makalah karbohidrat

Pendahuluan

Karbohidrat ('hidrat dari karbon', hidrat arang) atau sakarida (dari bahasa Yunani σάκχαρον, sákcharon, berarti "gula") adalah segolongan besar senyawa organik yang paling melimpah di bumi. Karbohidrat merupakan produk awal dari proses fotosintesis

nCO_2(g) + mH₂O_(l)    →   C_n(H₂O_)m  + nO₂

Karbohidrat selalu kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Karbohidrat di alam terdapat dalam jumlah yang besar, terutama dalam tumbuh-tumbuhan, berkisar antara 60-90 % dari bahan padatnya. Pati, rayon serat, kapas, dan bermacam-macam gula, adalah tergolong senyawaan karbohidrat.

Secara biokimia, karbohidrat adalah polihidroksil-aldehida atau polihidroksil-keton, atau senyawa yang menghasilkan senyawa-senyawa ini bila dihidrolisis. Karbohidrat mengandung gugus fungsi karbonil (sebagai aldehida atau keton) dan banyak gugus hidroksil. Pada awalnya, istilah karbohidrat digunakan untuk golongan senyawa yang mempunyai rumus (CH₂O)_n, yaitu senyawa-senyawa yang n atom karbonnya tampak terhidrasi oleh n molekul air.Namun demikian, terdapat pula karbohidrat yang tidak memiliki rumus demikian dan ada pula yang mengandungnitrogen, fosforus, atau sulfur.

             
       Bentuk molekul karbohidrat paling sederhana terdiri dari satu molekul gula sederhana yang disebut monosakarida, misalnya glukosa, galaktosa, dan fruktosa. Banyak karbohidrat merupakan polimer yang tersusun dari molekul gula yang terangkai menjadi rantai yang panjang serta dapat pula bercabang-cabang, disebut polisakarida, misalnya pati, kitin, dan selulosa. Selain monosakarida dan polisakarida, terdapat pula disakarida (rangkaian dua monosakarida) dan oligosakarida (rangkaian beberapa monosakarida).

Penggolongan karbohidrat

1.  Monosakarida

Satuan karbohidrat yang paling sederhana dengan rumus CnH₂nOn dimana n = 3 – 8 . Monosakarida sering disebut gula sederhana (simple sugars) adalah karbohidrat yang tidak dapat dihidrolisis menjadi bentuk yang lebih sederhana lagi. Molekulnya hanya terdiri atas beberapa atom karbon saja. Monosakarida dapat dikelompokkan berdasarkan kandungan atom karbonnya, yaitu triosa, tetrosa, pentosa, dan heksosa atau heptosa.

C₃H₆O₃       : triosa

C₄H₈O₄       : tetrosa

C₅H₁₀O₄      : pentose

C₆H₁₂O₄      : heksosa

Monosakarida atau gula sederhana hanya terdiri atas satu unit polihidroksialdehida atau keton atau hanya terdiri atas satu molekul sakarida. Kerangka monosakarida adalah 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. Jika gugus karbonil berada pada ujung rantai karbon, monosakarida tersebut adalah suatu aldosa, dan jika gugus karbonil berada pada posisi lain, monosakarida tersebut adalah suatu ketosa. Berbagai jenis monosakarida aldosa dan ketosa.        

Macam-macam monosakarida

a.    Aldosa: monosakarida yang mengandung gugus aldehid.

       Contoh: Gliseraldehid

b.   Ketosa: monosakarida yang mengandung gugus keton.

       Contoh: Dihidroksiaseton

2.  Disakarida

Disakarida adalah karbohidrat yang terdiri dari 2 satuan monosakarida. Dua monosakarida dihubungkan dengan ikatan glikosidik antara C-anomerik dari satu unit monosakarida dengan gugus –OH dari unit monosakarida yang lainnya. Beberapa disakarida yang sering dijumpai: Maltosa, Selobiosa, Laktosa, Sukrosa·         

Jenis disakarida:

Selubiosa ® b-D-Glukosa  + b-D-Glukosa

Maltosa    ® a-D-Glukosa  + b-D-Glukosa

Sukrosa   ® a-D-Glukosa   + b-D-Fruktosa

Laktosa   ® a-D-Glukosa   + b-D-Galaktosa

3.  Polisakarida

Polisakarida atau glikan tersusun atas unit-unit gula yang panjang. Polisakarida dapat dibagi menjadi dua kelas utama yaitu homopolisakarida dan heteropolisakarida. Homopolisakarida yang mengalami hidrolisis hanya menghasilkan satu jenis monosakarida, sedangkan heteropolisakarida bila mengalami hidrolisis sempurna menghasilkan lebih dari satu jenis monosakarida. Rumus umum polisakarida yaitu C6(H10O5)n.

Jenis polisakarida adalah:

a.       Selulosa

Selulosa (C6H10O5)n adalah polimer berantai panjang polisakarida karbohidrat, dari beta-glukosa. Selulosa merupakan komponen struktural utama dari tumbuhan dan tidak dapat dicerna oleh manusia.

b.      Glikogen

Glikogen adalah salah satu jenis polisakarida simpanan dalam tubuh hewan. Pada manusia dan vertebrata lain, glikogen disimpan terutama dalam sel hati dan otot. Glikogen terdiri atas subunit glukosa dengan ikatan rantai lurus (α1→4) dan ikatan rantai percabangan (α1→6). Glikogen memiliki struktur mirip amilopektin (salah satu jenis pati) tetapi dengan lebih banyak percabangan, yaitu setiap 8-12 residu.

c.       Pati atau amilum

Pati atau amilum adalah karbohidrat kompleks yang tidak larut dalam air, berwujud bubuk putih, tawar dan tidak berbau. Pati merupakan bahan utama yang dihasilkan oleh tumbuhan untuk menyimpan kelebihan glukosa (sebagai produk fotosintesis) dalam jangka panjang. Hewan dan manusia juga menjadikan pati sebagai sumber energi yang penting. Pati tersusun dari dua macam karbohidrat, amilosa dan amilopektin.

4.      Oligosakarida

Oligosakarida adalah polimer dengan derajat polimerasasi 2 sampai 10 dan biasanya bersifat larut dalam air. Oligosakarida yang terdiri dari dua molekul disebut disakarida, bila tiga molekul disebut triosa, bila sukrosa terdiri dari molekul glukosa dan fruktosa, laktosa terdiri dari molekul glukosa dan galaktosa. Ikatan antara dua molekul monosakarida disebut ikatan glikosidik. Ikatan ini terbentuk antara gugus hidroksil dari atom C nomor satu yang juga disebut karbon anomerik dengan gugus hidroksil dan atom C pada molekul gula yang lain.

Ikatan glikosidik biasanya terjadi antara atom C no. 1 dengan atom C no. 4 dengan melepaskan 1 mol air. Ada tidaknya sifat pereduksi dari suatu molekul gula ditentukan oleh ada tidaknya gugus hidroksil (OH) bebas yang reaktif.

Oligosakarida dapat diperoleh dari hasil hidrolisis polisakarida dengan bantuan enzim tertentu atau hidrolisis dengan asam. Pati dapat dihidrolisisi dengan enzim amilase menghasilkan maltosa, maltotriosa, dan isomaltosa. Bila pati dihidrolisis dengan enzim transglukosidase akan dihasilkan suatu oligosakarida dengan derajat polimerisasi yang lebih besar. Senyawa ini disebut dekstrin yang sangat larut dalam air dan dapat mengikat zat-zat hidrofobik sehingga dipergunakan sebagai food additive untuk memperbaiki tekstur bahan makanan.

Fungsi Karbohidrat

a.) Sebagai 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 kkalori. 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.

b.) 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.

c.) 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

d.) 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.

e.) Membantu Pengeluaran Feses

Karbohidrat membantu pengeluaran feses dengan cara mengatur 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 menguntung

f.) melindungi protein agar tidak dibakar sebagai penghasil energy

       Kebutuhan tubuh akan energi merupakan prioritas pertama; bila karbohidrat yang di konsumsi tidak mencukupi untuk kebutuhan enersi tubuh dan jika tidak cukup terdapat lemak di dalam makanan atau cadangan lemak yang disimpan di dalam tubuh, maka protein akan menggantikan fungsi karbohidrat sebagai penghasil enersi. Dengan demikian protein akan meninggalkan fungsi utamanya sebagai zat pembangun. Apabila keadaan ini berlangsung terus menerus, maka keadaan kekurangan enersi dan protein (KEP) tidak dapat dihindari lagi.

g.)        membantu metabolisme lemak dan proteian dengan demikian dapat mencegah terjadinya ketosis dan pemecahan protein yang berlebihan.

h.)        di dalam hepar berfungsi untuk detoksifikasi zat-zat toksik tertentu.

i.)         beberapa jenis karbohidrat mempunyai fungsi khusus didalam tubuh. Laktosa misalnya berfungsi membantu penyarapan kalsium. Ribosa merupakan komponen tang penting dalam asam nukleat.

j.)         selain itu beberapa golongan karbohidrat yang tidak dapat dicerna, mengandung serat ( diatary fiber ) berguna untuk pencernaan, memperlancar defekasi

REAKSI-REAKSI KARBOHIDRAT

Sifat-sifat kimia karbohidrat berkaitan dengan gugus fungsional yang terdapat dalam molekul yaitu gugus hidroksi, gugus aldehid dan gugus keton. Beberapa sifat kimia karbohidrat dapat digunakan untuk mengidentifikasi  dan membedakan  senyawa karbohidrat yang satu dengan yang lainnya. Monosakarida dan beberapa disakarida mempunyai sifat dapat mereduksi terutama dalam suasana basa. Sifat reduktor ini karena adanya gugus aldehid atau keton bebas pada karbohidrat. Pereaksi-pereaksi karbohidrat seperti:

a.                              Pereaksi Barford

Terdiri atas tembaga (II) asetat dan asam asetat dalam pelarut air  yang digunakan untuk membedakan antara monosakarida dan disakarida.    Monoskaarida cepat sekali mereduksi ion Cu(II) menjadi Cu(I) sedangkan disakarida agak lambat, walaupun dengan konsentrasi yang sama. Reaksinya :

Monosakarida + Cu²⁺  → Cu₂O (cepat)

Disakarida + Cu²⁺  → Cu₂O (lambat)

·         Reaksi pada uji barford

       O                                       O

       ║            Cu2+ asetat         ║

R—C—H  + ─────→ R—C—OH + Cu2O+ CH3COOH

n-glukosa                                                 E.merah

monosakarida                                             bata

KH + campuran CuSO4 dan CH3COOH terbentuk Cu2O endapan merah bata

b.                              Pereaksi Molisch

Terdiri dari α-naftol dalam pelarut alkohol.  Jika glukosa ditambahkan pereaksi ini kemudian dialirkan asam sulfat pekat secara hati-hati maka akan terbentuk 2 lapisan zat cair. Pada batas antara kedua lapisan itu terbentuk cincin warna ungu akibat terjadinya reaksi kondensasi antara  α-naftol  dan furfural (furfural terbentuk akibat dehidrasi glukosa dalam asetat yang panas)

Uji molisch adalah uji kimia kualitatif untuk mengetahui adanya karbohidrat. Uji Molisch dinamai sesuai penemunya yaitu Hans Molisch, seorang alhi botani dari Australia.  Uji ini didasari oleh reaksi dehidrasi karbohidrat oleh asam sulfat membentuk cincin furfural yang berwarna ungu. Reaksi positif ditandai dengan munculnya cincin ungu di purmukaan antara lapisan asam dan lapisan sampel

Sampel yang diuji dicampur dengan reagent Molisch, yaitu α-naphthol yang terlarut dalam etanol. Setelah pencampuran atau homogenisasi, H₂SO₄ pekat perlahan-lahan dituangkan melalui dinding tabung reaksi agar tidak sampai bercampur dengan larutan atau hanya membentuk lapisan.

Reaksi yang terjadi adalah :

H₂SO₄ pekat (dapat digantikan asam kuat lainnya) berfungsi untuk menghidrolisis ikatan pada sakarida untuk menghasilkan furfural. Furfural ini kemudian bereaksi dengan reagent Molisch, α-naphthol membentuk cincin yang berwarna ungu.

c.         Pembentukan asetat

Suatu reagensia yang lazim untuk esterifikasi alkohol ialah anhidrida asam asetat, dengan natrium asetat atau piridina sebagai suatu katalis basa. Jika reaksi itu dilakukan di bawah 0^oC. reaksi asilasi akan lebih cepat daripada antar-pengubahan anomerik α-β. Pada kondisi ini baik α- ataupun β-D-glukosa menghasilkan pentaasetat atau padanannya. Pada temperatu yang lebih tinggi diperoleh suatu campuran α- dan β-pentaasetat, dengan β-pentaasetat lebih melimpah.

d.         Pembentukan eter

Dimetil sulfat adalah suatu ester anorganik dengan gugus pergi yang sangat baik. Senyawa ini digunakan untuk membentuk eter metal. Bila suatu monosakarida diolah dengan dimetil sulfat yang berlebih dan NaOH, semua gugus hidroksil (termasuk gugus OH hemiasetal atau hemiketal) diubah menjadi gugus metoksil.Dalam suatu sintesis eter Williamson yang lazim,
(RO- + RX à ROR + X-), alkoksida itu harus dibuat dengan suatu basa yang lebih kuat daripada NaOH. Dalam hal karbohidrat, NaOH merupakan basa yang cukup kuat untuk menghasilkan ion alkoksida. Efek induktif dari oksigen-oksigen yang elektronegatif pada karbon-karbon yang berdekatan membuat tiap gugus hidroksil lebih asam daripada suatu gugus hidroksil dalam suatu alkohol biasa). Karena ikatan asetal stabil dalam basa, konfigurasi pada karbon anomerik dari suatu glikosida tidak berubah dalam reaksi metilasi ini.