BAHAN AJAR

Makromolekul (Karbohidrat)

Satuan Pendidikan          : SMA

Mata Pelajaran          : Kimia

Kelas / Semester          : XII / 2

Materi          : Makromolekul

Sub Materi          : Struktur, tata nama, sifat, penggolongan, dan  kegunaan karbohidrat

Kompetensi Inti

Kompetensi Dasar

  1. Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya
  1. Menyadari adanya keteraturan dalam sifat koligatif larutan, reaksi redoks, keragaman sifat unsur, senyawa makromolekul sebagai wujud kebesaran Tuhan YME dan pengetahuan tentang adanya keteraturan tersebut sebagai hasil pemikiran kreatif manusia yang kebenarannya bersifat tentatif.
  2. Mensyukuri kelimpahan unsur golongan utama dan golongan transisi di alam Indonesia sebagai bahan tambang merupakan anugerah Tuhan YME yang digunakan untuk kemakmuran rakyat Indonesia.
  1. Menghayati dan mengamalkan perilaku jujur, disiplin, tanggungjawab, peduli (gotong royong, kerjasama, toleran, damai), santun, responsif dan pro-aktif dan menunjukan sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia.
  1. Menunjukkan perilaku ilmiah (memiliki rasa ingin tahu, disiplin,  jujur, objektif, terbuka,  mampu membedakan fakta dan opini, ulet, teliti, bertanggung jawab, kritis, kreatif, inovatif, demokratis, komunikatif) dalam merancang dan melakukan percobaan serta berdiskusi yang diwujudkan dalam sikap sehari-hari.
  2. Menunjukkanperilaku kerjasama, santun, toleran, cinta damai dan peduli lingkungan serta hemat dalam memanfaatkan sumber daya alam.
  3. Menunjukkan perilaku responsif dan pro-aktif serta bijaksana sebagai wujud kemampuan memecahkan masalah dan membuat keputusan
  1. Memahami, menerapkan, menganalisis dan mengevaluasi pengetahuan faktual, konseptual, prosedural, dan metakognitif berdasarkan rasa ingin tahunya  tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan,  kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait penyebab fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan masalah.
  1. Menganalisis struktur, tata nama, sifat dan penggolongan makromolekul (polimer, karbohidrat, dan protein)
  1. Mengolah, menalar, menyaji, dan mencipta dalam ranah konkret dan ranah abstrak terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri serta bertindak secara efektif dan kreatif, dan mampu menggunakan metoda sesuai kaidah keilmuan.
  1. Menalar dan menganalisis struktur, tata nama, sifat dan kegunaan makromolekul (polimer, karbohidrat, dan protein)

Indikator                        :

Materi Pembelajaran        :

KARBOHIDRAT

Makromolekul alam yang merupakan konsumsi utama dalam kehidupan adalah karbohidrat yang juga dikenal sebagai "hidrat arang". Disebut hidrat arang karena mempunyai rumus umum . Berdasarkan rumus struktur molekulnya karbohidrat dapat dipandang sebagai turunan senyawa aldehida  atau keton  dengan suatu senyawa polihidroksida (–OH), karena gugus tersebut selalu ada pada setiap jenis karbohidrat. Tata nama karbohidrat cukup rumit. Senyawa ini dapat digolong-golongkan menurut dapat atau tidaknya dihidrolisis menjadi senyawa-senyawa yang lebih kecil, menurut jumlah atom C, menurut arah putaran bidang cahaya terkutub dan dengan hubungan rumus bangun dengan gliseraldehida.

Penggolongan karbohidrat

  1. Berdasarkan rumus strukturnya

Karbohidrat diikat dari rumus strukturnya mengandung gugus fungsi aldehid  keton  dan gugus hidroksi (–OH) oleh karena itu berdasarkan gugus fungsi yang diikat ini dibedakan menjadi 2 macam yaitu:

  1. Kelompok aldosa yaitu karbohidrat yang mengikat gugus aldehid.
  2. kelompok ketosa yaitu karbohidrat yang mengikat gugus keton.

Berdasarkan jumlah atom karbon (C) yang menyusunnya karbohidrat dibedakan menjadi:

  1. Triosa: yaitu karbohidrat yang tersusun dari 3 atom karbon.
  2. Tetrosa: yaitu karbohidrat yang tersusun dari 4 atom karbon.
  3. Pentosa: yaitu karbohidrat yang tersusun dari 5 atom karbon.
  4. Heksosa: yaitu karbohidrat yang tersusun dari 6 atom karbon
  1. Berdasarkan hasil hidrolisisnya

Karbohidrat termasuk senyawa polimer karena masih bisa dihidrolisis (diuraikan oleh air) menjadi senyawa-senyawa yang lebih sederhana atau monosakarida.

Berdasarkan hasil reaksi hidrolisisnya ini karbohidrat dikelompok-kan menjadi:

  1. Monosakarida yaitu merupakan karbohidrat yang paling sederhana yang tidak dapat diuraikan (dihidrolisis) lagi menjadi senyawa karbohidrat lain yang lebih sederhana. Yang tergolong kelompok ini adalah: glukosa, fruktosa, galaktosa dan ribosa.
  2. Disakarida yaitu merupakan karbohidrat yang terdiri dari 2 monosakarida, sehingga molekul senyawa karbohidrat kelom-pok ini masih dapat dihidrolisis menghasilkan 2 monosakarida

Yang tergolong kelompok disakarida adalah:

  1. Polikaradia yaitu karbohidrat yang bila dihidrolisis akan menghasilkan banyak molekul monosakarida. Contohnya adalah amilum, glikogen, selulosa.

Struktur karbohidrat

Berdasarkan gugus fungsi yang diikat, monosakarida dibagi menjadi:

  1. Monosakarida kelompok Aldosa
  2. Monosakarida kelompok ketosa

Bentuk monosakarida

  1. Menurut Fischer (konformasi Fischer)

  1. Menurut Haworth (konformasi Haworth)

Monosakarida berada terutama dalam bentuk hemiasetal siklik dan tidak dalam bentuk aldo atau keto siklik sebagaimana digambarkan oleh Fischer.

Kimiawan karbohidrat Inggris bernama W . N. Haworth (hadiah Nobel tahun 1937) memperkenalkan cara yang berguna untuk menggambarkan siklik dari gula.

Menurut Haworth bila C–1 dan C–6 (rumus Fischer) berdekatan (didekatkan) akan menyebabkan rotasi pada ikatan C–4 dan C–5 membuat oksigen hidroksil pada C–5 cukup dekat dan menjalankan adisi nukleofilik pada karbon karbonil (C–1). Reaksi ini kemudian menghasilkan struktur hemiasetal siklik yang berbentuk cincin.

Contoh:

  1. D–glukosa (C6H12O6) menurut Haworth

Ada kalanya seperti pada struktur di sebelah kanan, hidrogen tidak ditulis sehingga perhatian dapat dipusatkan pada gugus hidroksil. Di mana rumus gugus hidroksil di sebelah kiri pada proyeksi Fischer digambar di atas pada proyeksi Haworth.

  1. Fruktosa (C6H12O6) atau ketoheksosa

Keisomeran pada monosakarida

Ada dua macam isomeri pada monosakarida yaitu isomeri geometri dan isomeri optik.

Adalah isomer-isomer pada senyawa yang mempunyai ikatan rangkap (C = C) di mana tiap atom C tersebut mengikat dua atom/gugus atom berbeda.

Pada glukosa tidak ada ikatan rangkap antar atom C-nya tetapi mem-punyai isomeri geometri. Hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut.

  1. Jika atom C–6 berada di atas bidang (pada proyeksi Haworth) pada senyawa glukosa, maka dinamakan bentuk D, sedang bila berada di bawah dinamakan bentuk L. Bentuk D pada proyeksi Fischer bila gugus OH pada C–2 berada di kanan dan bila di kiri disebut bentuk L.
  2. Isomer lain terjadi berdasarkan kedudukan gugus -OH pada atom C–1. Jika gugus –OH pada C–1 terletak di atas disebut kedudukan β dan gugus –OH pada C–1 terletak di bawah disebut kedudukan α. Jadi pada glukosa ada 4 macam isomer geometri yaitu α– D glukosa, α– L glukosa, β– D glukosa, β– L glukosa.

Isomeri optik ialah isomeri yang disebabkan pada senyawa tersebut dapat memutar bidang polarisasi dengan arah yang berbeda. Isomeri optik terbentuk jika senyawa mempunyai suatu atom C yang tidak simetris (C-asimetris)yakni atom C yang mengikat 4 atom atau gugus atom yang berbeda-beda.

Contoh pada senyawa glukosa (C6H12O6) dengan struktur

Banyaknya (jumlah) isomer optik yang dapat dibentuk oleh suatu senyawa dirumuskan 2n2 di mana n = jumlah atom C–asimetris sehingga glukosa memiliki jumlah isomer optik sebanyak 2 . 42 = 16 isomer.

Isomeri optik juga terjadi pada senyawa kiral yaitu senyawa di mana satu molekul merupakan bayangan cermin dari yang lain. Semua senyawa karbohidrat yang memiliki atom C-asimsetristergolong senyawa kiral.

Berdasarkan arah rotasinya (ke kiri atau ke kanan), isomer optik dibedakan menjadi 2 macam yaitu:

  1. Isomer optik yang dapat memutar berkas sinar ke arah kanan (dekstro-rotasi) diberi lambang (D).
  2. Isomer optik yang dapat memutar berkas sinar ke arah kiri (Levo-rotasi) diberi lambang (L). Contoh: 2-butanol mempunyai 2 isomer optik yakni D–2 btanol dan L–2  butanol

C* adalah C–asimetris di mana C tersebut mengikat keempat gugusnya semuanya berbeda yaitu (H, -OH, C2H5 dan CH3).

Sifat Karbohidrat

  1. Monosakarida

Sebagian besar monosakarida dikenal sebagai heksosa, karena terdiri atas 6-rantai atau cincin karbon. Atom-atom hidrogen dan oksigen terikat pada rantai atau cincin ini secara terpisah atau sebagai gugus hidroksil (OH). Ada tiga jenis heksosa yang penting dalam ilmu gizi, yaitu glukods, fruktosa, dan galaktosa. Ketiga macam monosakarida ini mengandung jenis dan jumlah atom yang sama, yaitu 6 atom karbon, 12 atom hidrogen, dan 6 atom oksigen.

Perbedaannya hanya terletak pada cara penyusunan atom-atom hidrogen dan oksigen di sekitar atom-atom karbon. Perbedaan dalam susunan atom inilah yang menyebabkan perbedaan dalam tingkat kemanisan, daya larut, dan sifat lain ketiga monosakarida tersebut.

Monosakarida yang terdapat di alam pada umumnya terdapat dalam bentuk isomer dekstro (D). gugus hidroksil ada karbon nomor 2 terletak di sebelah kanan. Struktur kimianya dapat berupa struktur terbuka atau struktur cincin. Jenis heksosa lain yang kurang penting dalam ilmu gizi adalah manosa. Monosakarida yang mempunyai lima atom karbon disebut pentosa, seperti ribosa dan arabinosa.

  1. Glukosa

Glukosa dinamakan juga dekstrosa atau gula anggur, terdapat luasdi alam dalam jumlah sedikit, yaitu di dalam sayur, buah, sirup jagung, sari pohon, dan bersamaan dengan fruktosa dalam madu. Glukosa juga memegang peranan sangat penting dalam ilmu gizi. Glukosa merupakan hasil akhir pencernaan pati, sukrosa, maltosa, dan laktosa pada hewan dan manusia. Dalam proses metabolisme, glukosa merupakan bentuk karbihidrat yang beredar didalam tubuh dan didalam sel merupakan sumber energi.

  1. Fruktosa

Fruktosa dinamakan juga levulosa atau gula buah, adalah gula paling manis. Fruktosa mempunyai rumus kimia yang sama dengan glukosa, C6H12O6, namun strukturnya berbeda. Susunan atom dalam fruktosda merangsang jonjot kecapan pada lidah sehingga menimbulkan rasa manis.

  1. Galaktosa

Galaktosa tidak terdapat bebas di alam seperti halnya glukosa dan fruktosa, akan tetapi terdapat dalam tubuh sebagai hasil pencernaan laktosa.

  1. Manosa

Manosa jarang terdapat di dalam makanan. Di gurun pasir, seperti di Israel terdapat di dalam manna yang mereka olah untuk membuat roti.

  1. Pentosa

Pentosa merupakan bagian sel-sel semua bahan makanan alami. Jumlahnya sangat kecil, sehingga tidak penting sebagai sumber energi.

Kegunaan Karbohidrat

  1. Sumber Energi

Fungsi utama karbohidrat adalah menyediakan energi bagi tubuh. Karbohidrat merupakan sumber utama energi bagi penduduk di seluruh dunia, karena banyakdi dapat di alam dan harganya relatif murah. Satu gram karbohidrat menghasilkan 4 kalori. Sebagian karbohidrat di dalam tubuh berada dalam sirkulasi darah sebagai glukosa untuk keperluan energi segera; sebagian disimpan sebagai glikogen dalam hati dan jaringan otot, dan sebagian diubah menjadi lemak untuk kemudian disimpan sebagai cadangan energi di dalam jaringan lemak. Seseorang yang memakan karbohidrat dalam jumlah berlebihan akan menjadi gemuk.

  1. Pemberi Rasa Manis pada Makanan

Karbohidrat memberi rasa manis pada makanan, khususnya mono dan disakarida. Gula tidak mempunyai rasa manis yang sama. Fruktosa adalag gula yang paling manis. Bila tingkat kemanisan sakarosa diberi nilai 1, maka tingkat kemanisan fruktosa adalah 1,7; glukosa 0,7; maltosa 0,4; laktosa 0,2.

  1. Penghemat Protein

Bila karbohidrat makanan tidak mencukupi, maka protein akan digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi, dengan mengalahkan fungsi utamanya sebagai zat pembangun. Sebaliknya, bila karbohidrat makanan mencukupi, protein terutama akan digunakan sebagai zat pembangun.

  1. Pengatur Metabolisme Lemak

Karbohidrat mencegah terjadinya oksidasi lemak yang tidak sempurna, sehingga menghasilkan bahan-bahan keton berupa asam asetoasetat, aseton, dan asam beta-hidroksi-butirat. Bahan-bahan ini dibentuk menyebabkan ketidakseimbangan natrium dan dehidrasi. pH cairan menurun. Keadaan ini menimbulkan ketosis atau asidosis yang dapat merugikan tubuh.

  1. Membantu Pengeluaran Feses

Karbohidrat membantu pengeluaran feses dengan cara emngatur peristaltik usus dan memberi bentuk pada feses. Selulosa dalam serat makanan mengatur peristaltik usus. Serat makanan mencegah kegemukan, konstipasi, hemoroid, penyakit-penyakit divertikulosis, kanker usus besar, penyakiut diabetes mellitus, dan jantung koroner yang berkaitan dengan kadar kolesterol darah tinggi. Laktosa dalam susu membantu absorpsi kalsium. Laktosa lebih lama tinggal dalam saluran cerna, sehingga menyebabkan pertumbuhan bakteri yang menguntungkan.

Soal Latihan        :

  1. Senyawa apa sajakah yang tergolong monosakarida, disakarida, dan polisakarida?
  2. Monosakarida dapat dikelompokkan menjadi 2, aldosa dan ketosa. Berikan contoh senyawa-senyawa yang mengandung 6 atom karbon?

JAWABAN SOAL LATIHAN BAHAN AJAR MAKROMOLEKUL (KARBOHIDRAT)

  1. Senyawa apa sajakah yang tergolong monosakarida, disakarida, dan polisakarida?

Pembahasan :

Monosakarida terididari glukosa, galaktosa,dan fruktosa. Disakarida adalah sukrosa (sakarosa), maltosa,dan laktosa. Polisakarida meliputi amilum, glikogen, selulosa, dan inulin.

  1. Monosakarida dapat dikelompokkan menjadi 2, aldosa dan ketosa. Berikan contoh senyawa-senyawa yang mengandung 6 atom karbon?

Pembahasan :

Aldosa adalah glukosa dan galaktosa. Keduanya digolongkan aldosa karena mengandung gugus fungsi aldehid, -CHO. Sedangkan fruktosa tergolong ketosa, karena gugus fungsinya adalah keton, yaitu gugus karbonil, -CO-. Aldosa dengan 6 atom C adalah aldo heksosa dan ketosa 6 atom C dinamakan keto heksosa. Rumus molekul aldosa dan ketosa sama, yaitu C6H12O6.

Rumus struktur aldosa adalah CHO-(CHOH)4-CH2OH.

Rumus struktur ketosa: CH2OH-CO-(CHOH)3-CH2OH.