1 of 34

KARBOHIDRAT �

LUCKY HARTANTI, STP, MP

2 of 34

Karbohidrat adalah biomolekul yg terbanyak di alam.

Karbohidrat (carbohydrate) diambil dari komponen penyusunnya yang terdiri dari karbon (C), hidrogen (H) dan “ate” yang berarti oksigen (O)

Setiap tahunnya diperkirakan kira-kira 100 milyar ton CO2 & H2O diubah mjd molekul selulosa & produk tanaman lainnya melalui proses fotosintesis.

FUNGSI DAN PERAN KARBOHIDRAT

1. Karbohidrat memiliki peranan yang cukup beragam; sebagai bahan makanan utama. Oksidasi karbohidrat merupakan lintasan pembentukan energi utama pada sel-sel yg tidak melakukan fotosintesis.

3 of 34

2. Polimer karbohidrat berfungsi sebagai senyawa perekat diantara sel.

3. Polimer karbohidrat komplek yang melekat pada molekul protein atau lemak berperan sebagai penerus signal yang menentukan lokasi internal atau lintasan metabolik molekul.

4. Karbohidrat yang tidak larut air berfungsi sebagai jaringan penunjang atau pembentuk struktur dinding sel tanaman, bakteri dan jaringan penghubung.

Definisi KARBOHIDRAT

Diartikan sebagai polihidroksialdehid atau polihidrokdiketon & derivatnya. Suatu karbohidrat mrpk suatu aldehid (R-CHO) jika oksigen karbonil berikatan dengan suatu atom karbon terminal, dan suatu keton ( R1-C=O )

R2

4 of 34

CARBOHYDRATE C_x(H2O)_y

Mono

saccharides

Poly

saccharides

Di

saccharides

Hexose (C-6)

Pentose (C-5)

D-Glucose
D-Galactose
D-Mannose
D-Fructose

Xylose
Arabinose
Ribose

Sucrose (a+d)
Lactose (a+b)
Maltose (a+a) -> α
Cellobiose (a+a) ->β

Oligo

saccharides

Rafinose (b+a+d)
Stachyose (b+b+a+d)
Verbacose

Cellulose (-> a)
Starch (-> a)
Chitin
Agar (->b)
Carrageenan (->b)
Alginat

PENGGOLONGAN KARBOHIDRAT

5 of 34

Monosakarida yang paling banyak terdapat di alam adalah D-glukosa dengan enam atom karbon.

Disakarida, karbohidrat yang terdiri dari dua unit monoskarida. Disakarida yang paling banyak terdapat adalah sukrosa atau gula tebu yang terdiri dari unit glukosa dan fruktosa yang berikatan secara spesifik yang disebut ikatan glikosida. Monoskarida dan disakarida mudah dikenal dengan akhiran osa.

Oligosakarida adalah kabohidrat berantai pendek yg dibangun oleh beberapa unit monosakarida (3-7 monosakarida).

Polisakarida terdiri dari rantai yang cukup panjang sampai ratusan dan ribuan unit monosakarida. Beberapa polisakarida memiliki rantai lurus seperti selulosa dan yang lain ada bercabang seperti glikogen dan amilopektin. Polisakarida yang paling banyak terdapat adalah pati dan selulosa yang kedua-duanya dibangun oleh unit-unit D-glukosa

6 of 34

MONO/DISAKARIDA

7 of 34

Monosakarida

Memiliki atom karbon 3 sampai 7

Setiap atom karbon memiliki gugus hidroksil, keton atau aldehida.

Setiap molekul monosakarida memiliki 1 gugus keton disebut dengan ketosa atau 1 gugus aldehida disebut dengan aldosa

Gugus aldehida selalu berada di atom C pertama
Gugus keton selalu berada di atom C kedua

Susunan atom pada monosakarida tidak bercabang. Satu dari atom karbon membentuk ikatan ganda dgn atom oksigen membentuk gugus karbonil (C=O).

8 of 34

Glukosa diubah menjadi molekul-molekul lain yang memiliki fungsi tertentu, seperti glikogen sebagai cadangan energi, ribosa pada asam nukleat, galaktosa pada susu dan kompleks dengan lemak atau protein.

Rumus Empiris ; (CH₂O)n, n=3 atau lebih

Sifat kelarutan Monosakarida

Monosakarida tidak berwarna, berbentuk kristal padat bebas larut dlm air, tdk larut dlm pelarut nonpolar, kebanyakan mempunyai rasa manis…

9 of 34

Monosakarida

Aldosa (mis: glukosa) memiliki gugus aldehida pada salah satu ujungnya.

Ketosas (mis: fruktosa) biasanya memiliki gugus keto pada atom C2.

10 of 34

11 of 34

Penamaan Gula

Untuk gula dengan atom C asimetrik lebih dari 1, notasi D atau L ditentukan oleh atom C asimetrik terjauh dari gugus aldehida atau keto.

Gula yang ditemui di alam adalah dalam bentuk isomer D.

O H

O

H

C

H – C –

OH

HO – C – H

HO – C –

H

H – C – OH

H – C –

OH HO – C – H

H – C –

OH

HO

– C – H

CH

2

OH

CH

2

OH

D

-

glukosa

L

-glukosa

12 of 34

Notasi D vs L

Notasi D & L dilakukan karena adanya atom C dengan konfigurasi asimetris seperti pada gliseraldehida.

C

H

O

C

H

2

O

H

O

H

C

H

O

C

H

2

O

H

O

H

C

H

O

C

H

2

O

H

O

H

L

-

g

l

i

s

e

r

a

l

d

e

h

i

d

a

D

-

g

l

y

c

e

r

a

l

d

e

h

y

d

e

L

-

g

l

i

s

e

r

a

l

d

e

h

i

d

a

C

H

O

C

H

2

O

H

O

H

D

-

g

l

i

s

e

r

a

l

d

e

h

i

d

a

Penampilan dalam bentuk gambar bagian bawah disebut Proyeksi Fischer.

13 of 34

Gula dalam bentuk D merupakan bayangan cermin dari gula dalam bentuk L.

Kedua gula tersebut memiliki nama yang sama, misalnya D-glukosa & L-glukosa => Stereoisomer

O H

O

H

C

H – C –

OH

HO – C – H

HO – C –

H

H – C – OH

H – C –

OH HO – C – H

H – C –

OH

HO

– C – H

CH

2

OH

CH

2

OH

D

-

glukosa

L

-glukosa

Stereoisomers lainnya, misalnya glukosa, manosa, galaktosa, dll.

Jumlah stereoisomer adalah 2n, dengan n adalah jumlah pusat asimetrik.

Aldosa dengan 6-C memiliki 4 pusat asimetrik, oleh karenanya memiliki 16 stereoisomer (8 gula berbentuk D dan 8 gula berbentuk L).

14 of 34

Pembentukan hemiasetal & hemiketal

Aldehida dapat bereaksi dengan alkohol membentuk hemiasetal.

Keton dapat bereaksi dengan alkohol membentuk hemiketal.

C

R

'

O

keton

aldehida

C

H

R

O

hemiasetal

O

C

H

R

O

H

R

'

alkohol

R

'

O

H

hemiketal

O

C

R

'

O

H

"

R

+

"

R

O

H

alkohol

15 of 34

Pentosa dan heksosa dapat membentuk struktur siklik melalui reaksi gugus keton atau aldehida dengan gugus OH dari atom C asimetrik terjauh.

Glukosa membentuk hemiasetal intra-molekular sebagai hasil reaksi aldehida dari C1 & OH dari atom C5, dinamakan cincin piranosa.

Penampilan dalam bentuk gula siklik disebut proyeksi Haworth.

H

O

H

O

H

O

H

C

H

2

O

H

O

H

O

H

O

H

O

H

C

H

2

O

H

O

H

α

-

D

-

glukosa

β

-

D

-

glukosa

2

3

4

5

6

1

6

5

4

3

2

H

C

H

O

C

O

H

C

H

O

C

O

H

C

O

H

C

H

2

O

H

1

5

2

3

4

6

D

-

glukosa

(bentuk linier)

16 of 34

Fruktosa dapat membentuk

Cincin piranosa, melalui reaksi antara gugus keto atom C2 dengan OH dari C5.
Cincin furanosa, melalui reaksi antara gugus keto atom C2 dengan OH dari C5.

C

H

2

O

H

C

O

C

H

O

C

O

H

C

O

H

C

H

2

O

H

O

H

2

C

O

H

C

H

2

O

H

O

H

O

1

6

5

4

3

2

6

5

4

3

2

1

D

-

fruktosa

(

l

i

n

e

a

r

)

α

-

D

-

fruktofuranosa

17 of 34

Pembentukan cincin siklik glukosa menghasilkan pusat asimetrik baru pada atom C1. Kedua stereoisomer disebut anomer, α & β.

Proyeksi Haworth menunjukkan bentuk cincin dari gula dengan perbedaan pada posisi OH di C1 anomerik :

α (OH di bawah struktur cincin)
β (OH di atas struktur cincin).

H

O

H

O

H

O

H

C

H

2

O

H

α

-

D

-

glukosa

O

H

O

H

O

H

O

H

C

H

2

O

H

O

H

β

-

D

-

glukosa

2

3

4

5

6

1

6

5

4

3

2

18 of 34

Karena sifat ikatan karbon yang berbentuk tetrahedral, gula piranosa membentuk konfigurasi “kursi" atau “perahu", tergantung dari gulanya.

Penggambaran konfigurasi kursi dari glukopiranosa di atas lebih tepat dibandingkan dengan proyeksi Haworth.

O

H

O

H

O

H

O

H

O

H

O

H

O

H

O

H

O

H

O

H

O

H

O

H

α

-

D

-

glukopiranosa

β

-

D

-

glukopiranosa

1

6

5

4

3

2

19 of 34

Turunan gula

Gula alkohol – tidak memiliki gugus aldehida atau ketone; misalnya ribitol.
Gula asam –gugus aldehida pada atom C1, atau OH pada atom C6, dioksidasi membentuk asam karboksilat; misalnya asam glukonat, asam glukuronat.

C

O

H

C

H

O

H

O

H

O

H

Asam D-glukonat

Asam D-glukuronat

C

H

2

O

H

O

H

C

H

O

C

H

O

H

O

H

O

H

C

O

H

O

H

20 of 34

Oksidasi gula aldehida

C

O

H

C

H

O

C

O

H

C

O

H

C

H

2

O

H

D

-

g

l

u

c

o

s

e

O

H

Oksidator

Asam D-glukonat

C

O

H

C

H

O

H

O

H

O

H

C

H

2

O

H

O

H

21 of 34

Oksidasi gula aldehida

Gula yang dapat dioksidasi adalah senyawa pereduksi. Gula yang demikian disebut sebagai gula pereduksi.

Senyawa yang sering digunakan sebagai pengoksidasi adalah ion Cu⁺², yang berwarna biru cerah, yang akan tereduksi menjadi ion Cu⁺, yang berwarna merah kusam. Hal ini menjadi dasar bagi pengujian Benedict yang digunakan untuk menentukan keberadaan glukosa dalam urin, suatu pengujian bagi diagnosa diabetes.

22 of 34

Oksidasi gula aldehida

Glukosa + Cu⁺⁺

Gluconic acid + Cu₂O (Cu₂O is insol ppt)

Glukosa + O₂

Asam glukonat + H₂O₂ (H₂O₂ nya diukur)

Glukosa + ATP

Glukosa-6-P + ADP (G-6-Pnya diukur)

panas & pH

glukosa

oksidase

heksokinase

23 of 34

Turunan gula

Gula amino - gugus amino menggantikan gugus hidroksil. Sebagai contoh glukosamina.

Gugus amino dapat mengalami asetilasi, seperti pada N-asetilglukosamina.

H

O

H

O

H

N

H

2

H

O

H

C

H

2

O

H

α

-

D

-

glukosamina

H

O

H

O

H

N

H

O

H

C

H

2

O

H

α

-

D

-

N

-

asetilglukosamina

C

H

3

O

H

24 of 34

Ikatan Glikosida

Gugus hidroksil anomerik dan gugus hidroksil gula atau senyawa yang lain dapat membentuk ikatan yang disebut ikatan glikosida dengan membebaskan air :

R-OH + HO-R' 🡪 R-O-R' + H₂O

Misalnya methanol bereaksi dengan gugus OH anomerik dari glukosa membentuk metil glukosida (metil-glukopiranosa).1

O

H

O

H

O

H

O

H

O

H

O

H

α

-

D

-

glukopiranosa

O

H

O

H

O

H

O

C

H

3

O

H

O

H

Metil-α-D-glukopiranosa

C

H

3

-

O

H

+

metanol

H

2

O

25 of 34

Cellobiose, hasil pemecahan selulosa, kebalikan equivalent β anomer (O on C1 points up).

Ikatan β(1→ 4) glikosida ditunjukkan dg zig-zag, tetapi glukosa yg satu kenyataannya relatif terbalik dg yg lain.

Disaccharides:

Maltose, merupakan hasil pemecahan pati (ex: amilosa), adalah disakarida dg ikatan a(1® 4) glycosidik antara OH pada C1 - C4 dari 2 buah glukosa. It is the a anomer (O on C1 points down).

26 of 34

Termasuk disaccharides lain:

Sucrose, gula, mempunyai ikatan antara ggs hidroksil dari glucose & fructose. Ikatan α(1→2) glikosida. Nama lengkap sukrosa adalah α-D-glucopyranosyl-(1→2)-β-D-fructopyranose.)
Lactose, gula susu, disusun oleh galactose & glucose, dengan ikatan β(1→4) glikosida dari OH anomer galactose. Nama lengkap laktosa adalah β-D-galactopyranosyl-(1→ 4)-α-D-glucopyranose

27 of 34

Polysaccharides

Tanaman menyimpan glukosa dlm bentuk amilosa atau amilopektin, Gabungan polimer glukosa disebut pati. Penyimpanan glukosa dalam bentuk polimer menyebabkan pengaruh osmotik minimal.

Amilosa adalah polimer glukosa dg α(1→4)glikosidik. Berada dlm konformasi helik. Polisakarida terakhir dg sebuah anomer C1 yg tidak termasuk dalam sebuah ikatan glikosida disebut reducing end.

28 of 34

Amylopectin adalah sebuah polimer glukosa sebagian besar dg α(1→4) glikosida, tetapi juga mempunyai cabang yang terbentuk dari α(1→6) glikosida. Cabang biasanya lebih panjang drpd yg ditunjukkan diatas. Cabang menghasilkan struktur yg kompak & rantai akhir yg banyak pada pemecahan secara enzimatik.

29 of 34

30 of 34

31 of 34

Glycogen, polimer glukosa yg tersimpan dalam hewan, strukturnya hampir sama dg amylopectin. Tetapi glikogen mempunyai lebih banyak cabang α(1→6). Glikogen paling cepat terbentuk pada otot yg sedang melakukan aktivitas atau exercise.

32 of 34

Cellulose, penyusun utama dari dinding sel tanaman, terdiri dari rantai lurus yg panjang dari glukosa β(1→4) glikosida. Ikatan Hidrogen antar molekul glukosa dan antar rantai selulosa menyebabkan

selulosa menjadi kuat & rigid, dan padat dg susunan kristalin disebut microfibrils. Microfibrils ini sangat kuat. Peranan selulosa adalah untuk memberi kekuatan dan ke’rigid’an dinding sel tanaman.

33 of 34

SUMBER CHITIN

SUMBER KARAGENAN, AGAR

34 of 34

METABOLISME

KARBOHIDRAT