Karbohidrat adalah senyawa yang menyimpan energi kimia yang juga merupakan sumber energi utama bagi makhluk hidup.
Pada hewan dan manusia energi tersebut disimpan dalam bentuk glikogen
sedangkan pada tumbuhan dalam bentuk pati. Selain itu, karbohidrat dapat
disimpan dalam bentuk selulosa, hemiselulosa, pektin, khitin, dan
lignin yang merupakan kerangka makhluk hidup (misalnya; selulosa yang terdapat pada dinding sel hewan berperan sebagai komponen utama dinding sel tumbuhan, dan peptidoglikan terdapat di dinding sel bakteri).
Secara umum, karbohidrat digolongkan menjadi tiga yaitu monosakarida,
oligosakarida, dan polisakarida. Namun, seringkali oligosakarida
digolongkan ke dalam polisakarida.
A. FUNGSI KARBOHIDRAT
1. Sumber energi
Karbohidrat
merupakan sumber energi terbesar bagi tubuh. Satu karbohidrat
menghasilkan 4 kilokalori. Sebagian karbohidrat di dalam tubuh berada
dalam sirkulasi darah sebagai glukosa untuk keperluan energi segera,
sebagiannya disimpan sebagai glikogen dalam hati dan jaringan otot, dan
sebagian lagi diubah menjadi lemak untuk kemudian disimpan sebagai
cadangan energi di dalam jaringan lemak.
2. Pemberi rasa manis pada makanan
Karbohidrat,
khususnya monosakarida dan disakarida berfungsi untuk memberi rasa
manis pada makanan. Fruktosa merupakan gula yang paling manis.
3. Penghemat protein
Jika
karbohidrat makanan tidak mencukupi, maka protein digunakan untuk
memenuhi kebutuhan energi dan protein tersebut tidak lagi berfungsi
sebagai zat pembangun. Sebaliknya, bila karbohidrat makanan mencukupi,
protein terutama akan digunakan sebagai zat pembangun.
4. Pengatur metabolisme lemak
Karbohidrat
dapat mencegah terjadinya oksidasi lemak yang tidak sempurna sehingga
dapat menghasilkan bahan-bahan keton berupa asam asetoasetat, aseton,
dan asam beta-hidroksi-butirat. Bahan-bahan tersebut dibentuk dalam hati
dan dikeluarkan melalui urine dengan mengikat basa berupa ion natrium.
Proses pengeluaran ini dapat menyebabkan ketidakseimbangan natrium dan
dehidrasi, serta pH cairan tubuh menurun. Keadaan ini menimbulkan
ketosis atau asidosis yang dapat merugikan tubuh. Oleh karena itu, kita
membutuhkan karbohidrat antara 50-100 gram perhari untuk mencegah
ketosis.
5. Membantu pengeluaran feses
Karbohidrat membantu pengeluaran feses dengan mengatur peristaltik usus dan memberi bentuk pada feses. Selulosa
dalam makanan mengatur peristaltik usus, sedangkan hemiselulosa dan
pektin mampu menyerap banyak air dalam usus besar sehingga memberi
bentuk pada sisa makanan yang akan dikeluarkan.
B. PENGGOLONGAN KARBOHIDRAT
1. MONOSAKARIDA
Pembagian Monosakarida
Monosakarida merupakan gula sederhana yang tidak dapat dihidrolisis menjadi menjadi bagian yang lebih kecil. Kebanyakan
monosakarida rasanya manis, tidak berwarna, berupa kristal padat yang
bebas larut dalam air tetapi tidak larut dalam pelarut nonpolar. Monosakarida terdiri dari satu unit polihidrosi aldehida atau keton.
Kerangka
monosakarida berupa rantai karbon berikatan tunggal yang tidak
bercabang. Satu diantara atom karbon berikatan ganda terhadap suatu atom
oksigen, membentuk gugus karbonil; masing-masing atom karbon lainnya
berikatan dengan gugus hidroksil. Berdasarkan gugus fungsi inilah monosakarida digolongkan menjadi dua jenis yaitu aldosa dan ketosa.
Suatu monosakarida disebut aldosa jika gugus karbonilnya berada pada
ujung rantai karbon, dan disebut ketosa jika gugus karbonnya berada pada
tempat lain. Contoh monosakarida yang sering dijumpai adalah heksosa.
D-Glukosa, suatu aldoheksosa
D- Fruktosa, suatu ketoheksosa
Gambar 1. Contoh aldosa dan ketosa
Rumus umum monosakarida sesuai dengan nama karbohidrat yaitu (CH2O)n, di mana jumlah n
sesuai dengan jumlah atom karbon yang dimiliki. Berdasarkan jumlah atom
karbon tersebut, monosakarida dibagai menjadi beberapa bagian yaitu, triosa (C3H6O3), tetrosa (C4H8O4), pentosa (C5H12O5), heksosa (C6H12O6), dan heptosa (C7H12O7).
Sifat-Sifat Monosakarida
1. Reaksi dengan basa dan asam
Apabila
glukosa dilarutkan ke dalam basa encer, beberapa jam kemudian
dihasilkan campuran yang terdiri dari fruktosa, manosa, dan sebagian
glukosa semula. Sedangkan, dalam basa encer, monosakarida sangat stabil,
tetapi jika aldoheksosa dipanaskan dalam asam kuat, akan mengalami
dehidrasi dan diperoleh bentuk hidroksimetil furtural. Dalam bentuk yang
sama, pentose juga akan berubah menjadi bentuk furtural.
2. Gula pereduksi
Sebagian karbohidrat bersifat
gula pereduksi. Sifat gula pereduksi ini disebabkan adanya gugus
aldehida dan gugus keton yang bebas, sehingga dapat mereduksi ion-ion
logam. Gugus aldehida pada aldoheksosa mudah teroksidasi menjadi asam
karboksilat dalam pH netral oleh zat pengoksidasi atau enzim. Dalam zat
pengoksidasi kuat, gugus aldehida dan gugus alkohol primer akan
teroksidasi membentuk asam dikarboksilat atau asam ardalat. Gugus
aldehida atau gugus keton monosakarida dapat direduksi secara secara
kimia menjadi gula alkohol, misalnya D-sorbito yang berasal dari
D-glukosa.
3. Pembentukan glikosida
Monosakarida
dapat membentuk glikosida dan asetal. Jika gugus hidroksil pada sebuah
molekul gula bereaksi dengan hidroksil dari hemiasetal atau hemiaketal
molekul gula yang lain, maka akan terbentuk glikosida yang disebut
disakarida. Ikatan ini dinamakan ikatan glikosida yang berfungsi untuk
menghubungkan sejumlah besar unit monosakarida menjadi polisakarida.
4. Pembentukan ester
Semua
monosakarida atau polisakarida dapat terasetilasi oleh asam asetat
anhidrida yang berlebihan membentuk O-asetil-α-D-glukosa. Gugus asetil
yang berikatan secara ester ini bisa dihidrolisis oleh asam atau basa.
Sifat ini sering juga digunakan untuk penentuan struktur karbohidrat.
Senyawa ester yang penting dalam dalam metabolisme adalah ester fosfat.
5. Fenilosazon dan Osazon
Monosakarida dapat bereaksi dengan larutan fenil hidrazin dalam suasana asam pada suhu 100oC,
membentuk ozazon. Senyawa ini tidak larut dalam air dan mudah
mengkristal. Glukosa, fruktosa, dan manosa akan menghasilkan fenolsazon
yang sama, selanjutnya, akan terbentuk asazon yang berwarna, mengkristal
secara khas, dan dapat digunakan untuk menentukan jenis karbohidrat.
Struktur Monosakarida
Struktur
monosakarida ada yang ditulis dalam bentuk rantai lurus, ada pula dalam
bentuk cincin. Monosakarida yang memiliki lima atau lebih atom
karbonnya biasanya berada dalam struktur cincin, di mana gugus karbonil
membentuk ikatan kovalen dengan atom oksigen dari gugus hidroksil pada
atom karbon lainnya. Struktur cincin piranosa (turunan dari piran) terbentuk karena aldehida bereaksi dengan alkohol dan membentuk senyawa turunan yang disebut hemiasetal.
Reaksi ini terjadi antara atom karbon aldehida no 1 dengan gugus
hidroksil bebas pada atom karbon ke-5 sehingga terbentuk struktur cincin
bersudut 6. Hanya aldosa yang memiliki 5 atau lebih atom karbon yang
dapat membentuk cincin piranosa yang stabil. Ada pula reaksi yang
membentuk cincin 5 sudut beranggotakan lima furan yang disebut furanosa.
Pada ketoheksosa gugus hidroksil pada atom karbon 5 bereaksi dengan
gugus karbonil pada atom karbon 2, membentuk cincin furanosa yang
mengandung suatu ikatan hemiaketal. Penggambaran struktur piranosa dan furanosa
karbohidrat biasanya dilakukan dengan menggunakan proyeksi Haworth.
Pinggir cincin yang dekat dengan pembaca ditulis lebih tebal. Cincin
piranosa terdapat dalam dua bentuk yaitu bentuk kapal dan bentuk kursi.
Bentuk yang paling umum adalah bentuk kursi karena bentuk ini lebih
stabil daripada bentuk kapal.
D-Glucose, Fischer projection
β-D-glucopyranose, Haworth projection
β-D-glucopyranose, bentuk kapal.
2. OLIGOSAKARIDA
Disakarida
Disakarida
merupakan gabungan dua unit monosakarida yang berikatan kovalen
terhadap sesamanya. Ikatan ini disebut ikatan glikosida yang dibentuk
jika gugus hidroksil pada salah satu gula bereaksi dengan karbon anomer
pada gula yang kedua. Disakarida yang banyak ditemukan di alam yaitu
laktosa, sukrosa, dan maltosa.
a. Laktosa
Laktosa
sering juga disebut gula susu karena hanya terdapat dalam susu. Bila
dihidrolisis, laktosa akan menghasilkan D-galaktosa dan D-glukosa.
Laktosa memiliki satu atom karbon hemiasetal dan mempunyai gugus
karbonil yang berpotensi bebas pada residu glukosa sehingga laktosa
termasuk disakarida pereduksi.
b. Sukrosa
Sukrosa
atau gula tebu merupakan disakarida yang paling manis yang terdiri dari
glukosa dan fruktosa. Sukrosa bukan merupakan gula pereduksi karena
sukrosa tidak mempunyai atom karbon hemiasetal dan hemiaketal. Sukrosa
tidak memilliki atom karbon monomer bebas karena karbon anomer glukosa
dan fruktosa berikatan satu dengan yang lain. Sukrosa juga mudah
dihidrolisis menjadi D-glukosa dan D-fruktosa. Sumber-sumber sukrosa yang terdapat di alam antara lain: tebu (100% mengandung sukrosa), bit, gula nira (50%), dan jelly.
c. Maltosa
Maltosa
merupakan disakarida yang paling sederhana. Maltosa terdiri dari dua
residu D-glukosa yang dihubungkan oleh ikatan glikosida. Sebuah molekul
glukosa dihubungkan melalui atom karbonnya yang pertama dengan gugus
hidroksil atom karbon keempat pada molekul glukosa yang lainnya. Kedua
residu glukosa tersebut berada dalam bentuk piranosa. Maltosa memilliki
gugus karbonil yang berpotensi bebas yang dapat dioksidasi, sehingga
maltosa mempunyai sifat gula pereduksi. Di dalam tubuh, maltosa
didapat dari hasil pemecahan amilum yang lebih mudah dicerna. Maltosa
banyak terdapat kecambah, susu dan pada serealia, misalnya beras.
3. POLISAKARIDA
Polisakarida adalah senyawa karbohidrat kompleks. Bila dihidrolisis, polisakarida akan menghasilkan banyak unit monosakarida. Polisakarida terdiri atas dua jenis yaitu homopolisakarida (mengandung hanya satu jenis unit monomer) dan heteropolisakarida (mengandung dua atau lebih jenis unit monosakarida yang berbeda). Polisakarida biasanya tidak berasa, tidak larut dalam air, dan memiliki berat molekul yang tinggi. Contoh homopolisakarida adalah pati yang hanya mengandung unit-unit D-glukosa, sedangkan asam hialuronat
pada jaringan pengikat mengandung residu dari dua jenis unit gula
secara berganti-ganti merupakan contoh dari heteropolisakarida.
Fungsi Polisakarida
Beberapa
polisakarida berfungsi sebagai bentuk penyimpan bagi monosakarida dan
yang lainnya berfungsi sebagai unsur struktural di dalam dinding sel dan
jaringan pengikat. Glikogen dan pati merupakan polisakarida
simpanan yang terdapat pada tumbuhan dan manusia sedangkan selulosa
merupakan polisakarida strukural yang berfungsi sebagai tulang semu bagi
tumbuhan. Pati dan glikogen dihidrolisa di dalam saluran pencernaan oleh amilase,
sedangkan selulosa tidak dapat dicerna. Namun, selulosa mempunyai peran
penting bagi manusia karena merupakan sumber serat dalam makanan
manusia.
Jenis-jenis Polisakarida
a. Pati
Pati adalah polisakarisa simpanan yang terdapat pada tumbuhan. Hampir semua sel tanaman mampu menghasilkan pati. Pati banyak terdapat
dalam golongan umbi seperi kentang dan pada biji-bijian seperti jagung.
Pati mengandung dua jenis polimer glukosa yaitu, α-amilasi (amilosa) dan amilopektin.
Amilosa merupakan polisakarida linear dari rantai unit-unit D-glukosa
yang panjang, tidak bercabang yang dihubungkan oleh ikatan α
(1-4)-glukosida dengan berat molekul yang bervariasi. Amilopektin
memiliki berat molekul yang tinggi, memiliki banyak cabang, yang terdiri
dari beberapa unit glukosa berantai lurus. Unit tersebut dihubungkan
oleh ikatan glikosidik pada ikatan α (1-4) tetapi titik percabangannya
merupakan ikatan α (1-6). Amilosa memberi warna biru dengan adanya
iodium sedangkan amilopektin akan menghasilkan warna jingga sampai merah
bila ditambahkan larutan iodium.
b. Glukogen
Glikogen adalah polisakarisa simpanan pada hewan dan manusia.
Strukturnya serupa dengan amilopektin, namun jumlah percabangannya
lebih banyak. Glikogen bercabang dari D-glukosa dalam ikatan α (1-4) dan
ikatan pada percabangannya adalah α (1-6). Glikogen banyak diemukan di
dalam hati dan urat daging.
c. Selulosa
Selulosa atau polisakarida struktur adalah
polisakarida yang banyak terdapat dalam tumbuhan, terutama pada bagian
dinding sel. Selulosa berfungsi untuk menjaga strukur sel tersebut.
Selulosa berupa rantai lurus homopolisakarida yang disusun oleh
unit-unit D-glikopiranosa melalui ikatan β (1-4)-glikosida. Selulosa
tidak dapat dipecahkan oleh α atau β-amilase dan tidak dapat dicerna
oleh vertebrata kecuali oleh hewan ruminan (seperti sapi, kambing, dan
domba) yang mengandung bakteri penghasil selulosa. Bakteri selulosa ini
dapat memecahkan selulosa menjadi D-glukosa sehingga dapat digunakan
sebagai makanan pada organisme tingkat tinggi lainnya.
C. METABOLISME KARBOHIDRAT
1. Glikolisis
Glikolisis
merupakan proses pemecahan glukosa menjadi piruvat melalui suatu rantai
reaksi. Glikolisis terjadi dalam sitoplasme sel secara anaerobik (tidak
membutuhkan oksigen). Reaksi yang terjadi pada glukolisis terbagi
menjadi dua fase. Pada awal glikolisis, glukosa yang diaktifkan oleh
mulekul ATP diubah menjadi glukosa fosfat. Kemudian, glukosa fosfat
diubah menjadi asam piruvat melalui reaksi oksidasi. Hasil akhir
glikolisis adalah pemecahan glukosa yang mempunyai 6 atom karbon menjadi
dua ikatan yang mengandung tiga atom karbon yaitu piruvat/asam piruvat.
Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
2. Siklus Krebs
Asam piruvat hasil glikolisis dioksidasi melalui siklus krebs sehingga menghasilkan CO2 dan asetil KoA. Asetil KoA teroksidasi sempuna menghasilkan atom hidrogen berenergi tinggi serta melepaskan O2 dan energi dalam bentuk ATP, NADH, dan FADH2.
Gambar 3. siklus krebs
3. Sistem Transport Elektron
Atom hidrogen berenergi tinggi hasil siklus krebs akan berpisah menjadi proton berupa ion hidrogen (H+) dan elektron berenergi tinggi. Ion H+ akan menangkap elektron dari oksigen bebas membentuk senyawa H2O,
sedangkan elektron berenergi tinggi akan berpindah ke dalam molekul
pembawa elektron, yaitu NAD dan FAD. Selanjutnya, NAD dan FAD akan masuk
ke dalam rantai transport elektron dan fosfolirasi oksidatif yang
akhirnya menghasilkan energi dalam bentuk ATP. Keseluruhan proses
tersebut dibantu oleh enzim sitokom oksidase.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar