KARBOHIDRAT

Struktur dan Penggolongan Karbohidrat – Dalam kehidupan sehari-hari kita melakukan aktivitas. Untuk melakukan aktivitas kita memerlukan energi. Energi yang diperlukan kita peroleh dari makanan yang kita makan. Pada umumnya bahan makanan itu mengandung tiga kelompok utama senyawa kimia, yaitu karbohidrat, protein, dan lemak. Protein dan lemak juga sebagai sumber energi bagi tubuh kita, tetapi karena sebagian besar makanan terdiri atas karbohidrat, maka karbohidratlah yang terutama merupakan sumber energi bagi tubuh.
Energi yang terkandung dalam karbohidrat itu pada dasarnya berasal dari energi matahari. Karbohidrat, dalam hal ini glukosa, dibentuk dari karbon dioksida dan air dengan bantuan sinar matahari dan klorofil dalam daun. Selanjutnya glukosa yang terjadi diubah menjadi amilum dan disimpan pada bagian lain, misalnya pada buah atau umbi. Proses pembentukan glukosa dari karbon dioksida dan air disebut fotosintesis yang secara garis besar reaksinya dapat dituliskan sebagai:
 

Karbohidrat dapat didefinisikan sebagai polihidroksialdehida atau polihidroksiketon serta senyawa yang menghasilkannya pada proses hidrolisis. Molekul karbohidrat terdiri atas atom-atom karbon, hidrogen, dan oksigen dengan perbandingan atom hidrogen dan oksigen adalah 2:1.
A. Struktur Karbohidrat
Pada senyawa yang termasuk karbohidrat terdapat gugus fungsi, yaitu gugus –OH, gugus aldehida atau gugus keton. Struktur karbohidrat selain mempunyai hubungan dengan sifat kimia yang ditentukan oleh gugus fungsi, ada pula hubungannya dengan sifat fisika, dalam hal ini aktivitas optik.
1. Rumus Fischer

 

Keterangan:
• Garis horizontal: ikatan yang terdapat di muka bidang kertas.
• Garis vertikal: ikatan yang terdapat di sebelah belakang bidang kertas.
2. Rumus Haworth
 


3. Aktivitas Optik
Senyawa yang dapat menyebabkan terjadinya pemutaran cahaya terpolarisasi dikatakan mempunyai aktivitas optik. Senyawa yang memutar cahaya terpolarisasi ke kanan diberi tanda + atau d (dekstro), sedangkan yang memutar cahaya terpolarisasi ke kiri diberi tanda – atau l (levo).
4. Konfigurasi Molekul
a. D jika atom C asimetrik yang terjauh dari gugus fungsi mengikat gugus OH di sebelah kanan.
b. L jika atom C asimetrik yang terjauh dari gugus fungsi mengikat gugus –OH di sebelah kiri.
Penggolongan Karbohidrat
1. Monosakarida
Monosakarida adalah karbohidrat yang sederhana, dalam arti molekulnya hanya terdiri atas beberapa atom karbon saja dan tidak dapat diuraikan dengan cara hidrolisis dalam kondisi lunak menjadi karbohidrat lain. Monosakarida yang paling sederhana ialah gliseraldehida dan dihidroksiaseton.
Berikut ini beberapa contoh monosakarida.
a. Glukosa
Glukosa adalah suatu aldoheksosa dan sering disebut dekstrosa karena mempunyai sifat dapat memutar cahaya terpolarisasi ke arah kanan.
b. Fruktosa
Fruktosa adalah suatu ketoheksosa yang mempunyai sifat memutar cahaya terpolarisassi ke kiri, karenanya disebut juga levulosa.
c. Galaktosa
Galaktosa mempunyai sifat memutar bidang cahaya terpolarisasi ke kanan.
d. Pentosa
Beberapa pentosa yang penting, di antaranya ialah arabinosa, xilosa, ribosa, dan 2– deoksiribosa.
2. Oligosakarida
Senyawa yang termasuk oligosakarida mempunyai molekul yang terdiri atas beberapa molekul monosakarida.
a. Disakarida : terbentuk dari dua monosakarida.
b. Trisakarida : terbentuk dari tiga monosakarida.
c. Tetrasakarida : terbentuk dari empat monosakarida.
Berikut ini beberapa contoh senyawa yang termasuk oligosakarida.
a. Sukrosa
Glukosa dan fruktosa jika direaksikan menghasilkan sukrosa. Sukrosa dapat memutar cahaya terpolarisasi ke kanan.

(Sumber: Chemistry, The Moleculer Nature of Matter and Change, Martin S. Silberberg, USA)
b. Laktosa
Dengan hidrolisis laktosa akan menghasilkan D-galaktosa dan D-glukosa.
c. Maltosa
Maltosa adalah suatu disakarida yang terbentuk dari dua molekul glukosa.
d. Rafinosa
Rafinosa adalah suatu trisakarida yang jika dihidrolisis akan menghasilkan galaktosa, glukosa, dan fruktosa.
3. Polisakarida
Pada umunya polisakarida mempunyai molekul besar dan lebih kompleks daripada mono dan oligosakarida. Molekul polisakarida terdiri atas banyak molekul monosakarida. Polisakarida yang terdiri atas satu macam monosakarida saja disebut homopolisakarida, sedangkan yang mengandung senyawa lain disebut heteropolisakarida.
Adapun contoh senyawa homopolisakarida adalah:
a. Amilum
Amilum terdiri atas 250 – 300 unit D–glukosa yang terikat dengan ikatan α 1,4 – glikosidik, jadi molekulnya merupakan rantai terbuka.
b. Glikogen
Glikogen jika dihidrolisis juga akan menghasilkan D–glukosa.
c. Selulosa
Selulosa adalah suatu disakarida yang terdiri atas dua molekul glukosa yang berikatan glikosidik antara atom karbon 1 dengan atom karbon 4. Dengan asam encer tidak dapat terhidrolisis, tetapi oleh asam dengan konsentrasi tinggi dapat terhidrolisis menjadi selobiosa dan D–glukosa. Sedangkan contoh senyawa heteropolisakarida adalah mukopolisakarida. Mukopolisakarida adalah suatu heteropolisakarida, yaitu polisakarida yang terdiri atas dua jenis derivat monosakarida. Derivat monosakarida yang membentuk mukopolisakarida tersebut adalah gula amino dan asam uronat.
Sebelumnya nama "karbohidrat" digunakan dalam kimia untuk senyawa dengan rumus _{C''m''(H 2} O) _n''''. Mengikuti definisi ini, beberapa ahli kimia dianggap formaldehid CH ₂ O menjadi karbohidrat sederhana, sedangkan yang lain menyatakan bahwa untuk judul glycolaldehyde Hari ini istilah umumnya dipahami dalam arti biokimia, yang tidak termasuk senyawa dengan hanya satu atau dua karbon.
Sakarida alami umumnya dibangun dari karbohidrat sederhana yang disebut monosakarida dengan formula _umum''n''di mana''n''adalah tiga atau lebih. (CH ₂ O) Sebuah monosakarida khas memiliki struktur _{H-(CHOH)''x''(C} = O) - _{(CHOH)''y''-H,} yaitu, sebuah aldehid atau keton dengan kelompok hidroksil tambah banyak, biasanya satu pada masing-masing atom karbon yang bukan bagian dari aldehid atau keton kelompok fungsional. Contoh monosakarida adalah glukosa, fruktosa, dan gliseraldehida. Namun, beberapa zat biologis yang biasa disebut "monosakarida" tidak sesuai dengan rumus (misalnya, asam uronic dan deoksi-gula seperti fucose), dan ada banyak bahan kimia yang sesuai dengan formula ini tetapi tidak dianggap monosakarida (misalnya , formaldehida CH ₂ O dan inositol (CH ₂ O) _6).
Bentuk terbuka rantai monosakarida sering berdampingan dengan bentuk cincin tertutup di mana oksigen dari gugus karbonil C = O digantikan oleh internal-O-jembatan.
Monosakarida dapat dihubungkan bersama-sama ke apa yang disebut polisakarida (atau oligosakarida) dalam berbagai macam cara. Banyak karbohidrat mengandung satu atau lebih unit monosakarida yang dimodifikasi yang memiliki satu atau lebih kelompok diganti atau dihapus. Sebagai contoh, deoksiribosa, komponen DNA, adalah versi modifikasi dari ribosa; kitin terdiri dari unit berulang N-asetilglukosamin, bentuk nitrogen yang mengandung glukosa.
Karbohidrat kimia adalah cabang besar dan ekonomis penting dari kimia organik. Beberapa reaksi organik utama yang melibatkan karbohidrat adalah:

• Karbohidrat acetalisation
• Reaksi Cyanohydrin
• Lobry-de Bruyn-van Ekenstein transformasi
• Amadori penataan ulang
• Nef reaksi
• Wohl degradasi
• Koenigs-Knorr reaksi

Karbohidrat merupakan senyawa yang mengandung gugus fungsi keton atau aldehid, dan gugus hidroksi.
Ditinjau dari gugus fungsi yang diikat:
1. Aldosa: karbohidrat yang mengikat gugus aldehid. Contoh: glukosa, galaktosa, ribosa
2. Ketosa: karbohdrat yang mengikat gugus keton. Contoh: fruktosa

• Ditinjau dari hasil hidrolisisnya:
  1. Monosakarida: karbohidrat yang tidak dapat dihidrolisis menjadi molekul-molekul karbohidrat yang lebih sederhana lagi. Misalnya: glukosa, fruktosa, ribosa, galaktosa
  2. Disakarida: karbohidrat yang terbentuk dari kondensasi 2 molekul monosakarida. Misalnya: sukrosa (gula tebu), laktosa (gula susu), dan maltosa (gula pati)
  3. Oligosakarida: karbohidrat yang jika dihidrolisis akan terurai menghasilkan 3 – 10 monosakarida, misalnya dekstrin dan maltopentosa
  4. Polisakarida: karbohirdat yang terbentuk dari banyak molekul monosakarida. Misalnya pati (amilum), selulosa, dan glikogen.
  Beberapa monosakarida penting sebagai berikut.
  1. Glukosa
  Glukosa dapat diperoleh dari hidrolisis sukrosa (gula tebu) atau pati (amilum). Di alam glukosa terdapat dalam buah-buahan dan madu lebah. Dalam alam glukosa dihasilkan dari reaksi antara karbondioksida dan air dengan bantuan sinar matahari dan klorofil dalam daun serta mempunyai sifat:
  - Memutar bidang polarisasi cahaya ke kanan (+52.70)
  - Dapat mereduksi larutan fehling dan membuat larutan merah bata
  - Dapat difermentasi menghasilkan alkohol (etanol) dengan reaksi sebagai berikut:
  C6H12O6 ==> 2C2H5OH + 2CO2
  - Dapat mengalami mutarotasi
  2. Fruktosa
  Fruktosa adalah suatu ketoheksosa yang mempunyai sifat memutar cahaya terpolarisasi ke kiri dan karenanya disebut juga levulosa. Fruktosa mempunyai rasa lebih manis dari pada gula tebu atau sukrosa. Fruktosa dapat dibedakan dari glukosa dengan pereaksi seliwanoff, yaitu larutan resorsinol (1,3 dhidroksi-benzena) dalam asam clorida. Disebut juga sebagai gula buah, dperoleh dari hdrolisis sukrosa; dan mempunyai sifat:
  - Memutar bidang polarisasi cahaya ke kiri (-92.40C)
  - Dapat mereuksi larutan fehling dan membentuk endapan merah bata
  - Dapat difermentasi
  3. Galaktosa
  Umumnya berikatan dengan glukosa dalam bentuk laktosa, yaitu gula yang terdapat dalam susu. Galaktosa mempunyai sifat memutar bidang cahaya terpolarisasi ke kanan. Pada proses oksidasi oleh asam nitrat pekat dan dalam keadaan panas galaktosa menghasilkan asam musat yang kurang larut dalam air bila dibandingkan dengan asam sakarat yang dihasilkan oleh oksidasi glukosa. Dapat diperoleh dari hidrolisis gula susu (laktosa), dan mempunyai sifat:
  - Dapat mereduksi larutan fehling membentuk endapan merah bata
  - Tidak dapat difermentasi
  Beberapa disakarida penting sebagai berikut.
  1. Laktosa
  Laktosa memiliki gugus karbonil yang berpotensi bebas pada residu glukosa. Laktosa adalah disakarida pereduksi. Selama proses pencernaan, laktosa mengalami proses hidrolisis enzimatik oleh laktase dari sel-sel mukosa usus.
  Beberapa sifat lakotsa:
  - Hidrolisis laktosa menghasilkan molekul glukosa dan galaktosa
  - Hanya terdapat pada binatang mamalia dan manusia
  - Dapat dperoleh dari hasil samping pembuatan keju
  - Bereaksi positif terhadap pereaksi fehling, benedict, dan tollens
  2. Maltosa
  Beberapa sifat maltosa:
  - Hidrolisis maltosa menghasilkan 2 molekul glukosa
  - Digunakan dalam makanan bayi dan susu bubuk beragi (malted milk)
  - Bereaksi positif terhadap pereaksi fehling, benedict, dan tollens
  3. Sukrosa
  Sukrosa atau gula tebu adalah disakarida dari glukosa dan fruktosa. Sukrosa dibentuk oleh banyak tanaman tetapi tidak terdapat pada hewan tingkat tinggi. Sukrosa mempunyai sifat memutar cahaya terpolarisasi ke kanan. Hasil yang diperoleh dari reaksi hidrolisis adalah glukosa dan fruktosa dalam jumlah yang ekuimolekular. Sukrosa bereaks negatif terhadap pereaksi fehling, benedict, dan tollens.
  Beberapa polisakarida penting.
  1. Selulosa
  - Merupakan komponen utama penyusun serat dinding sel tumbuhan
  - Polimer dari glukosa
  - Hirolisis lengkap dengan katalis asam dan enzim akan menghasilkan glukosa
  2. Pati atau amilum
  - Polimer dari glukosa
  - Apabila dilarutkan dalam air panas, pati dapat dipisahkan menjadi amilosa dan amilopektin
  - Amilopektin merupakan polimer yang lebih besar dari amilosa
  - Hirdolisis parsial akan menghasilkan amilosa
  - Hidrolisis lengkap akan menghasilkan glukosa
  3. Glikogen
  - Hidrolisis glikogen akan menghasilkan glukosa
  - Dalam sistem hewan, glikogen digunakan sebagai cadangan makanan (glukosa)
  4. Kitin
  - Bangungan utama dari hewan beraki banyak seperti kepiting
  - Merupakan polimer dari glukosamina
  - Hidrolisis akan menghasilkan 2-amino-2-deoksi-glukosa
  Analisa kualiatif karbohidrat.
  1. Uji Molisch
  - Prinsip reaksi ini adalah dehidrasi senyawa karbohidrat oleh asam sulfat pekat.
  - Dehidrasi heksosa menghasilkan senyawa hidroksi metil furfural, sedangkan dehidrasi pentosa menghasilkan senyawa fulfural.
  - Uji positif jika timbul cincin merah ungu yang merupakan kondensasi antara furfural atau hidroksimetil furfural dengan alpha-naftol dalam pereaksi molish.
  2. Uji Seliwanoff
  - merupakan uji spesifik untuk karbohidrat yang mengandung gugus keton atau disebut juga ketosa
  - Jika dipanaskan karbohidrat yang mengandung gugus keton akan menghasikan warna merah pada larutannya.
  3. Uji Benedict
  - merupakan uji umum untuk karbohidrat yang memiliki gugus aldehid atau keton bebas
  - Uji benedict berdasarkan reduksi Cu2+ menjadi Cu+ oleh gugus aldehid atau keton bebas dalam suasana alkalis
  - biasanya ditambahkan zat pengompleks seperti sitrat atau tatrat untuk mencegah terjadinya pengendapan CuCO3
  - uji positif ditandai dengan terbentuknya larutan hijau, merah, orange atau merah bata serta adanya endapan.
  4. Uji Barfoed
  - Digunakan untuk menunjukkan adanya monosakarida dalam sampel
  - Uji positif ditunjukkan dengan terbentuknya endapan merah orange
  5. Uji Iodin
  - Digunakan untuk menunjukkan adanya polisakarida
  - Amilum dengan iodine dapat membentuk kompleks biru
  - Amilopektin dengan iodin akan memberi warna merah ungu
  - sedangkan dengan glikogen dan dekstrin akan membentuk warna merah coklat
  6. Uji Fehling
  - Digunakan untuk menunjukkan adanya karbohidrat pereduksi (monosakarida, laktosa, maltosa, dll)
  - Uji positif ditandai dengan warna merah bata