaktopiranosil-(1 4)-D-glukosa. Srruktur kimia laktosa ditampilkan pada Gambar Laktosa mempunyai rumus kimia Massa molekul relatif dari laktosa yakni 342,30 g/mol, dengan densitas g/cm 3 Titik lebur 202.8, Titik didih 668.9, Laktosa ditemukan pada susu pada tahun 1619 oleh Fabriccio Bartoletti, dan diidentifikasi sebagai gula pada tahun 1780 oleh arl Wilhelm Scheele. 2 2 Gambar Molekul laktosa Maltosa Maltosa adalah disakarida terbentuk dari dua unit glukosa bergabung dengan ikatan α (1 4), terbentuk dari reaksi kondensasi. Molekul maltosa ditampilkan pada Gambar maltosa memiliki rumus molekul massa molekul relatif sebesar g/mol. Bentuk maltose adalah bubuk putih atau kristal putih dengan densitas 1.54 g/cm 3 dan kelarutan dalam air sebesar g/ml (20 ). ama iupac dari maltosa yakni 2-(hidroksimetil)-6-[4,5,6-trihidroksi-2-(hidroksimetil)oksan-3- il]oksioksana-3,4,5-triol. ama lain dari maltosa yakni 4--α-D-Glucopiranosil-Dglukosa. Sedangkan isomer maltosa yakni isomaltose memiliki dua molekul glukosa dihubungkan melalui ikatan α (1 6). Maltosa adalah anggota kedua dari seri biokimia penting rantai glukosa. Maltosa adalah disakarida dihasilkan dari pemecahan pati oleh amilase. Maltosa ditemukan oleh Irlandia ornelius 'Sullivan pada tahun 1872.

8 BIKIMIA AGA DASAR LE AUG SUMB STKI MUAMMADIYA SRG AUA BARAT 2 2 Gambar Molekul maltosa ligosakarida dan polisakarida ligosakarida adalah polimer karbohidrat terdiri 3-10 monosakarida, atau, gula sederhana. Mereka dihubungkan bersama kebanyakan oleh ikatan -glikosidik melalui reaksi kondensasi antara karbon anomerik dari monosakarida dan yang lainnya. Mereka juga dapat membentuk ikatan glikosidik- di bawah suasana tertentu. ligosakarida dapat berbentuk rantai lurus atau bercabang. ligosakarida berasal dari kata oligo artinya sedikit. ligosakarida adalah salah satu komponen dari serat. ligosakarida yang sering ditemukan sebagai komponen glikoprotein atau glikolipid. oligosakarida dapat bereaksi dengan lipid dan bentuk lipopolisakarida atau saccharolipids. ligosakarida berikatan- juga dapat bereaksi dengan rantai samping dari asam amino terutama Asparagine dari protein untuk membentuk Glycoprotein. Glikoprotein tidak terbentuk pada bagian acak dari protein. Beberapa contoh jenis oligosakarida yakni frikto-oligosakarida/fructooligosakarides (FS) yang ditemukan di banyak sayuran, terdiri dari rantai pendek molekul fruktosa, galakto-oligosakarida/galactooligosaccharides (GS), yang juga terjadi secara alami, dan Mannan-oligosakarida (MS) yang banyak digunakan dalam pakan ternak untuk meningkatkan kesehatan pencernaan, tingkat energi dan kinerja. Senyawa Fructo-oligosakarides (FS) ini dapat hanya sebagian dicerna oleh manusia. Galactooligosaccharides (GS) terdiri dari rantai pendek molekul galaktosa. Mannan oligosakarida/mannan ligosaccharides (MS) biasanya diperoleh dari dinding sel ragi Saccharomyces-cerevisiae. 2 2 FS olisakarida olisakarida terbentuk dari rangkaian banyak monosakarida. Rangkaian polisakarida sama halnya oligosakarida atau pun disakarida terjadi akibat adanya ikatan glikosidik. Ikatan glikosidik pada polisakarida karena reaksi kondensasi. embentukan ikatan glikosidik pada polisakarida dapat menimbulkan rantai polimer lurus atau bercabang yang kompleks. olisakarida yang terbentuk dari gabungan 2 GS 2 n

9 BIKIMIA AGA DASAR LE AUG SUMB STKI MUAMMADIYA SRG AUA BARAT monosakarida yang sejenis disebut homopolisakarida, sedangkan yang terbentuk dari monosakarida-monosakarida yang tidak sama disebut heteropolisakarida. Ikatan glikosidik yang ada di polisakarida dapat berupa glikosidik-α atau glikosidik-β. Ikatan glikosidik α(1 4) membentuk rankaian polimer polisakarida bercabang, sedangkan ikatan glikosidik α(1 6) dan β(1 6) membentuk rangkaian polisakarida rantai lurus. Jenis ikatan yang menghasilkan rangkaian polimer polisakarida rantai lurus dan rantai bercabang ditampilkan pada Gambar Rangkain polimer bercabang antar jenis jenis polimer bervariasi. Suatu misal, polisakarida amilopektin dari tanaman mengandung cabang setiap 30 unit sedangkan polisakarida glikogen dari hewan mengandung cabang kira-kira setiap 10 unit. 2 2 b a c 2 Gambar Jenis ikatan glikosidik yang terjadi pada polisakarida, (a) ikatan glikosidik α(1 4), (b) ikatan glikosidik α(1 6), (c) ikatan glikosidik β(1 6). Berikut adalah jenis-jenis polisakarida yakni pati, glikogen, agarosa, dan selulosa. Sealin itu, beberapa polisakarida kompleks yang memiliki atom tambahan misalnya nitrogen, seperti pektin, kitin, dan lignin ati ati merupakan polimer dari α-d-glukosa. ati memiliki ikatan glikosidik-α dari sambungan rantai cabang. Jenis pati dapat dibedakan satu sama lain berdasarkan rantai percabangannya (Gambar 3.15). Salah satu jenis pati yakni amilosa. Amilosa merupakan polimer linear glukosa, dengan semua residu dihubungkan oleh ikatan α (1 4). Jenis pati lainnya yakni amilopektin. Amilopektin adalah rantai polimer bercabang, dengan cabang-cabang mulai α (1 6) keterkaitan di sepanjang rantai α (1 4). Konformasi yang paling biasa dari amilosa adalah helix dengan enam residu per lilitan n 2 Gambar Molekul amilosa 2

10 BIKIMIA AGA DASAR LE AUG SUMB STKI MUAMMADIYA SRG AUA BARAT 2 2 Gambar Molekul amilopektin Glikogen Glikogen merupakan polimer bercabang-rantai α-d-glukosa, dan dalam hal ini mirip dengan fraksi amilopektin pati. Seperti amilopektin, glikogen terdiri dari rantai berikatan α (1 4) dengan yang berikatan α (1 6) pada titik-titik cabang (Gambar 3.16). abang di glikogen terdapat setiap 10 satuan dan setiap 25 satuan di amilopektin. Dalam glikogen, panjang rantai rata-rata adalah 13 satuan glukosa, dan ada 12 lapisan bercabang. Jumlah titik cabang tidak signifikan karena dua alasan Gambar Molekul glikogen Agarosa Agarosa atau yang biasa disebut agar-agar oleh orang awam adalah zat yang biasanya berupa gel yang diolah dari rumput laut atau alga. Jenis rumput laut yang biasa diolah untuk keperluan ini adalah Eucheuma spinosum (Rhodophycophyta). Beberapa jenis rumput laut dari golongan haeophycophyta (Gracilariadan Gelidium) juga dapat dipakai sebagai sumber agar-agar. Agarosa sebenarnya adalah karbohidrat dengan berat molekul tinggi yang mengisi dinding sel rumput laut. Agarosa merupakan suatu polimer yang tersusun dari monomer galaktosa. Gel terbentuk karena pada saat dipanaskan di air, molekul Agarosa dan air bergerak bebas. Ketika didinginkan, molekul-molekul agarosa mulai saling merapat, memadat dan membentuk kisi-kisi yang mengurung molekul-molekul air, sehingga terbentuk sistem koloid padat-cair. Agarosa apabila dilarutkan dalam air panas dan didinginkan, agar-agar bersifat seperti gelatin: padatan lunak dengan banyak poripori di dalamnya sehingga bertekstur 'kenyal'. Sifat ini menarik secara indrawi

11 sehingga banyak olahan makanan menggunakan baan agarosa: pengental sup, puding (jelly), dan campuran es krim. Agarosa sebagai makanan sehat karena mengandung serat (fiber) lunak yang tinggi dan kalori yang rendah. Kandungan serat lunak yang tinggi membantu melancarkan pembuangan sisa-sisa makanan di usus (laksatif). Molekul agarosa ditampilkan pada Gambar BIKIMIA AGA DASAR LE AUG SUMB STKI MUAMMADIYA SRG AUA BARAT Gambar Molekul agarosa Selulosa Selulosa adalah homopolisakarida lurus dari β-d-glukosa, dan semua berikatan β (1 4) (Gambar. 3.18). Rantai satuan polisakarida terdapat ikatan hidrogen bersama. Ikatan hidrogen ini membuat serat tanaman memiliki karakter yang kuat pada tanaman. * * n Gambar Molekul selulosa ektin ektin disusun polimer asam D-galakturonat, yang terikat dengan α-1,4- glikosidik. ertama kali diisolasi oleh enri Braconnot tahun Asam galakturonat memiliki gugus karboksil yang dapat saling berikatan dengan ion Mg 2 atau a 2 sehingga berkas-berkas polimer "berlekatan" satu sama lain. Ini menyebabkan rasa "lengket" pada kulit. Gambar Molekul pektin Kitin Sebuah polisakarida yang mirip dengan selulosa dalam struktur dan fungsi itin, yang juga merupakan homopolisakarida lurus dengan semua satuan molekul berikatan glikosidik β (1 4). Kitin berbeda dari selulosa dalam sifat unit monosakarida dibanding selulosa. Monomer selulosa adalah β-d-glukosa sedangkan di kitin monomernya adalah -asetil-β-d-glukosamin. Senyawa yang terakhir n

12 berbeda dari glukosa hanya dalam substitusi gugus -asetilamino (--- 3 ) untuk gugus hidroksil (-) pada karbon -2 (Gambar 16,26). Seperti selulosa, kitin memainkan peran struktural dan memiliki cukup banyak kekuatan mekanik karena adanya ikatan hidrogen. BIKIMIA AGA DASAR LE AUG SUMB STKI MUAMMADIYA SRG AUA BARAT * 2 2 Gambar 3. Molekul kitin 4.2 Reaksi-reaksi karbohidrat Reaksi sakarida dari pangan yang sangat berperan dalam biokimia yakni reaksi oksidasi dan reduksi. Reaksi oksidasi sakarida menghasilkan sejumlah energi bagi manusia untuk melakukan aktivitas dan kelangsungan hidup. Reaksi oksidasi yang paling banyak menghasilkan energi yakni reaksi sakarida yang teroksidasi sempurna atau habis bereaksi menjadi karbondioksida ( 2 ) dan molekul air ( 2 ). al itu terjadi pada metabolisme sel manusia. Rekasi lain yang terjadi pada monosakarida yakni reaksi esterifikasi. Reaksi esterifikasi terjadi gugus-gugus hidroksil bereaksi dengan asam dan turunan asam, seperti halnya dengan yang terjadi pada semua senyawa alkohol. Reaksi esterifikasi monosakarida yang terjadi pada manusia yakni pembentukan ester fosfat. Ester fosfat dibentuk dari transfer gugus fosfat dari AT (adenosin trifosfat) untuk memberikan gula terfosforilasi dan AD (adenosin difosfat), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.8. Reaksi ini memainkan peran penting dalam metabolisme. ADESI EZIM 2 3 Gambar 3.8. Reaksi esterifikasi monosakarida. n ADESI 4.3 Fungsi karbohidrat Kebutuhan dasar yang diperlukan tubuh makhluk hidup termasuk manusia disediakan oleh karbohidrat. Salah satu monomer karbohidrat seperti glukosa merupakan nutrien utama untuk sel. Glukosa pada vertebrata mengalir dalam aliran darah sehingga tersedia bagi seluruh sel tubuh. Sel-sel tubuh tersebut menyerap glukosa dan mengambil tenaga yang tersimpan di dalam molekul pada proses respirasi seluler untuk menjalankan sel-sel tubuh. Selain itu, kerangka karbon monosakarida juga berfungsi sebagai bahan baku untuk sintesis jenis molekul organik kecil lainnya, termasuk asam amino dan asam lemak.

13 BIKIMIA AGA DASAR LE AUG SUMB STKI MUAMMADIYA SRG AUA BARAT Karbohidat sebanyak 1 gram yang dikomsumsi sebagai nutrisi untuk manusia memiliki nilai energi 4 Kalori. Menu makanan orang Asia Tenggara termasuk Indonesia umumnya mengandung karbohidrat cukup tinggi, yaitu antara 70 80%. Sumber karbohidrat bahan makanan pada umunya berasal dari padi-padian atau serealia (gandum dan beras), umbi-umbian (kentang, singkong, ubi jalar), gula dan sagu. Selain sebagai sumber energi, karbohidrat juga berfungsi untuk menjaga keseimbangan asam basa di dalam tubuh, berperan penting dalam proses metabolisme dalam tubuh, dan pembentuk struktur sel dengan mengikat protein dan lemak. Beberapa jenis polisakarida berfungsi sebagai materi simpanan atau cadangan, yang nantinya akan dihidrolisis untuk menyediakan gula bagi sel ketika diperlukan. ati merupakan suatu polisakarida simpanan pada tumbuhan. Tumbuhan menumpuk pati sebagai butiran di dalam organel plastida, termasuk kloroplas. Dengan mensintesis pati, tumbuhan dapat menimbun kelebihan glukosa. Glukosa merupakan bahan bakar sel yang utama, sehingga pati merupakan energi cadangan. Sementara itu, hewan menyimpan polisakarida dalam bentuk glikogen. Manusia dan vertebrata lainnya menyimpan glikogen terutama dalam sel hati dan otot. enguraian glikogen pada sel-sel ini akan melepaskan glukosa ketika kebutuhan gula meningkat. amun demikian, glikogen tidak dapat diandalkan sebagai sumber energi hewan untuk jangka waktu lama. Glikogen yang tersimpanan akan terkuras habis hanya dalam waktu sehari kecuali kalau dipulihkan kembali dengan mengkonsumsi makanan. Karbohidrat memainkan sejumlah peran penting dalam biokimia. pertama, karbohidrat sebagai sumber energi utama. Kedua, oligosakarida memainkan peran kunci dalam proses yang terjadi pada permukaan sel, khususnya dalam interaksi selsel dan pengakuan kekebalan tubuh. Selain itu, polisakarida penting struktural komponen beberapa kelas organisme. Selulosa adalah komponen utama dari rumput dan pohon-pohon, dan merupakan bahan pangan yang menyehatkan. Daya cerna tubuh manusia terhadap karbohidrat bermacam-macam bergantung pada sumbernya, yaitu bervariasi antara 90% 98%. Daya cerna karbohidrat menurunkan dapat diturunkan menjadi 85% dengan mengkonsumsi serat selulosa. Serat-serat selulosa mengikis dinding saluran pencernaan dan merangsangnya mengeluarkan lendir yang membantu makanan melewati saluran pencernaan dengan lancar sehingga selulosa disebut sebagai bagian penting dalam menu makanan yang sehat. ontoh makanan yang sangat kaya akan serat selulosa ialah buah-buahan segar, sayur-sayuran, dan biji-bijian. Manusia tidak dapat mencerna selulosa sehingga serat selulosa yang dikonsumsi manusia hanya lewat melalui saluran pencernaan dan keluar bersama feses. Angka kecukupan gizi untuk karbohidrat selama ini belum ada ketentuan yang jelas. al ini, karena banyaknya faktor-faktor penentu, baik dari internal tubuh mau pun aktivitas sesorang. amun demikian, dianjurkan 55-57% konsumsi energi total berasal dari karbohidrat kompleks. Sedangkan, 10% berasal dari gula sederhana. Konsumsi serat di anjurkan gram serat/hari

14 BIKIMIA AGA DASAR LE AUG SUMB STKI MUAMMADIYA SRG AUA BARAT Karbohidrat merupakan komponen penting untuk manusia sehingga apabila kekurangan konsumsi karbohidrat dapat lemah, anemia, berpengaruh terhadap ketidak normalan metabolisme bahan pangan lainnya, sulit tidur, secara tidak langsung menurunkan sistem imun, pada balita akan terjadi pembesaran perut tetapi kurus. amun sebaliknya, dampak kelebihan konsumsi karbohidrat pada beberapa kasus menunjukkan gejala obesitas hingga obesitas kronis. ligosakarida dapat memiliki banyak fungsi; misalnya, mereka biasanya ditemukan pada membran plasma sel hewan di mana mereka dapat memainkan peran dalam pengakuan sel-sel. ligosakarida yang sering ditemukan sebagai komponen glikoprotein atau glikolipid sering digunakan untuk identifikasi sel. ontohnya adalah kekhususan golongan darah AB. Golongan darah A dan B memiliki dua glikolipid oligosakarida berbeda yang tertanam dalam membran sel dari sel-sel darah merah, golongan darah AB memiliki keduanya, sedangkan tipe darah tidak memiliki. ligosakarida mannan (MS) yang banyak digunakan dalam pakan ternak untuk meningkatkan kesehatan pencernaan, tingkat energi dan kinerja. 4.4 Metabolisme karbohidrat Karbohidrat yang dikonsumsi manusia melalui pencernaan (seperti di telah dijelaskan pada Bab 2). Secara kimiawi, proses pemutusan mulai polimer karbohidrat telah terjadi pada awal sistem pencernaan. roses pengunyahan terjadi pemutusan beberapa polimer karbohidrat menjadi rantai yang lebih pendek, bahkan ada yang menjadi monomer. roses pemutusan rantai polimer karbohidrat dibantu oleh adanya enzim amilase. roses selanjutnya dalam saluran pencernaan yakni penghancuran polimer-polimer menjadi rantai yang lebih pendek lagi dibanding dengan hasil proses mengunyah di mulut. Alur metabolisme karbohidrat ditampilkan pada Gambar 3.9. EZIM AMILASE MEKAIK SURT BAKTERI FERMETASI RESIDU AUS AGA BERKARBIDRAT MULUT LAMBUG USUS ALUS USUS BESAR GAS FERMETASI ASAM LAMBUG (l) MSAKARIDA DARA ATI LEMAK ARU-ARU SEL LEMAK Gambar 3.9. Alur metabolisme karbohidrat dalam tubuh

15 BIKIMIA AGA DASAR LE AUG SUMB STKI MUAMMADIYA SRG AUA BARAT Glukosa akan dicerna dalam tubuh dalam reaksi respirasi. Tahapan pertama dalam reaksi respirasi adalah proses glikolisis. Tahapan glikolisis dimulai dari satu molekul glukosa hingga tahap akhirnya yakni akan dihasilkan 2 molekul piruvat. Tahap ini juga akan menghasilkan 2 AT dan menghasilkan dua elektron dan satu hidrogen pada AD sehingga menjadi AD. Tahap ini, tidak membutuhkan oksigen. Jika persediaan oksigen dalam tubuh tidak cukup, maka AD akan digunakan untuk mengubah piruvat menjadi asam laktat atau menjadi etanol dan karbon dioksida. Setiap reaksi pada jalur glikolisis dikatalisis oleh enzim yang berperan spesifik hanya untuk reaksi tersebut. Setiap molekul glukosa yang dimetabolisme pada dua reaksi dalam satu jalur terdapat satu molekul AT yang dihidrolisis. Dalam proses ini, energi yang dilepaskan dalam dua molekul AT terjadi penggabungan reaksi endergonik. Dua reaksi lain masing-masing memproduksi dua molekul AT dari reaksi fosforilasi AD untuk setiap molekul glukosa, sehingga menghasilkan total empat molekul AT. asil akhir dari proses glikolisis diperoleh perbandingan jumlah molekul AT yang digunakan oleh hidrolisis yakni sebanyak dua molekul terhadap jumlah yang dihasilkan yakni sebanyak empat molekul maka ada sisa dua molekul AT untuk setiap molekul glukosa yang diproses dalam glikolisis. 2 AD 2 AT 2 AD GLUKSA FRUKTSA-1,6-BISFSFAT 2 IRUVAT AAERBIK KSIDASI AERBIK FERMETASI AAERBIK ALKLIK 2 AD 2 AD 2 AD SIKLUS ASAM SITRAT KSIDATIF- FSFRILASASI AD 4 AD 2 2 AD 4 AT 2 AD 2 AD 2 AD 2 AD 2 LAKTAT Gambar Jalur glikolisis

16 BIKIMIA AGA DASAR LE AUG SUMB STKI MUAMMADIYA SRG AUA BARAT Ketika piruvat telah terbentuk maka ada jalur yang dilewati. (Gambar 3.10). Molekul piruvat yang melalui jalur metabolisme aerobik (yakni jalur dengan adanya peran oksigen) maka akan melepas karbon dioksida. Sedangkan dua atom karbon yang tersisa berikatan dengan koenzim A menjadi molekul bergugus asetil, selanjutnya membentuk asetil-oa. Asetil-oA kemudian memasuki siklus asam sitrat. iruvat yang melewati jalur anaerobik ada dua mekanisme yang dilalui. Mekanisme pertama yakni untuk organisme yang mampu melakukan fermentasi alkohol maka akan melepaskan karbon dioksida pada saat memproduksi asetaldehida dan berakhir menghasilkan etanol. Jalu lain anaerobik yakni jalur yang menghasilkan laktat. Metabolisme anaerobik adalah satu-satunya sumber energi pada manusia. emecahan glukosa menjadi piruvat dapat diringkas sebagai berikut: (reaksi fosforilasasi) 2 AT 4 AD 2 2 AD 4 AT (asil reaksi) Glukosa 2 AD 2 2 iruvat 2 AT Reaksi-reaksi yang terjadi di glikolisis yakni: Tahap 1. Reaksi fosforilisasi, Glukosa menjadi Glukosa-6-fosfat Langkah pertama dari jalur glikolitik adalah transfer elektron dan reaksi fosforilasi menghasilkan AD. Reaksi ini menggunakan energi bebas dari hidrolisis AT. Glukosa terfosforilasi membentuk glukosa-6-fosfat. Fosforilasi glukosa merupakan reaksi endergonik dan menghasilkan energi bebas sebesar 3.3 kcal mol 1. Enzim yang berperan dalam reaksi ini adalah enzim heksokinase dan Mg 2 sebagai kofaktor reaksi. Glukosa AT Glukosa Glukosa-6-fosfat AD Tahap 2. Reaksi isomerisasi, Glukosa-6-fosfat menjadi Fruktosa-6-fosfat. Enzim yang berperan dalam reaksi isomerisasi Glukosa-6-fosfat menjadi Fruktosa-6-fosfat adalah Glukosafosfat isomerase. Ugus aldehid yang ada di -1 glukosa-6-fosfat direduksi menjadi gugus hidroksil, dan gugus hidroksil di -2 teroksidasi menjadi gugus keton di fruktosa-6-fosfat, tanpa oksidasi bebas atau reduksi. Glukosa-6-fosfat Fruktosa-6-fosfat. Glukosa-6-fosfat Mg 2 eksokinase AT = Adenin tri fosfat 2 Glukosafosfat isomerase Glukosa-6-fosfat Glukosafosfat isomerase Fruktosa-6-fosfat AD = Adenin di fosfat

17 BIKIMIA AGA DASAR LE AUG SUMB STKI MUAMMADIYA SRG AUA BARAT Tahap 3. Reaksi fosforilisasi, Fruktosa-6-fosfat menjadi Fruktosa-1,6-bisfosfat. Fruktosa-6-fosfat selanjutnya terfosforilasi, menghasilkan fruktosa1,6- bifosfat. Fosforilasi fruktosa-6-fosfat sangat eksergonik dan tidak dapat diubah. Enzim yang mengkatalisis reaksi itu adalah fosfofruktokinase. Fosfofruktokinase adalah tetramer yang mengikuti aturan alosterik. Enzim dalam reaksi ini menyebabkan jika kadar AT tinggi mka akan menghambat laju reaksi, dan kadar AT rendah maka meningkatkan laju reaksi. Akibatnya, ketika di sel terdapat kadar AT tinggi maka banyak energi kimia diperoleh dari hidrolisis AT. Sel tidak perlu memetabolisme glukosa untuk energi, sehingga kehadiran AT menghambat jalur glikolitik. - - Fruktosa-6-fosfat AT Fruktosa-6-fosfat Fruktosa-1,6-bisfosfat AD. Tahap 4. Reaksi pembelahan fruktosa-6-bisfosfat menjadi dua molekul yakni Gliseraldehida-3-fosfat dan Dihidroksiaseton fosfat. Enzim yang mengkatalisis reaksi ini adalah aldolase. Fruktosa-6-bisfosfat Gliseraldehida-3-fosfat Dihidroksiaseton fosfat Fruktosa-1,6-bisfosfat Tahap 5. Reaksi isomerisasi dari Dihroksiaseton fosfat menjadi Gliseraldehida-3- fosfat. Enzim yang mengkatalisis reaksi ini adalah Triosafosfat isomerase. Molekul Gliseraldehida-3-fosfat diproduksi dengan reaksi menggunakan enzim Aldolase, sedangkan Gliseraldehida-3fosfat dihasilkan dari reaksi yang menggunakan enzim Triosafosfat isomerase. Molekul awal glukosa yang berisi enam atom karbon, kini telah diubah menjadi dua molekul gliseraldehida-3-fosfat, yang masing-masing berisi tiga atom karbon. Dihroksiaseton fosfat AT Mg 2 Fosfofructokinase 2 Aldolase Fruktosa-1,6-bisfosfat Triosafosfat isomerase gliseraldehida-3-fosfat Dihidroksiaseton fosfat 2 AD Gliseraldehida-3-fosfat. Dihidroksiaseton fosfat Triosafosfat isomerase gliseraldehida-3-fosfat

18 BIKIMIA AGA DASAR LE AUG SUMB STKI MUAMMADIYA SRG AUA BARAT Tahap 6. Reaksi oksidasi dan fosforilisai dari Gliseraldehida-3-fosfat menjadi 1,3- bisfofogliserat. Enzim yang mengkatalisis perubahan Gliseraldehida-3- fosfat menjadi 1,3-bisphosfogliserat adalah Gliseraldehida-3-fosfat dehidrogenase. Reaksi ini merupakan suatu reaksi berkarakteristik berbeda dalam glikolisis. Reaksi ini menyertakan penambahan gugus fosfat pada Gliseraldehid-3-fosfat serta reaksi transfer elektron, dari gliseraldehida-3- fosfat ke AD. enjelasan reaksi ini secara sederhana dapat di bagi menjadi dua penjelasan. Satu bagian merupakan reaksi oksidasi dari aldehida ke gugus asam karboksilat, di mana air dapat dianggap berperan dalam reaksi. R 2 R 2 2e Satu bagian reaksi lain yakni reaksi reduksi adalah AD menjadi AD AD 2 2e AD Reaksi redoks keseluruhan yakni: R 2 AD R AD dimana R masing-masing menunjukkan bagian-bagian dari molekul selain aldehida dan gugus asam karboksilat. Reaksi keseluruhan, termasuk transfer elektron dan fosforilasi, adalah Gliseraldehida-3-fosfat AD 1,3-bisfofogliserat AD gliseraldehida-3-fosfat Dua tahapan reaksi yang membentuk reaksi ini yakni - - Gliseraldehid-3-fosfat Energi yang dihasilkan G = kj mol 1 = 10.3 kcal mol 1 ) Fosfogliserat Energi yang dihasilkan G = 49.3 kj mol 1 = 11.8 kcal mol 1 2 AD (ikotinamide adenine dinukleotide ) 2 Gugus fosfat - - 1,3-bisfofogliserat AD AD i - 3-Fosfogliserat ,3-bisfosfogliserat 2 AD 2 2 2

19 BIKIMIA AGA DASAR LE AUG SUMB STKI MUAMMADIYA SRG AUA BARAT Tahap 7. Reaksi transfer gugus fosfat dari 1,3-bisfofogliserat menjadi 3-fosfogliserat. Langkah selanjutnya adalah salah satu dari dua reaksi yang diproduksi AT dari reaksi fosforilasi AD. Enzim yang mengkatalisis reaksi ini adalah fosfogliserat-kinase. Dalam langkah ini, gugus fosfat ditransfer dari 1,3- bisfosfogliserat ke molekul AD menghasilkan AT. Transfer ini khas dari reaksi fosforilasi pada tingkat substrat. al ini berbeda dengan fosforilasi oksidatif. Reaksi ini menghasilkan -49,3 KJ mol ,3-bisfofogliserat AD - - 1,3-bisfofogliserat 3-fosfogliserat AT. Tahap 8. Reaksi isomerisasi dari 3-fosfogliserat menjadi 2-fosfogliserat. Gugus fosfat ditransfer dari senyawa berkarbon 3 menjadi senyawa berkarbon 2 dari rantai asam gliserat, persamaan reaksi rantai untuk reaksi tersebut adalah: Mg 2 3-fosfogliserat 2-fosfogliserat Tahap. 9. Reaksi dehidrasi 2-fosfogliserat menjadi Fosfoenolpiruvat. Molekul 2-fosfogliserat melepaskan satu molekul air, menghasilakan fosfoenol-piruvat. Reaksi ini tidak melibatkan transfer elektron. Reaksi ini disebut reaksi dehidrasi. Enzim yang mengkatalisis reaksi ini adalah Enolase. Reaksi membutuhkan Mg 2 sebagai kofaktor. Molekul air yang dilepas mengikat Mg 2. 2-fosfogliserat fosfogliserat fosfogliserat AD Mg 2 Fosfogliseromutase Mg 2 Fosfogliseromutase Mg 2 Enolase Mg 2 Enolase fosfogliserat-kinase fosfogliserat AT 2-fosfogliserat Fosfoenolpiruvat Fosfoenolpiruvat 2 2 Tahap 10. Reaksi transfer gugus fungsi fosfat dari Fosfoenolpiruvat menjadi iruvat.

20 BIKIMIA AGA DASAR LE AUG SUMB STKI MUAMMADIYA SRG AUA BARAT Reaksi ini melibatkan penggeseran ikatan rangkap ke oksigen pada karbon 2 dan hidrogen bergeser ke karbon 3. fosfoenolpiruvat adalah senyawa yang memiliki energi tinggi dengan mentransfer gugus fosfat potensial tinggi. Reaksi yang terjadi pada langkah ini dapat dianggap sebagai jumlah dari hidrolisis Fosfoenolpiruvat dan fosforilasi AD. Reaksi ini merupakan contoh lain dari fosforilasi tingkat substrat. Fosfoenolpiruvat AD Fosfoenolpiruvat Mg 2 iruvat kinase iruvat AT Enzim yang mengkatalisis reaksi ini adalah iruvat kinase. Enzim ini merupakan alosterik yang terdiri dari empat subunit dari dua jenis yang berbeda. iruvat kinase dapat dihambat oleh AT. enghambatan iruvat kinase oleh AT merupakan suatu kontrol pembentukan iruvat berlebih. Ketika konsentrasi piruvat sudah tinggi maka AT akan menghambat kerja dari enzim piruvat kinase sehingga proses reaksi dari fosfoenolpiruvat menjadi piruvat menjadi malambat. Dengan kata lain, maka pembentukan AT dalam proses ini juga akan ikut lambat. Karbohidrat dalam tubuh manusia pada keadaan berlebih akan disimpan dalam bentuk senyawa polimer karbohidrat. Senyawa polimer karbohidrat yang disimpan dalam tubuh disebut glikogen. Senyawa glikogen disimpan dalam hati dan otot. Senyawa glikogen hampir mirip dengan senyawa polimer karbohidrat yang ada di tumbuhan yakni senyawa pati. erbedaan senyawa glikogen dengan senyawa pati terletak pada percabangannya. Senyawa glikogen memiliki percabangan yakni terikat dengan ikatan glikosidik 1-6. Degredasi cabang polimer glikogen dapat terjadi secara bersamaan pada sejumlah ujung cabang polimer. Bentuk percabangan seperti itu membuat polimer glikogen dapat mudah digunakan pada saat tubuh membutuhkan untuk metabolisme. al ini, dapat memenuhi kebutuhan tubuh akan energi dalam waktu yang singkat. Degredasi glikogen dalam hati diakibatkan karena kadar glukosa rendah dalam darah. Glikogen yang terdegredasi dengan cara dihidrolisis dari hati akan membentuk glukosa-6-fosfat. Senyawa Glukosa-6-fosfat selanjutnya menuju darah. Sedangkan glikogen yang berada dalam otot akan dilepas memasuli jalur metabolisme glikolitik. al ini berbeda dengan glikogen yang berada dalam hati. Reaksi yang terjadi pada perubahan glikogen menjadi glukosa-6-fosfat yakni sebanyak 3 reaksi. Reaksi pertama adalah masing-masing glukosa dipecah dari glikogen dan bereaksi dengan fosfat untuk membentuk senyawa glukosa-6-fosfat. Enzim yang mengkatalisis pada reaksi pertama ini adalah glikogen fosforilase. Mg 2 Firuvat kinase - iruvat AT 2

21 BIKIMIA AGA DASAR LE AUG SUMB STKI MUAMMADIYA SRG AUA BARAT Glikogen n - Ion fosfat Glikosa-1-fosfat Dalam reaksi kedua, glukosa-1-fosfat berubah membentuk menjadi isomer glukosa-6-fosfat. Rincian lengkap glikogen juga memerlukan reaksi untuk menghidrolisis ikatan glikosidik bukan cabang dari glukosa pada titik-titik cabang dalam struktur glikogen. Enzim yang mengkatalisis reaksi kedua adalah fosfoglukomutase. Glikogen i Glukosa-1-fosfat glikogen sisa-fosfoglukomutase glukosa-1-fosfat Glukosa-6-fosfat. Enzim glikogen fosforilase memutuskan ikatan α (1 4) pada glikogen. enguraian secara lengkap glikogen membutuhkan enzim yang mampu memutuskan ikatan bukan cabang yakni dengan cara mendegradasi ikatan α (1 6). embentukan glikogen dari glukosa tidak pembalikan yang tepat dari pemecahan glikogen menjadi glukosa. Sintesis glikogen membutuhkan energi, yang disediakan oleh hidrolisis trifosfat nukleosida, UT. Tahap pertama dari sintesis glikogen yakni glukosa-1-fosfat (yang diperoleh dari glukosa-6-fosfat pada reaksi isomerisasi) bereaksi dengan AT untuk menghasilkan glukosa uridin difosfat (UDglukosa atau UDG) dan pirofosfat (i). Enzim yang mengkatalisis reaksi ini adalah UD-glukosa pirofosforilase. roses itu merupakan pertukaran satu ikatan fosfat anhidrida dengan senyawa lain. roses itu juga menimbulkan ikatan fosfat anhidrida yang memiliki energi bebas tinggi berubah menjadi berenergi mendekati nol. elepasan energi tersebut timbul pada saat enzim anorganik irofosfatase mengkatalisis hidrolisis pirofosfat menjadi dua fosfat. asokan UT diisi kembali oleh reaksi pertukaran dengan AT, yang dikatalisasi oleh ucleoside fosfat kinase. ersamaan reaksi dapat ditulis sebagai berikut: UD AT UT AD Reaksi pertukaran ikatan ini membuat hidrolisis setiap trifosfat nukleosida memiliki energi yang setara dengan hidrolisis AT. Glikogen sisa n - - Glikosa-6-fosfat - - Glikosa-1-fosfat