KIMIA KELAS XII IPA - KURIKULUM GABUNGAN 21 Sesi NGAN BIOMOLEKUL L KARBOHIDRAT Karbohidrat adalah kelompok senyawa aldehid dan keton terpolihidroksilasi yang tersusun dari atom C, H, dan O. Karbohidrat terlibat dalam proses biologis pada makhluk hidup. Karbohidrat pada umumnya disebut senyawa golongan gula dan merupakan sumber energi utama pada makhluk hidup tingkat tinggi (manusia, hewan, dan tumbuhan). Pada sesi kali ini, kita akan membahas lebih jauh mengenai penggolongan, sifat, dan identifikasi senyawa golongan karbohidrat. A. PENGGOLONGAN Monosakarida Aldosa: Glukosa, Galaktosa, Ribosa Ketosa: Fruktosa Karbohidrat Disakarida Gula pereduksi Gula nonpereduksi Polisakarida 1
Secara umum, karbohidrat dikelompokkan ke dalam tiga kelompok utama, yaitu monosakarida, disakarida, dan polisakarida. a. Monosakarida Monosakarida adalah kelompok senyawa karbohidrat tunggal yang tidak dapat dipecah lagi menjadi karbohidrat yang lebih sederhana. Atom C karbonil pada monosakarida dapat berupa gugus aldehid, sehingga monosakarida yang memiliki gugus ini disebut kelompok monosakarida aldosa, atau berupa gugus keton, sehingga monosakarida yang memiliki gugus ini disebut kelompok ketosa. Contoh monosakarida yang termasuk ke dalam golongan aldosa adalah glukosa, galaktosa, dan ribosa, sedangkan contoh monosakarida yang termasuk ke dalam golongan ketosa adalah fruktosa. Glukosa merupakan sumber utama energi pada makhluk hidup tingkat tinggi, yaitu manusia, hewan, dan tumbuhan. Manusia dan hewan memperoleh glukosa dari sumber makanannya melalui reaksi metabolisme oksidasi menghasilkan CO 2, H 2 O, dan energi berupa ATP, sedangkan tumbuhan memperoleh glukosa dari reaksi fotosintesis. Ribosa merupakan gugus gula yang terdapat pada materi genetik makhluk hidup yaitu RNA. Ribosa yang kehilangan satu atom O, deoksiribosa, adalah komponen gula pada struktur DNA. Berdasarkan jumlah atom karbon penyusunnya, karbohidrat dapat dikelompokkan sebagai berikut: 1. Triosa: karbohidrat yang tersusun dari tiga atom C, contohnya gliseraldehida (aldotriosa). 2. Tetrosa: karbohidrat yang tersusun dari empat atom C, contohnya eritrosa. 3. Pentosa: karbohidrat yang tersusun dari lima atom C, contohnya ribosa. 4. Heksosa: karbohidrat yang tersusun dari enam atom C, contohnya glukosa. Struktur Monosakarida Struktur monosakarida dapat digambarkan dengan dua cara, yaitu dalam bentuk rantai terbuka (proyeksi Fischer) dan dalam bentuk rantai tertutup (konformasi Haworth). Pada struktur rantai terbuka (proyeksi Fischer), gugus aldehid dan keton digambarkan pada posisi di atas dengan nomor karbon terkecil, dengan setiap atom karbon pada senyawa mengikat gugus OH. Pada proyeksi Fischer ini kita akan dapat mengamati bahwa monosakarida adalah senyawa optis aktif yang memiliki lebih dari satu karbon khiral, karena semua atom C pada monosakarida, kecuali C aldehid/c keton dan C terakhir, adalah karbon khiral. Berbeda dengan pemahaman sebelumnya mengenai istilah isomer 2
D- dan L- yang ditentukan dari arah putar bidang polarisasi cahaya, penentuan isomer D- dan L- pada monosakarida didasarkan pada arah gugus OH pada C yang paling jauh dari gugus aldehid/keton (C terakhir). Jika OH mengarah ke kanan, maka senyawa tersebut merupakan isomer D-, sedangkan jika OH mengarah ke kiri, maka senyawa tersebut merupakan isomer L-. Haworth mengusulkan struktur berbentuk cincin yang dapat dibentuk dari struktur Fischer. Menggunakan model molekul, akan terlihat bahwa gugus OH pada C5 akan lebih dekat ke gugus karbonil pada C1. Hal ini akan mengakibatkan perpindahan atom H dari gugus OH C5 ke gugus karbonil pada C1. Menggunakan struktur Haworth, kita dapat melihat bentuk isomer geometri. Pada glukosa yang digambarkan dengan struktur Haworth, kita dapat melihat isomer geometri bentuk α- dan β. Bentuk α- adalah ketika gugus OH pada C1 berada di bawah, sedangkan bentuk β- adalah ketika gugus OH pada C1 berada di atas (ingat: gugus OH pada C1 berasal dari pindahnya atom H pada gugus OH C5 ke gugus karbonil pada C1). b. Disakarida Disakarida merupakan senyawa gabungan dari dua monosakarida. Berdasarkan reaksi dengan larutan Fehling, disakarida dibagi menjadi dua jenis, yaitu gula pereduksi dan gula nonpereduksi. Gula pereduksi bereaksi positif dengan Fehling, yaitu membentuk endapan merah bata Cu 2 O, karena gula pereduksi memiliki gugus hemiasetal (R-CHOH- OR ). Sedangkan gula nonpereduksi bereaksi negatif dengan Fehling karena tidak memiliki gugus hemiasetal. Contoh gula pereduksi adalah laktosa (glukosa-galaktosa) dan maltosa (glukosa-glukosa), sedangkan contoh gula nonpereduksi adalah sukrosa (glukosa-fruktosa). (1) Maltosa, (2) Laktosa, dengan gugus hemiasetal, (3) Fruktosa, tanpa gugus hemiasetal (Organic Chemistry Ed. 8, John McMurry, 2012) 3
c. Polisakarida Polisakarida merupakan gabungan lebih dari 1000 molekul monosakarida. Contoh polisakarida, antara lain: 1. Amilum Bentuk polisakarida berfungsi sebagai sumber glukosa pada hewan dan manusia yang terdapat antara lain pada umbi-umbian (kentang, singkong, ubi), gandum, padi, dan jagung. Amilum merupakan polimer dari glukosa yang terjalin satu dengan lainnya dengan ikatan 1 4-α-glikosida. 2. Selulosa Beberapa sekuens monosakarida dalam amilum, dengan ikatan 1 4-α-glikosida (Organic Chemistry Ed. 8, John McMurry, 2012) Bentuk polisakarida yang terdapat pada tumbuhan. Selulosa adalah polisakarida pembentuk dinding sel tumbuhan. Pada manusia, selulosa serat penting dalam makanan untuk kesehatan pencernaan. Selulosa merupakan polimer dari glukosa yang terjalin satu dengan lainnya melalui ikatan 1 4-β-glikosida. Selulosa dapat larut dalam larutan zwitter dan selanjutnya dapat dibuat menjadi selulosa asetat (sutera tiruan). Beberapa sekuens monosakarida dalam selulosa, dengan ikatan 1 4-β-glikosida (Organic Chemistry Ed. 8, John McMurry, 2012) 3. Glikogen Polisakarida yang merupakan bentuk penyimpanan glukosa dalam tubuh, yang tidak segera digunakan untuk pembentukan energi. Glikogen memiliki struktur bercabang kompleks dan terdiri dari ikatan 1 4 dan 1 6. 4
B. SIFAT KARBOHIDRAT Senyawa karbohidrat sederhana pada umumnya memiliki rasa yang manis. Gugus polihidroksi pada molekul karbohidrat membuat kelompok senyawa ini memiliki kelarutan yang baik dalam air, alkohol, dan pelarut polar lainnya, tetapi tidak larut dalam pelarut nonpolar seperti eter dan CCl 4. Karbohidrat dapat terdehidrasi jika diteteskan H 2 SO 4 pekat, yaitu berubah menjadi arang kehitaman, karena H 2 O pada karbohidrat diikat oleh H 2 SO 4 pekat. C. UJI KARBOHIDRAT a. Uji Molisch Molisch adalah uji yang dilakukan untuk mengkonfirmasi apakah suatu sampel merupakan golongan karbohidrat. Suatu sampel yang memiliki rasa manis dan larut dalam air dapat berupa senyawa karbohidrat atau pseudokarbohidrat. Contoh senyawa pseudokarbohidrat antara lain adalah manitol, sorbitol, dan xilitol. Perbedaan karbohidrat dan pseudokarbohidrat dapat dilihat pada uji Molisch. Karbohidrat bereaksi positif dengan pereaksi Molisch menghasilkan warna ungu pada larutan, sedangkan pseudokarbohidrat berekasi negatif dengan pereaksi Molisch. b. Uji Iodin Uji Iodin dilakukan untuk mendeteksi adanya polisakarida dalam suatu larutan sampel. Polisakarida seperti amilum dengan iodin membentuk kompleks amiloiodin yang berwarna biru. c. Uji Fehling Uji Fehling dilakukan untuk mendeteksi adanya gugus pereduksi pada karbohidrat. Karbohidrat dengan gugus pereduksi akan menghasilkan endapan merah bata Cu 2 O pada reaksi dengan Fehling. d. Uji Benedict Pereaksi Benedict mengandung ion Cu 2+, sama dengan Fehling, dan uji ini juga ditujukan untuk mendeteksi gugus pereduksi pada karbohidrat. Akan tetapi, monosakarida dengan gugus pereduksi menunjukkan reaktivitas yang lebih tinggi pada Benedict dibandingkan disakarida, karena golongan monosakarida memiliki gugus karbonil bebas. 5
e. Uji Barfoed Sama dengan Fehling dan Benedict, pereaksi Barfoed juga menggunakan Cu 2+ sebagai pengoksidasi, akan tetapi uji Barfoed spesifik untuk monosakarida dengan gugus pereduksi. Disakarida dengan gugus pereduksi memberikan hasil negatif karena kurang reaktif terhadap pereaksi ini. Monosakarida dengan gugus pereduksi akan memberikan hasil positif, yaitu munculnya endapan merah bata Cu 2 O pada larutan. f. Uji Selliwanoff Uji Selliwanoff dilakukan secara spesifik untuk mendeteksi golongan ketosa. Golongan ketosa akan memberikan warna merah dalam waktu kurang dari 2 menit, sedangkan aldosa bereaksi dengan sangat lambat pada uji ini. g. Uji Bial Uji Bial dilakukan untuk membedakan pentosa dan heksosa. Hasil yang menunjukkan endapan kehijauan menunjukkan adanya pentosa, sedangkan endapan berwarna cokelat lumpur menunjukkan adanya heksosa. h. Uji Osazone Uji ini dilakukan untuk secara spesifik mengkonfirmasi beberapa senyawa karbohidrat melalui reaksi pembentukan kristal osazone. Bentuk kristal yang dihasilkan bervariasi untuk satu karbohidrat dengan lainnya. Sebagai contoh, glukosa menghasilkan kristal jarum berwarna kuning. 6