KLASIFIKASI KARBOHIDRAT

2.1    Klasifikasi Karbohidrat

Berbagai senyawa yang termasuk kelompok karbohidrat mempunyai molekul yang berbeda-beda ukurannya, yaitu dari senyawa yang sederhana yang memiliki berat molekul 90 hingga senyawa yang mempunyai berat molekul 500.000 bahkan ebih. Dari rumus umum karbohidrat, dapat diketahui bahwa senyawa ini adalah suatu polimer yang tersusun atas monomer-monomer. Berdasarkan monomer yang menyusunnya, karbohidrat dibedakan menjadi 3 golongan, yaitu:

1.      Monosakarida

Monosakarida adalah karbohidrat paling sederhana yang tidak dapat dihidrolisis menjadi karbohidrat lain. Bentuk ini dibedakan kembali menurut jumlah atom C yang dimiliki dan sebagai aldosa atau ketosa. Monosakarida yang terpenting adalah glukosa, galaktosa, dan fruktosa. Monosakarida yang paling sederhana ialah gliseraldehida dan dihidroksiaseton. Gliseraldehida/gliserosa dapat disebut aldotriosa karena terdiri atas tiga atom karbon dan mempunyai gugus aldehida. Dihidroksiaseton dinamakan ketotriosa karena terdiri atas tiga atom karbon dan mempunyai gugus keton. Monosakarida yang terdiri atas empat atom karbon disebut tetrosa dengan rumus C4H8O4. Eritrosa adalah contoh aldotetrosa dan eritrulosa adalah suatu ketotetrosa. Pentosa ialah monosakarida yang mempunyai lima atom karbon. Contoh pentosa ialah ribosa dan ribulosa. Dilihat dari rumusnya kita dapat mengetahui bahwa ribosa adalah suatu aldopentosa, sedangkan ribolosa adalah suatu ketopentosa. Pentosa dan heksosa (C6H12O6) merupakan monosakarida yang penting dalam  kehidupan. Contoh lain tercantum dalam tabel 1.1

Tabel 1.1 klasifikasi monosakarida yang penting.

Monosakarida	Rumus Molekul	aldosa	ketosa
Triosa	C3H6O3	Gliserosa	Dihidroksi aseton
Tetrosa	C4H8O4	Eritrosa	Eritrulosa
Pentosa	C5H10O5	Ribosa	Ribulosa
Heksosa	C6H12O6	Glukosa	Fruktosa

Berikut ini adalah uraian mengenai monosakarida yang penting dalam kehidupan, yaitu:

a)      Glukosa

Glukosa adalah suatu aldoheksosa dan sering disebut dekstrosa karena mempunyai sifat dapat dapat memutar cahaya terpolarisasi ke arah kanan. Di alam, glukosa terdapat dalam buah-buahan dan madu lebah. Darah manusia normal mengandung glukosa dalam jumlah atau konsentrasi yang tetap, yaitu antara 70-100 mg  tiap 100 ml darah. Glukosa darah ini dapat bertambah setelah kita mengkomsumsi makanan yang mengandung karbohidrat, namun kira-kira 2 jam setelah itu, jumlah glukosa darah akan kembali pada keadaan semula. Pada orang yang menderita diabetes mellitus atau kencing manis, jumlah glukosa darah lebih besar dari 130 mg per 100 ml darah. Di alam, glukosa dihasilkan dari reaksi antara karbondioksida dan air dengan bantuan sinar matahari dan klorofil dalam daun. Proses ini disebut fotosintesis dan glukosa yang terbentuk terus digunakan untuk pembentukan amilum atau selulosa.

                               Sinar matahari

6CO2 + 6H2O                                              C6H12O6 + 6O2

                                          Klorofil

Amilum terbentuk dari glukosa dengan jalan penggabungan moleku-molekul glukosa yang membentuk rantai lurus maupun bercabang dengan melepaskan molekul air.

C6H12O6                                                 (C6H10O5)n + nH2O

                 glukosa                                                                         amilum

                                        ( n= bilangan yang besar)

Dalam dunia perdagangan dikenal sirup glukosa, yaitu suatu larutan glukosa yang sangat pekat, sehingga mempunyai viskositas atau kekentalan yang tinggi. Sirup glukosa ini diperoleh dari amilum melalui proses hidrolisis dengan asam.

b)      Fruktosa

Madu lebah selain glukosa juga mengandung fruktosa. Fruktosa adalah suatu ketoheksosa yang mempunyai sifat memutar cahaya terpolarisasi ke kiri dan karenanya disebut juga levulosa. Pada umumnya monosakarida dan disakarida mempunyai rasa manis.

Fruktosa mempunya rasa lebih manis dari pada glukosa, juga lebih manis dari pada gula tebu atau sukrosa. Fruktosa dapat dibedakan dari glukosa dengan pereaksi seliwanoff, yaitu larutan resorsinol (1,3 dihidroksi-benzena) dalam asam HCL. Dengan pereaksi ini mula-mula fruktosa diubah menjadi hidroksimetilfurfural yang selanjutnya bereaksi dengan resorsinol membentuk senyawa yang berwarna merah. Pereaksi seliwanoff ini khas untuk menunjukkan adanya ketosa.  Fruktosa berkaitan dengan glukosa membentuk sukrosa, yaitu gula yang biasa digunakan sehari-hari sebagai pemanis, dan berasal dari tebu atau bit.

c)      Galaktosa

Monosakarida ini jarang terdapat dialam bebas. Umumnya berikatan dengan glukosa dalam bentuk laktosa, yaitu gula yang terdapat dalam susu. Galaktosa mempunyai rasa kurang manis dari pada glukosa dan kurang larut dalam air. 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. Pembentukkan asam musat ini dapat dijadikan cara identifikasi galaktosa, karena kristal asam musat mudah dimurnikan dan diketahui bentuk kristal maupun titik leburnya.

d)     Pentosa

Beberapa pentosa yang penting ialah arabinosa, xilosa, ribosa dan 2-deoksiribosa. Keempat pentosa ini ialah aldopentosa dan tidak terdapat di alam bebas. Arabinosa diperoleh dari gom arap dengan jalan hidrolisis, sedangkan xilosa diperoleh dari proses hidrolisis terhadap jerami atau kayu. Xilosa terdapat pada urine seseorang yang disebabkan oleh suatu kelainan pada metabolisme karbohidrat. Kondisi seseorang seperti itu dinamakan pentosuria. Ribosa dan deoksiribosa merupakan komponen dari molekul asam nukleat dan dapat diperoleh dengan cara hidrolisis. Dari rumusnya tampak bahwa deoksiribosa kekurangan satu atom oksigen dibanding dengan ribosa.

2.      Oligosakarida

Oligosakarida adalah karbohidrat yang terdiri dari dua sampai sepuluh satuan monosakarida. Oligosakarida yang banyak terdapat di alam adalah disakarida, yang terdiri atas dua satuan monosakarida dan dapat dihidrolisis menjadi monosakarida. Contoh: sukrosa, maltosa, dan laktosa. Oligasakarida yang lain adalah trisakarida yaitu terdir dari 3 molekul monosakarida dan tetrasakarida yang terbentuk dari empat molekul monosakarida. Berikut ini adalah ulasan mengeni beberapa oligosakarida.

a)      Sukrosa

Sukrosa ialah gula yang kita kenal sehari-hari, baik yang berasal dari tebu maupun dari bit. Selain pada tebu dan bit, sukrosa terdapat pula pada tumbuhan lain, misalnya dalam buah nanas dan dalam wortel. Dengan hidrolisis sukrosa akan terpecah dan menghasilkan glukosa dan fruktosa.

Pada molekul sukrosa terdapat ikatan antara molekul glukosa dan fruktosa, yaitu antara atom karbon nomor 1 pada glukosa dengan atom karbon nomor 2 pada fruktosa melalui atom oksigen. Kedua atom karbon tersebut adalah atom karbon yang memiliki gugus –OH glikosidik. Dengan demikian sukrosa tidak mempunyai sifat dapat mereduksi ion-ion Cu++ atau Ag++ dan juga tidak membentuk osazon.

Sukrosa mempunyai sifat memutar cahaya terpolarisasi ke kanan. Hasil yang diperoleh dari reaksi hidrolisis ialah glukosa dan fruktosa dalam jumlah yang ekuimolekular. Glukosa memutar cahaya terpolarisasi ke kanan, sedangkan fruktosa ke kiri. Oleh karena fruktosa mempunyai rotasi spesifik lebih besar daripada glukosa, maka campuran glukosa dan fruktosa sebagai hasil hidrolisis itu memutar ke kiri. Dengan demikian pada proses hidrolisis ini terjadi perubahan sudut putar, mula-mula ke kanan menjadi ke kiri, dan oleh karenanya proses ini disebut juga inversi. Hasil hidrolisis sukrosa yaitu campuran glukosa dan fruktosa disebut gula invert. Madu lebah sebagian besar terdiri dari gula invert, dengan demikian madu mempunyai rasa lebih manis dari pada gula. Apabila kita makan makanan yang mengandung gula, maka dalam usus halus sukrosa akan diubah menjadi glukosa dan fruktosa dengan bantuan enzim sukrase atau invertase. Enzim ialah suatu jenis protein yang berperan sebagai katalis pada reaksi kimia yang terjadi dalam tubuh kita, karenanya enzim dinamakan biokatalis.

b)      Laktosa

Dengan hidrolisis laktosa akan menghasilkan D-galaktosa dan D- glukosa, karena itu laktosa adalah suatu disakarida. Ikatan galaktosa dan glukosa terjadi antara atom karbon nomor 1 pada galaktosa dan atom karbon nomor 4 pada glukosa. Oleh karenanya molekul laktosa masih mempunyai gugus –OH glikosidik. Dengan demikian laktosa mempunyai sifat mereduksi dan  mutarotasi. Biasanya laktosa mengkristal dalam bentuk α. Dalam susu terdapat laktosa yang sering disebut gula susu. Pada wanita yang sedang dalam masa laktasi atau masa menyusui, laktosa kadang-kadang terdapat dalam urine dengan konsentrasi yang sangat rendah. Dibandingkan dengan glukosa, laktosa mempunyai rasa yang kurang manis. Apabila laktosa dihidrolisis kemudian dipanaskan dengan asam nitrat akan terbentuk asam musat.

c)      Maltosa

Maltosa adalah suatu disakarida yang terbentuk dari dua molekul glukosa. Ikatan yang terjadi ialah antara atom karbon nomor satu dan atom karbon nomor 4, oleh karenanya maltosa masih mempunyai gugus –OH glikosidik dan dengan demikian masih mempunyai sifat mereduksi. Maltosa merupakan hasil antara proses hidrolisis amilum dengan asam maupun dengan enzim.

Telah diketahui bahwa hidrolisis amilum akan memberikan hasil akhir berupa glukosa. Dalam tubuh kita amilum mengalami hidrolisis menjadi maltosa  oleh enzim amilase. Maltosa ini kemudian diuraikan oleh enzim maltase menjadi glukosa yang kemudian digunakan oleh tubuh.

Maltosa mudah larut dalam  air dan mempunyai rasa lebih manis dari pada laktosa, tetapi kurang manis dari sukrosa

Urutan rasa manis pada beberapa mono dan disakarida dapat dilihat pada gambar berikut ini.

fruktosa

           gula invert

                    sukrosa  

                                         glukosa

                                                      xilosa

                                                  maltosa

                                                                             galaktosa

                                                                                             laktosa

 

Gambar 2.1 Tingkat rasa manis beberapa jenis karbohidrat.

d)     Rafinosa

Rafinosa adalah suatu trisakarida yang penting yang terdiri atas tiga molekul monosakarida yang berikatan, yaitu galaktosa-glukosa-fruktosa. Atom karbon 1 pada galaktosa berikatan dengan atom karbon 6 pada glukosa, selanjutnya atom karbon 1 pada glukosa berikatan dengan atom karbon 2 pada fruktosa. Apabila dihidrolisis sempurna, rafinosa akan menghasilkan galaktosa, glukosa dan fruktosa. Pada kondisi tertentu hidrolisis rafinosa akan memberikan hasil-hasil tertentu pula. Hidrolisis dengan asam lemah atau pada konsentrasi H+ rendah, akan menghasilkan melibiosa dan fruktosa. Hasil yang sama seperti ini juga dapat diperoleh melalui hidrolisis dengan bantuan enzim sukrase. Disamping itu hidrolisis dengan bantuan enzim maltase akan memberikan hasil galaktosa dan sukrosa. Hasil hidrolisis sempurna juga dapat diperoleh apabil dalam reaksi ini digunakan dua jenis enzim, yaitu sukrase dan melibiase. Melibiase akan menguraikan melibiosa menjadi galaktosa dan glukosa.

                                                         H+

Galaktosa-glukosa-fruktosa                              galaktosa-glukosa + fruktosa

        (rafinosa)                                 H2O                             (melibiosa)

                                                    H2O

                  Rafinosa                                            melibiosa + fruktosa

                                                    sukrase

                                         H2O

                   Rafinosa                               Galaktosa + sukrosa

                                         Maltase

Pada kenyataannya rafinosa tidak mempunyai sifat mereduksi. Hal ini disebabkan karena dalam molekul rafinosa tidak terdapat gugus –OH glikosidik. Gugus –OH glikosidik pada galaktosa tidak ada sebab atom karbon 1 pada galaktosa mengikat atom karbon 6 pada glukosa. Demikian pula gugus –OH glikosidik pada glukosa dan fruktosa tidak ada, karena kedua monosakarida ini berikatan justru pada atom karbon 1 (glukosa) dan atom karbon 2 (fruktosa).

Rafinosa terdapat dalam bit dan tepung biji kapas mengandung kira-kira 8%. Trisakarida ini tidak digunakan oleh manusia sebagai sumber karbohidrat.

e)      Stakiosa

Stakiosa adalah suatu tetrasakarida. Dengan jalan hidrolisis sempurna, stakiosa menghasilkan 2 molekul galaktosa, 1 molekul glukosa dan 1 molekul frutosa. Pada hidrolisis parsial dapat dihasilkan fruktosa dan manotriosa suatu trisakarida. Stakiosa tidak mempunyai sifat mereduksi.

Galaktosa-galaktosa-glukosa-fruktosa                          galaktosa-galaktosa-glukosa + fruktosa

                (stakiosa)                                                             (manotriosa)

3.      Polisakarida

Polisakarida adalah karbohidrat yang tersusun lebih dari sepuluh satuan monosakarida dan dapat berantai lurus atau bercabang. Polisakarida dapat dihidrolisis oleh asam atau enzim tertentu yang kerjanya spesifik. Hidrolisis sebagian polisakarida menghasilkan oligosakarida dan dapat digunakan untuk menentukan struktur molekul polisakarida. Beberapa polisakarida yang penting, yaitu: amilum, glikogen, dekstrin, dan selulosa. Pada umumnya polisakarida mempunyai molekul besar dan lebih kompleks dari pada 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 heterosakarida. Umumnya polisakarida berupa senyawa berwarna putih dan tidak berbentuk kristal, tidak mempunyai rasa manis dan tidak mempunyai sifat mereduksi. Berat molekul polisakarida bervariasi dari beberapa ribu hingga lebih dari satu juta. Polisakarida yang dapat larut dalam air akan membentuk larutan koloid. Berikut ini adalah uraian mengenai beberapa polisakarida yang penting dalam kehidupan sehari-hari diantaranya adalah:

a.       Amilum

Polisakarida ini banyak terdapat di alam bebas, yaitu banyak terdapat pada sebagian besar tumbuhan. Amilum atau dalam bahasa sehari-hari disebut pati yang banyak terdapat pada umbi, daun, batang, dan biji-bijian. Batang pohon sagu mengandung pati yang setelah dikeluarkan dapat dijadikan bahan makanan bagi masyarakat maluku. Umbi yang terdapat pada ubi jalar atau akar pada ketela pohon atau singkong mengandung pati yang cukup banyak, sebab ketela pohon tersebut selain dapat digunakan sebagai makanan sumber karbohidrat, juga digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan tapioka.

Butir-butir pati apabila diamati dengan menggunakan mikroskop, ternyata berbeda-beda bentuknya, tergantung tumbuhan apa pati tersebut diperoleh. Bentuk butir pati yang berasal dari kentang berbeda dengan yang berasal dari terigu atau beras. Amilum terdiri atas dua macam polisakarida yang kedua-duanya adalah polimer dari glukosa, yaitu amilosa (kira-kira 20%-28%) dan sisanya amilopektin. Amilosa terdiri atas 250-300 unit D-glukosa yang terikat dengan ikatan α 1,4-glikosidik, jadi molekulnya merupakan rantai terbuka. Amilopektin juga terdiri atas molekul D-glukosa  yang sebagian besar mempunyai ikatan 1,4-glikosidik dan sebagian lagi ikatan 1,6-glikosidik. Adanya ikatan 1,6-glikosidik ini menyebabkan terjadinya cabang, sehingga molekul amilopektin berbentuk rantai terbuka dan bercabang. Molekul amilopektin lebih besar daripada molekul amilosa karena terdiri atas lebih dari 1.000 unit glukosa. Butir-butir pati tidak larut dalam air dingin tetapi apabila suspensi dalam air dipanaskan, akan terjadi suatu larutan koloid yang kental. Larutan koloid ini apabila diberi larutan iodium akan berwarna biru. Warna biru tersebut disebabkan oleh molekul amilosa yang membentuk senyawa. Amilopektin dengan iodium akan memberikan warna ungu atau merah lembayung.

Amilum dapat dihidrolisis sempurna dengan menggunakan asam sehingga menghasilkan glukosa. Hidrolisis juga dapat dilakukan dengan bantuan enzim amilase. Dalam ludah dan dalam cairan yang dikeluarkan oleh pankreas terdapat amilase yang bekerja terhadap amilum yang terdapat dalam makanan kita. Oleh enzim amilase, amilum diubah menjadi maltosa dalam bentuk  β maltosa.

b.      Glikogen

Seperti amilum glikogen juga menghasilkan D-glukosa pada proses hidrolisis. Pada tubuh kita glikogen terdapat dalam hati dan otot. Hati berfungsi tempat pembentukan glikogen dari glukosa. Apabila kadar glukosa dalam darah bertambah, sebagian diubah menjadi glikogen sehingga kadar glukosa dalam darah menjadi normal kembali. Glikogen yang ada dalam otot digunakan sebagai sumber energi untuk melakukan aktivitas sehari-hari. Dalam alam glikogen terdapat dalam kerang, alga dan tumput laut.

Glikogen yang larut dalam air dapat diendapkan dengan jalan menambahkan etanol. Endapan terbentuk apabila dikeringkan berbentuk serbuk putih. Glikogen dapat memutar cahaya terpolarisasi ke kanan dan mempunyai rotasi 196 derajat. Dengan iodium iodium glikogen menghasilakan warna merah. Struktur glikogen serupa dengan struktur amilopektin yaitu merupakan rantai glukosa yang mempunyai cabang.

c.       Dekstrin

Pada reaksi hidrolisis parsial, amilum terpecah menjadi molekul-molekul yang lebih kecil yang dikenal dengan nama dekstrin. Jadi dekstrin adalah hasil antara proses hidrolisis amilum sebelum terbentuk maltosa. Tahatahap dalam proses hidrolisis amilum serta warna yang terjadi pada reaksi dengan iodium adalah sebagai berikut:

 Tahap hidrolisis                                                           Warna dengan iodium

Amilum                                                                                                 biru

Amilum terlarut                                                                                   biru

Amilodekstrin                                                                                      lembayung

Eritrodekstrin                                                                                       merah

Akrodekstrin                                                                                        tidak berwarna

Maltosa

Larutan dekstrin banyak digunakan sebagai bahan perekat.

d.      Selulosa

Selulosa terdapat dalam tumbuhan sebagai bahan pembentuk dinding sel. Serat kapas dapat dikatakan seluruhnya adalah selulosa. Dalam tubuh kita selulosa tidak dapat dicer

nakan karena kita memiliki enzim yang dapat menguraikan selulosa. Dengan asam encer tidak dapat terhidrolisis, tetapi oleh asam dengan konsentrasi tinggi dapat terhidrolisis menjadi selobiosa dan D-glukosa. Selobiosa adalah suatu disakarida yang terdiri atas dua molekul glukosa yang berikatan glokosidik antara atom karbon 1 dengan atom karbon 4.

Meskipun selulosa tidak dapat digunakan sebagai bahan makanan oleh tubuh, namun selulosa yang terdapat sebagai serat-serat tumbuhan, sayuran atau buah-buahan, berguna untuk memperlancar pencernaan makanan. Adanya serat-serat dalam saluran pencernaan, gerak peristaltik dapat ditingkatkan dan dengan demikian dapat memperlancar proses pencernaan dan mencegah konstipasi. Tentu saja jumlah serat yang terdapat dalam bahan makanan tidak boleh terlalu banyak.

e.       Mukopolisakarida

Mukopolisakarida adalah suatu heteropolisakarida, yaitu polisakarida yang terdapat yang terdiri atas dua jenis derivat monosakarida. Derivat monosakarida yang membentuk mukopolisakarida tersebut ialah gula amino dan asam uronat. Sebagai contoh asam hialuronat yang merupakan  komponen jaringan ikat yang terdapat pada otot, terbentuk dari kumpulan unit N-asetilglukosamina yang berikatan dengan asam glukuronat. Heparin yang merupakan suatu senyawa yang berfungsi sebagai antikoagulan darah, adalah suatu mukopolisakarida.