Biokimia Karbohidrat [PDF]

  • 0 0 0
  • Suka dengan makalah ini dan mengunduhnya? Anda bisa menerbitkan file PDF Anda sendiri secara online secara gratis dalam beberapa menit saja! Sign Up
File loading please wait...
Citation preview

BIOKIMIA - KARBOHIDRAT Bahan ini bebas dipergunakan siapa saja. Sangat senang bila anda memberi komentar, kritik dan saran. Semoga dapat bermanfaat Untuk saran, kritik atau pertanyaan anda dapat menghubungi : [email protected]



1



Kritik dan saran kontak : [email protected]



2



BIOKIMIA - KARBOHIDRAT A. PENDAHULUAN Karbohidrat



memegang



peranan



penting



dalam



alam



karena



merupakan sumber energi utama bagi manusia dan hewan yang harganya relatif murah. Semua karbohidrat berasal dari tumbuh-tumbuhan. Melalui fotosintesis, klorofil tanaman dengan bantuan sinar matahari mampu membentuk karbohidrat dari karbondioksida (CO2) berasal dari udara dan air (H2O) dari tanah. Karbohidrat yang dihasilkan adalah klarbohidrat sederhana glukosa. Di samping itu dihasilkan oksigen (O2) yang lepas di udara. Sinar matahari



klorofil



6 CO2 + 6 H2O



C6H12O6 + 6 O2 karbohidrat



Produk yang dihasilkan terutama dalam bentuk gula sederhana yang mudah larut dalam air dan mudah diangkut ke seluruh sel-sel guna penyediaan energi. Sebagian dari gula sederhana inmi kemudian mengalami polimerisasi dan membentuk polisakarida. Ada dua jenis polisakarida tumbuh-tumbuhan, yaitu pati dan nonpati. Pati adalah bentuk simpanan karbohidrat berupa polimer glukosa yang dihubungkan dengan ikatan glikosidik (ikatan antara gugus hidroksil atom C nomor 1 pada molekul glukosa dengan gugus hiodroksil atom nomor 4 pada molekul glukosa lain dengan melepas 1 mol air). Polisakarida nonpati membentuk struktur dinding sel yang tidak larut dalam air. Struktur polisakarida nonpati mirip pati, tapi tidak mengandung ikatan glikosidik. Serelia, seperti beras, gandum, dan jagung serta umbiumbian merupakan sumber pati utama di dunia. Polisakarida nonpati merupakan komponen utama serat makanan.



Kritik dan saran kontak : [email protected]



3



Di negara-negara sedang berkembang kurang lebih 80% energi makanan berasal dari karbohidrat. Di negara-negara maju seperti Amerika Serikat dan Eropa Barat, angka ini lebih rendah, yaitu rata-rata 50%. Nilai



B. JENIS-JENIS KARBOHIDRAT 1. Karbohidrat Sederhana Karbohidrat sederhana terdiri dari: 1.1.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



Kritik dan saran kontak : [email protected]



4



Struktur terbuka O C—H



H



O



O



C—H



C—H



COH



H—C—OH



O



H—C—OH



C==O



HO—C—H HO—C—H



H—C—OH HO—C—H



H—C—OH



HO—C—H



H—C—OH H—C—OH



H—C—OH H—C—OH HO—C—H



H—C—OH H—C—OH



H—C—OH H—C—OH



H—C—OH



H—C—OH H—C—OH



H—C—OH H—C—OH



H—C—OH



H—C—OH H—C—OH



H D-Glukosa



H



H



D-Fruktosa



H



D-Galaktosa



H



D-Manosa



D-Ribosa



Struktur Cincin CH2OH



CH2OH O



O H OH H OH H



CH2OH OH HO



O



OH CH2OH OH



OH



D-Glukosa



OH OH



OH



OH



D-Fruktosa



D-Galaktosa



CH2OH CH2OH O



O



OH



H OH OH HO OH D-Manosa



OH



OH



D-Ribosa



2. Glukosa, dinamakan juga dekstrosa atau gula anggur, terdapat luas di alam dalam jumlah sedikit, yaitu di dalam sayur, buah, sirup jagung, sari pohon, dan bersamaan dengan fruktosa dalam madu. Glukosa memegang peranan sangat penting dalam ilmu gizi. Glukosa merupakan hasil akhir pencernaan pati, sukrosa, maltosa,



Kritik dan saran kontak : [email protected]



5



dan laktosa pada hewan dan manusia. Dalam proses metabolisme, glukosa



merupakan bentuk karbohidrat yang beredar di dalam



tubuh dan di dalam sel merupakan sumber energi. 3. 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. 4. Galaktosa, tidak terdapat bebas di alam seperti halnya glukosa dan fruktosa, akan tetapi terdapat dalam tubuh sebagai hasil pencernaan laktosa. 5. Manosa, jarang terdapat di dalam makanan. Di gurun pasir, seperti di Israel terdapat di dalam manna yang mereka olah untuk membuat roti. 6. Pentosa, merupakan bagian sel-sel semua bahan makanan alami. Jumlahnya sangat kecil, sehingga tidak penting sebagai sumber energi. 1.2.Disakarida Ada empat jenis disakarida, yaitu sukrosa atau sakarosa, maltosa, laktosa, dan trehaltosa. Trehaltosa tidak begitu penting dalam milmu gizi, oleh karena itu akan dibahas secara terbatas. Disakarida terdiri atas dua unit monosakarida yang terikat satu sama lain melalui reaksi kondensasi. kedua monosakarida saling mengikat berupa ikatan glikosidik melalui satu atom oksigen (O). ikatan glikosidik ini biasanya terjadi antara atom C nomor 1 dengan atom C nomor 4 dan membentuk ikatan alfa, dengan melepaskan



satu



molekul



air.



hanya



karbohidrat



yang



unit



monosakaridanya terikat dalam bentuk alfa yang dapat dicernakan. Disakarida dapat dipecah kembali mejadi dua molekul monosakarida melalui reaksi hidrolisis. Glukosa terdapat pada ke empat jenis disakarida; monosakarida lainnya adalah fruktosa dan galaktosa.



Kritik dan saran kontak : [email protected]



CH2OH



CH2OH



O



O



OH HO



O



6



OH OH



OH



OH



Maltosa



CH2OH CH2OH O



O H OH HO



CH2OH



HO O OH



CH2OH OH



Sukrosa CH2OH



CH2OH



O



O O



OH



OH



OH



OH OH



OH Laktosa



 Sukrosa atau sakarosa dinamakan juga gula tebu atau gula bit. Secara komersial gula pasir yang 99% terdiri atas sukrosa dibuat dari keuda macam bahan makanan tersebut melalui proses penyulingan dan kristalisasi. Gula merah yang banayk digunakan di Indonesia dibuat dari tebu, kelapa atau enau melalui proses penyulingan tidak sempurna. Sukrosa juga terdapat di dalam buah, sayuran, dan madu.  Maltosa (gula malt) tidak terdapat bebas di alam. Maltosa terbentuk pada setiap pemecahan pati, seperti yang terjadi pada tumbuhtumbuhan bila benih atau bijian berkecambah dan di dalam usus manusia pada pencernaan pati.



Kritik dan saran kontak : [email protected]



7



 Laktosa (gula susu) hanya terdapat dalam susu dan terdiri atas satu unit glukosa dan satu unit galaktosa. Kekurangan laktase ini menyebabkan ketidaktahanan terhadap laktosa. Laktosa yang tidak dicerna tidak dapat diserap dan tetap tinggal dalam saluran pencernaan. Hal ini mempengaruhi jenis mikroorgnaisme yang tumbuh, yang menyebabkan gejala kembung, kejang perut, dan diare. Ketidaktahanan terhadap laktosa lebih banyak terjadi pada orang tua. Mlaktosa adalah gula yang rasanya paling tidak manis (seperenam manis glukosa) dan lebih sukar larut daripada disakarida lain.  Trehalosa seperti juga maltosa, terdiri atas dua mol glukosa dan dikenal sebagai gila jamur. Sebanyak 15% bagian kering jamur terdiri atas trehalosa. Trehalosa juga terdapat dalam serangga. 1.3.Gula Alkohol Gula alkohol terdapat di dalam alam dan dapat pula dibuat secara sintesis. Ada empat jenis gula alkohol yaitu sorbitol, manitol, dulsitol, dan inositol.  Sorbitol, terdapat di dalam beberapa jenis buah dan secara komersial dibuat dari glukosa. Enzim aldosa reduktase dapat mengubah gugus aldehida (CHO) dalam glukosa menjadi alkohol (CH2OH). Struktur kimianya dapat dilihat di bawah. Sorbitol banyak digunakan dalam minuman dan makanan khusus pasien diabetes, seperti minuman ringan, selai dan kue-kue. Tingkat kemanisan sorbitol hanya 60% bila dibandingkan dengan sukrosa, diabsorpsi lebih lambat dan diubah di dalam hati menjadi glukosa. Pengaruhnya terhadap kadar gula darah lebih kecil daripada sukrosa. Konsumsi lebih dari lima puluh gram sehari dapat menyebabkan diare pada pasien diabetes. H H—C—OH



H H—C—OH



Kritik dan saran kontak : [email protected]



H—C—OH



8



HO—C—H



HO—C—H



HO—C—H



H—C—OH



H—C—OH



H—C—OH



H—C—OH



H—C—OH



H—C—OH



H



H



Sorbitol



Manitol



 Manitol dan Dulsitol adalah alkohol yang dibuat dari monosakarida manosa dan galaktosa. Manitol terdapat di dalam nanas, asparagus, ubi jalar, dan wortel. Secara komersialo manitol diekstraksi dari sejenis rumput laut. Kedua jenis alkohol ini banyak digunakan dalam industri pangan.  Inositol merupakan alkohol siklis yang menyerupai glukosa. Inositol terdfapat dalam banyak bahan makanan, terutama dalam sekam serealia. 1.4.Oligosakarida Oligosakarida



terdiri



atas



polimer



dua



hingga



sepuluh



monosakarida.  Rafinosa, stakiosa, dan verbaskosa adalah oligosakarida yang terdiri atas unit-unit glukosa, fruktosa, dan galaktosa. Ketiga jenis oligosakarida ini terdapat du dalam biji tumbuh-tumbuhan dan kacang-kacangan serta tidak dapat dipecah oleh enzim-enzim perncernaan.  Fruktan adalah sekelompok oligo dan polisakarida yang terdiri atas beberapa unit fruktosa yang terikat dengan satu molekul glukosa. Fruktan terdapat di dalam serealia, bawang merah, bawang putih, dan asparagus. Fruktan tidak dicernakan secara berarti. Sebagian ebsar di dalam usus besar difermentasi. B. Karbohidrat Kompleks



Kritik dan saran kontak : [email protected]



9



2.2.Polisakarida Karbohidrat kompleks ini dapat mengandung sampai tiga ribu unit gula sederhana yang tersusun dalam bentuk rantai panjang lurus atau bercabang. Jenis polisakarida yang penting dalam ilmu gizi adalah pati, dekstrin, glikogen, dan polisakarida nonpati.  Pati merupakan simpanan karbohidrat dalam tumbuh-tumbuhan dan merupakan karbohidrat utama yang dimakan manusia di seluruh dunia. Pati terutama terdapat dalam padi-padian, biji-bijian, dan umbi-umbian. Jumlah unit glukosa dan susunannya dalam satu jenis pati berbeda satu sama lain, bergantung jenis tanaman asalnya. Bentuk butiran pati ini berbeda satu sama lain dengan karakteristik tersendiri dalam hal daya larut, daya mengentalkan, dan rasa. Amilosa merupakan rantai panjang unit glukosa yang tidak bercabang, sedangkan amilopektin adfalah polimer yang susunannya bercabang-cabang dengan 15-30 unit glukosa pada tiap cabang.



amilosa



amilopektin



 Dekstrin merupakan produk antara pada perencanaan pati atau dibentuk melalui hidrolisis parsial pati. Dekstrin merupakan sumber utama karbohidrat dalam makanan lewat pipa (tube feeding). Cairan glukosa dalam hal ini merupakan campuran dekstrin, maltosa, glukosa, dan air. Karena molekulnya lebih besar dari sukrosa dan glukosa, dekstrin mempunyai pengaruh osmolar lebih kecil sehingga tidak mudah menimbulkan diare.



Kritik dan saran kontak : [email protected]



10



 Glikogen dinamakan juga pati hewan karena merupakan bentuk simpanan karbohidrat di dalam tubuh manusia dan hewan, yang terutama terdapat di dalam hati dan otot. Dua pertiga bagian dari glikogen disimpan dalam otot dan selebihnya dalam hati. Glikogen dalam otot hanya dapat digunakan untuk keperluan energi di dalam otot tersebut, sedangkan glikogen dalam hati dapat digunakan sebagai sumber energi untuk keperluan semua sel tubuh. Kelebihan glukosa melampaui kemampuan menyimpannya dalam bentuk glikogen akan diubah menjadi lemak dan disimpan dalam jaringan lemak. 2.2.Polisakari dan Nonpati/Serat Serat akhir-akhir ini banyak mendapat perhatian karena peranannya dalam mencegah berbagai penyakit. Ada dua golongan serat yaitu yang tidak dapat larut dan yang dapat larut dalam air. Serat yang tidak larut dalam air adalah selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Serat yang larut dalam air adalah pektin, gum, mukilase, glukan, dan algal.



C. Sumber Karbohidrat Sumber karbohidrat adalah padi-padian atau serealia, umbi-umbian, kacang-kacang kering, dan gula. Hasil olah bahan-bahan ini adalah bihun, mie, roti, tepung-tepungan, selai, sirup, dan sebagainya. Sebagian besar sayur dan buah tidak banyak mengandung karbohidrat. Sayur umbi-umbian, seperti wortel dan bit serta kacang-kacangan relatif lebih banyak mengandung karbohidrat daripada sayur daun-daunan. Bahan makanan hewani seperti



Kritik dan saran kontak : [email protected]



11



daging, ayam, ikan, telur, dan susu sedikit sekali mengandung karbohidrat. Sumber karbohidrat yang banyak dimakan sebagai makanan pokok di Indonesia adalah beras, jagung, ubi, singkong, talas, dan sagu.



D. Fungsi 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 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. 2. 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. 3. 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. 4. 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



Kritik dan saran kontak : [email protected]



12



ketidakseimbangan natrium dan dehidrasi. pH cairan menurun. Keadaan ini menimbulkan ketosis atau asidosis yang dapat merugikan tubuh. 5. 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. E. Pencernaan dan Metabolisme Karbohidrat Tujuan akhir pencernaan dan absorpsi karbohidrat adalah mengubah karbohidrat menjadi ikatan-ikatan lebih kecil, terutama berupa glukosa dan fruktosa, sehingga dapat diserap oleh pembulu darah melalui dinding usus halus. Pencernaan karbohidrat kompleks dimulai di mulut dan berakhir di usus halus. Pencernaan karbohidrat : 1. Mulut Pencernaan karbohidrat dimulai di mulut. Bola makanan yang diperoleh setelah makanan dikunyah bercampurn dengan ludah yang mengandung enzim



amilase



(sebelumnya



dikenal



sebagai



ptialin).



Amilase



menghidrolisis pati atau amilum menjadi bentuk karbohidrat lebih sederhana, yaitu dekstrin. Bila berada di mulut cukup lama, sebagian diubah menjadi disakarida maltosa. Enzim amilase ludah bekerja paling baik pada pH ludah yang bersifat netral. Bolus yang ditelan masuk ke dalam lambung. 2. Usus Halus



Kritik dan saran kontak : [email protected]



13



Pencernaan karbohidrat dilakukan oleh enzim-enzim disakarida yang dikeluarkan olej sel-sel mukosa usus halus bnerupa maltase, sukrase, dan laktase. Hidrolisis disakarida oleh enzim-enzim ini terjadi di dalam mikrovili dan monosakarida yang dihasilkan adalah sebagai berikut : Maltase Maltosa



2 mol glukosa Sukrase



Sakarosa



1 mol glukosa + 1 mol fruktosa Laktase



Laktosa



1 mol glukosa + 1 mol galaktosa



Monosakarida glukosa, fruktosa, dan galaktosa kemudian diabsorpsi melalui sel epitel usus halus dan diangkut oleh sistem sirkulasi darah melalui vena porta. Bila konsentrasi monosakarida di dalam usus halus atau pada mukosa sel cukup tinggi, absorpsi dilakukan secara pasif atau fasilitatif. Tapi, bila konsentrasi turun, absorpsi dilakukan secara aktif melawan gradien konsentrasi dengan menggunakan energi dari ATP dan ion natrium. 3. Usus Besar Dalam waktu 1-4 jam setelah selesai makan, pati nonkarbohidrat atau serat makanan dan sebagian kecil pati yang tidak dicernakan masuk ke dalam usus besar. Sisa-sisa pencernaan ini merupakan substrat potensial untuk difermentasi oleh mikroorganisma di dalam usus besar. Substrat potensial lain yang difermentasi adalah fruktosa, sorbitol, dan monomer lain yang susah dicernakan, laktosa pada mereka yang kekurangan laktase, serta rafinosa, stakiosa, verbaskosa, dan fruktan. Produk utama fermentasi karbohidrat di dalam usus besar adalah karbondioksida, hidrogen, metan dan asam-asam lemak rantai pendek yang mudah menguap, seperti asam asetat, asam propionat dan asam butirat.



Kritik dan saran kontak : [email protected]



14



Sekilas Metabolisme Karbohidrat Peranan utama karbohidrat di dalam tubuh adalah menyediakan glukosa bagi sel-sel tubuh, yangkemudian diubah menjadi energi. Glukosa memegang peranan sentral dalam metabolisme karbohidrat. Jaringan tertentu hanya memperoleh energi dari karbohidrat seperti sel darah merah serta sebagian besar otak dan sistem saraf. Glukosa yang diserap dari pencernaan makanan di usus dibawa darah menuju ke seluruh sel tubuh. Dalam sitoplasma glukosa akan mengalami GLIKOLISIS yaitu peristiwa pemecahan gula hingga menjadi energi (ATP). Ada dua jalur glikolisis yaitu jalur biasa untuk aktivitas/kegiatan hidup yang biasa (normal) dengan hasil ATP terbatas, dan glikolisis jalur cepat yang dikenal dengan jalur EMBDEN MEYER-HOFF untuk menyediakan ATP cepat pada aktivitas/kegiatan kerja keras, misalnya lari cepat. Jalur cepat ini memberi hasil asam laktat yang bila terus bertambah dapat menyebabkan terjadinya ASIDOSIS LAKTAT . Asidosis ini dapat berakibat fatal terutama bagi orang yang tidak terbiasa (terlatih) beraktivitas keras. Hasil oksidasi glukosa melalui glikolisis akan dilanjutkan dalam SIKLUS KREB yang terjadi di bagian matriks mitokondria. Selanjutnya hasil siklus Kreb akan digunakan dalam SYSTEM COUPLE (FOSFORILASI OKSIDATIF) dengan menggunakan sitokrom dan berakhir dengan pemanfaatan Oksigen sebagai penangkap ion H. Kejadian tubuh kemasukan racun menyebabkan system sitokrom di-blokir oleh senyawa racun sehingga reaksi REDUKSIOKSIDASI dalam system couple, terutama oleh Oksigen, tidak dapat berjalan. Selanjutnya disarankan membaca materi biokimia enzim, oksidasi biologi, dan glukoneogenesis pada situs ini juga. F. Pengaruh Faal Karbohidrat Makanan Yang Tidak Dicernakan



Di Usus 1. Berat Feses Makanan yang rendah serat menghasilkan feses yang keras dan kering yang susah dikeluarkan dan membutuhkan peningkatan tekanan saluran cerna



Kritik dan saran kontak : [email protected]



15



yang luar biasa untuk mengeluarkannya. Makanan tinggi serat cenderung meningkatkan berat feses. 2. Metabolisme Kolesterol Data epidemologik menunjukkan bahwa konsumsi serat makanan mempunyai hubungan negatif dengan insiden penyakit jantung koroner dan batu ginjal, terutama dengan kolesterol darah. Polisakarida nonpati larut air (pektin, gum, dan sebagainya) paling berpengaruh sedangkan polisakarida nonpati yang tidak larut air hanya mempunyai pengaruh kecil terhadap kadar kolesterol. Penurunan ini terutama terlihat pada fraksi LDL (low Density Lipoprotein) yang disertai dengan penurunan kandungan kolesterol dalam hati dan lain jaringan Pengaruh ini dikaitkan dengan metabolisme asam empedu. Asam empedu dan steorid netral disintesis dalam hati dari kolesterol, disekresi ke dalam empedu dan biasanya kembali ke hati melalui reabsorpsi dalam usus halus (siklus entero hepatik). 3. Waktu Transit Waktu transit makanan setelah ditelan adalah waktu yang dipelrukan makanan untyuk melalui mulut sampai ke anus. Waktu transit dalam kolon biasanya kurang lebih sepuluh kali lebih lama daripada waktu transit dari mulut ke awal kolon dan merupakan tahap utama yang mempengaruhi seluruh waktu transit makanan. Waktu transit dari mulut ke bagian awal usus besar dipengaruhi oleh pengosongan lambung dan transit dalam usus halus. 4. Perubahan Susunan Mikroorganisme Hubungan antara kolon dengan kekurangan serat makanan diduga karena terjadinya perubahan pada susunan mikroorganisme dalam saluran cerna. Mikroorganisme yang terbentuk menguntungkan pembentukan karsinogen yang berpengaruh terhadap terjadinya kanker. Mikroorganisme ini juga diduga mencegah atau membatasi pemecahan karsinogen yang terjadi secara normal bila serat makanan lebih tinggi.



G. Bahan-Bahan Pengganti Gula (Pemanis Buatan)



Kritik dan saran kontak : [email protected]



16



Pemanis buatan digunakan untuk memberi rasa manis pada makanan. Pemanis buatan ini tidak menghasilkan energi, oleh karena itu digunakan oleh mereka yang membatasi konsumsi gulanya atau oleh pasien diabetes mellitus. Pemanis buatan yang banyak digunakan di Indonesia adalah sakarin, siklamat, dan aspartam. Daya kemanisan sakarin adalah lima ratus kali manis gula sakarosa.  Sakarin berupa Ca- atau Na-sakarin merupakan pemanis buatan yang paling lama dikenal. Sakarin merupakan senyawa benzosulfimida atau o-sulfobenzimida dengan rumus molekul C7H5NO3S. O



O N Na+



N Ca. 3½H2O S



S



O2



O2 2



 Siklamat diperkenalkan ke dalam makanan dan minuman pada awal tahun 1950-an. Daya kemanisannya adalah 80 kali kemanisan sukrosa. Siklamat biasa dipakai dalam bentuk garam natrium dan asam siklamat.



H N—SO2-ONa



 Aspartam ditemukan pada tahun 1965 secara kebetulan. Aspartam adalah senyawa metil ester dipeptida yaitu L-fenilalanin-metil ester yang mempunyai daya kemanisan kurang lebih dua ratus kali kemanisan sakarosa. Struktur kimianya dapat dilihat pada gambar di bawah ini. H



O



O



H2N—C—C—NH—CH—C—O—CH3 CH2



CH2



gugus kecil



Kritik dan saran kontak : [email protected]



17



C==O OH Asam aspartat Fenilalanin



Bahan Bacaan : K. Murray, Robert, dkk. 2003. Biokimia Harper. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC. Martini, dr. Tri. “DIKTAT 1 BIOKIMIA”, Biomolekul Enzim hormon. Catatan : tulisan disumbang oleh ELTIN VIKA MUTIARIN



MAKALAH KARBOHIDRAT BIOKIMIA 2012 January 29 Posted by AW Trifany KATA PENGANTAR Puji syukur kita panjatkan kehadirat Allah SWT karena atas rahmat dan hidayahNya sehingga saya dapat menyelesaikan makalah BIOKOMIA yang berjudul KARBOHIDRAT Shalawat serta salam semoga tercurahkan kepada Nabiullah Muhammad SAW. keluarganya yang suci serta sahabatnya yang mulia. Dalam makalah ini penulis tidak menutup mata akan segala kekurangannya baik bahasanya maupun susunannya, hal ini tidak lain karena keterbatasan penulis dalam pengetahuan dan kemampuan yang dimiliki. Sekalipun demikian mudahmudahan karya ini dapat bermanfaat bagi siapa saja yang membacanya.



Kritik dan saran kontak : [email protected]



18



Untuk selanjutnya dengan segala kerendahan hati penulis mohon saran-saran yang sifatnya konstruktif bagi siapapun yang membacanya. Semoga makalah ini benarbenar bermanfaat bagi Agama dan Bangsa serta dapat bernilai Ibadah di sisi Allah SWT. Amin. Makassar, Oktober 2011 Penulis



PENDAHULUAN Dalam kehidupan sehari – hari kita melakukan aktivitas, baik yang telah merupakan kebiasaan misalnya berdiri, berjalan, mandi, makan dan sebagainya atau yang hanya kadang- kadang saja kita lakukan. Untuk melakukan aktivitas itu kita memerlukan energi. Energi yang kita perlukan ini kita peroleh dari bahan makanan yang kita makan. Pada umumnya bahan makan itu mengandung tiga kelompok utama senyawa kimia, yaitu karbohidrat, protein dan lemak atau lipid. Di Indonesia bahan makanan pokok yang biasa kita makan ialah beras, jagung, sagu dan sebagainya. Bahan makanan tersebut berasal dari tumbuhan dan senyawa yang terkandung di dalamnya sebagaian besar adalah karbohidrat, yang terdapat sebagai amilum atau pati. Karbohidrat ini tidak hanya terdapat sebagai pati saja, tetapi terdapat pula sebagai gula misalnya dalam buah-buahan, dalam madu lebah dan lain-lainnya. Karbohidrat berasal dari makanan, dalam tubuh mengalami perubahan atau metabolisme. Hasil metabolisme karbohidrat antara lain glukosa yang terdapat dalam darah, sedangkan glikogen adalah karbohidrat yang disintesis dalam hati dan digunakan oleh sel-sel pada jaringan otot sebagai sumber energi. Energi yang terkandung dalam karbohidrat itu pada dasarnya berasal dari energi matahari. Karbohidrat, dalam hal ini glukosa dibentuk dari karbon dioksida dan air dengan bantuan sinar matahari dan klorofil dalam daun. Selanjutnya glukosa yang terjadi diubah menjadi amilum dan disimpam pada bagian lain, misalnya pada buah atau umbi. TUJUAN Setelah mempelajari makalah ini anda diharapkan dapat : 1. Memahami pengertian tentang karbohidrat dan kaitannya dengan kehidupan manusia 2. Menganalisis struktur dan konfigurasi molekul karbohidrat serta sifat optik yang berkaitan dengan struktur tersebut.



Kritik dan saran kontak : [email protected]



19



3. Menjelaskan rumus serta terdapatnya beberapa monosakarida, oligosakarida dan polisakarida. 4. Menerangkan beberapa sifat kimia karbohidrat. Karbohidrat (hidrat dari karbon, hidrat arang) atau sakarida (dari bahasa Yunani, (sakcharon, berarti gula) adalah golongan besar senyawa organik yang paling melimpah di Bumi. Karbohidrat memiliki berbagai fungsi dalam tubuh makhluk hidup, terutama sebagai bahan bakar, cadangan makanan. Pada proses fotosintesis, tetumbuhan hijau mengubah karbon dioksida menjadi karbohidrat. Secara biokim, karbohidrat adalah polihidroksil-aldehid atau polihidroksil-keton, atau senyawa yang menghasilkan senyawa-senyawa ini bila dihidrolisis. Karbohidrat mengandung gugus fungsi karbonil (sebagai aldehid atau keton) dan banyak gugus hidroksil. 1. SUSUNAN KIMIA Molekul karbihidrat terdiri atas atom – atom karbon, hidrogen dan oksigen. Jumlah atom hidrogen dan oksigen merupakan perbandingan 2:1 seperti pada molekul air. Sebagai contoh molekul glukosa mempunyai rumus kimia C6H12O6 sedangkan rumus sukrosa adalah C12H22O11. Pada glukosa tampak bahwa jumlah atom hidrogen berbanding jumlah atom oksigen ialah 12:6 atau 2:1, sedangkan pada sukrosa 22:11 Dengan demikian dahulu orang berkesimpulan adanya air dalam karbohidrat. Karena inilah maka dipakai kata karbohidrat, yang berasal dari “karbon” yang berarti mengandung unsur karbon dan “hidrat” yang berarti air. 1. STRUKTUR Pada senyawa yang termasuk karbohidrat terdapat gugus fungsi yaitu gugus –OH, gugus aldehid atau gugus keton. Struktur karbohidrat selain mempunyai hubungan dengan sifat kimia yang ditentukan oleh gugus fungsi, ada pula hubungannya dengan sifat fisika, dalam hal ini aktifitas optik. Penggolongan Karbohidrat Berbagai senyawa yang termasuk kelompok karbihidrat mempunyai molekul yang berbeda-beda ukurannya, yaitu dari senyawa yang sederhana mempunyai berat molekul 90 hingga senyawa yang mempunyai berat molekul 500.000 bahkan lebih. Berbagai senyawa itu dibagi menjadi 3 golongan yaitu: 1. Monosakarida



Kritik dan saran kontak : [email protected]



20



Monosakarida ialah karbohidrat yang sederhana, dalam arti molekulnya hanya terdiri atas beberapa atom karbon saja dan tidak dapat diuraikan dengan cara hidrolisis dalam kondisi lunak menjadi karbohidrat lain. Glukosa adalah suatu aldoheksosa dan sering disebut dekstrosa karena mempunayi sifat dapat memutar cahaya terpolarisasi ke arah kanan. Di alam glukosa terdapat dalam buah-buahan dan madu lebah. Fruktosa, madu lebah selain glukosa juga mengandung fruktosa. Fruktosa adalah suatu ketohektosa yang mempunyai sifat memutar cahaya terpolarisasi ke kiri dan ke kanan dan karenanya disebut juga levulosa. Pada umumnya monosakarida dan disakarida mempunayai rasa manis. Fruktosa mempunyai rasa lebih manis dari padaglukosa, juga lebih manis daropada gula tebu atau sukrosa. Galaktosa, Monosakarida ini jarang terdapat bebas di alam. Umumnya berikatan dengan glukosa dalam bentuk laktosa, yaitu gula yang terdapat dalam susu. Galaktosa mempunyai rasa yang kurang manis daripada glukosa dan kurang larut dalam air. Pentosa, Beberapa pentosa yang penting diantaranya ialah arabinosa (gong arab dengan jalan hidrolisis), xilosa (proses hidrolisis terdapat pada kayu atau jerami), ribosa dan 2-deoksiribosa komponen dari molekul asam nukleat dengan cara hidrolisis). Keempat pentosa in adalah aldepentosa dan tidak terdapat dalam keadaan bebas di alam. 1. Oligosakarida Senyawa yang termasuk oligosakarida mempunyai molekul yang terdiri atas beberapa molekul monosakarida. Dua molekul monosakarida yang berkaitan satu dengan yang lain, membentuk satu molekul disakarida. Oligosakarida yang lain trisakarida yaitu yang terdiri atas 3 molekul monosakarida dan tetrasakarida yang terbentuk dari 4 molekul monosakarida. Dan yangpaling banyak terdapat dalam alamialah disakarida. Sukrosa ialah gula yang kita kenal sehari-hari, baik yang berasal dari debu maupun dari bit. Selain tebu dan bit, sukrosa terdapat pula pada tumbuhan lain, misalnya dalam buah nanas dan dalam wortel. 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.



Kritik dan saran kontak : [email protected]



21



Maltosa adalah suatu disakarida yang terbentuk dari dua molekul glukosa. Maltosa merupakan hasil antara dalam proses hidrolisis amilum dengan asam maupun dengan enzim. Rafinosa adalah suatu trisakarida yang penting, terdiri atas tiga molekul monosakarida yang berikatan, yaitu galaktosa-glukosa-fruktosa. Apabila dihidrolisisi sempurna, rafinosa akan menghasilkan galaktosa dan fruktosa, pada kondisi tertentu hidrolisis rafinosa akan memberikan hasil-hasil tertentu pula. Rafinosa terdapat dalam bit dan tepung biji kapas mengandung kira-kira 8%. Trisakarida ini tidak digunakan oleh manusia sebagai sumber karbohidrat. Stakiosa adalah suatu tetrasakarida. Dengan jalan hidrilisis sempurna stakiosa menghsilkan 2 molekul galaktosa, 1 molekul glukosa dan 1 molekul fruktosa. Pada hidrilisis parsial dapat dihasilkan fruktosa dan monotriosa suaru trisakarida. 1. Polisakarida Pada umumnya polisakarida mempunyai molekul besar dan lebih kompleks daripada mono dan oligosakarida. Molekul polisakarida yang terdiri atas banyak molekul monosakarida. Polisakarida yang terdiri atas satu macam monosakarida saja disebut homopolisakarida, sedangkan yang mengandung senyawa lain disebut heteropolisakarida. Umumnya polisakarida berupa senyawa berwarna putih dan tidak membentuk kristal, tidak mempunyai rasa manis dan tidak mempunyai sifat mereduksi. Amilum, polisakarida ini terdapat di alam, yaitu pada sebagian besar tumbuhan. Amilum dan bahasa sehari-hari disebut patiterdapat pada umbi, daun, batang dan biji-bijian. Amilum dapat ihudrolisis sempurna dengan menggunakan asam sehingga menghasilkan glukosa. Glikogen, seperti amilum glikogen juga menghasilkan D-glukosa pada proses hidrolisis. Pada tubuh kita glikogen terdapat dalam hati dan otot. Hati berfungsi sebagai pembentukan glikogen dari glukosa. Glikogen yang ada dalah otot digunakan sebagai sumber energi untuk melakukan aktivitas sehari-hari. Dalam alam glikogen terdapat pada kerang dan pada alga atau rumput laut. Dekstrin, pada reaksi hidrilisis parsial, amilum terpecah menjadi molekul-molekul yang lebih kecil yang dikenal dengan naa dekstrin. Jadi deksrin adalah hasil antara pada proses hidrolisis amilum sebelum terbentuk maltosa. Selulosa, terdapat dalam tumbuhan sebagai bahan pembentukan dinding sel. Serat kapas boleh dikatakan seluruhnya adalah selulosa Dalam tubuh kita selulosa tidak dapat dicerna karena kita tidak mempunyai enzim yang dapat mengurai selulosa. Dengan asam encer tidak dapat terhidrolisis, tetapi asam yang konsentrasin tinggi dapat terhidrolisis menjadi selobiosa dan D-glukosa. Meskipun selulosa tidak



Kritik dan saran kontak : [email protected]



22



dapat digunakan sebagai bahan makanan oleh tubuh namun selulosa terdapat sebagai serat-serat tumbuhan, sayuran atau buah-buahan. Mukopolisakarida adalah suatu heteropolosakarida, yaitu polisakarida yang terdiri atas dua jenis derivat monosakarida. Derivat monosakarida yang membentuk mukopolisakarida tersebut ialah gulaamoni dan asam uronat. Beberapa sifat kimia Berbeda dengan sifat fisika yang telah diuraikan, yaitu aktifitas optik, sifat kimia karbohidrat berhubungan erat dengan gugus fungsi yang terdapat pada molekulnya, yaitu –OH, gugus aldehida dan gugus keton. Sifat Mereduksi Monosakarida dan beberapa disakarida mempunyai sifat dapat mereduksi terutama dalam suasan basa. Sifat sebagai reduktor ini dapat digunakan untuk keperluan identifikasi karbohidrat maupun analisis kuantitatif. Sifat mereduksi ini disebabkan oleh adanya gugus aldehida atau keton bebas dalam molekul karbohidrat. Sifat ini tampak pada reaksi reduksi ion-ion logam misalnya ion Cu 2+ dan ion Ag+ yang terdapat pada pereaksi-pereaksi tertentu Pembentukan Furfural Dalam larutan asam yang encer, walaupun dipanaskan, monosakarida umumnya stabil. Tetapi apabila dipanaskan dengan kuat yang pekat, monosakarida menghasilkan furfural atau derivatnya. Reaksi pembentukan furfural ini adalah reaksi dehidrasi atau pelepasan molekul air dari suatu senyawa. Pentosa-pentosa hampir secara kuantitatif semua terdrhidrasi menjadi furfural. Dengan dehidrasi heksosa-heksosa menghasilkan hidroksimetilfurfural. Oleh karena furfural dan derivatnya dapat membentuk senyawa yang berwarna apabila direaksikan dengan naftol atau timol, reaksi ini dapat digunakan sebagai reaksi pengenal karbohidrat. Pembentukan Osazon Semua karbohidrat yang mempunyai gugus aldehid atau keton bebas akan membentuk osazon bila dipanaskan bersama fenilhidrazina berlebih. Osazon yang terjadi mempunyai bentuk kristal dan titik lebur yang khas bagi masing-masing karbohidrat. Hal ini sangat penting karena dapat digunakan untuk mengidentifikasi karbohidrat dan merupakan salah satu cara untuk membedakan beberapa monosakarida, misalnya antara glukosa dan galaktosa yang terdapat dalam urine wanita dalam masa menyusui. Pembentukan Ester



Kritik dan saran kontak : [email protected]



23



Adanya gugus hidroksil pada karbohidrat memungkinkan terjadinya ester apabila direaksikan dengan asam. Monosakarida mempunyai beberapa gugus –OH dan dengan asam fosfat. Ester yang penting dalam tubuh kita adalah α – D glukosa-6fosfat dan –D-fruktosa-1,6-difosfat. Kedua jenis ester ini terjadi dari reaski monosakarida dengan adenosintrifosfat (ATP) dengan bantuan enzim tertentu dalam tubuh kita Proses esterifikasi dengan asam fosfat yang berlangsung dalam tubuh kita disebut juga proses fosforilasi. Pada glukosa dan fruktosa, gugus fosfat dapat terikat pada atom karbon nomor 1,2,3,4 atau 6. Pada α – D glukosa-6-fosfat, gugus fosfat terikat pada atom nomor 6, sedangkan pada danα –D-fruktosa-1,6difosfat dua gugus fosfat terikat pada atom karbon nomor 1 dan 6. Isomerisasi Kalau dalam larutan asam encer monosakarida dapat stabil, tidak demikian halnya apabila monosakarida dilarutkan dalam basa encer. Glukosa dalam larutan basa encer akan berubah sebagai menjadi fruktosa dan manosa. Ketiga monosakarida ini ada dalam keadaan keseimbangan. Demikian pula apabila yang dilarutkan itu fruktosa atau manosa, keseimbangan antara ketiga monosakarida akan tercapai juga. Reaksi ini dikenal sebagai transformasi Lobry de Bruon van Eckenstein yang berlangsung melalui proses enosisasi. Pembentukan Glikosida Apabila glukosa direaksikan dengan metil alkohol, menghasilkan dua senyawa. Kedua senyawa ini dapat dipisahkan satu dari yang lain dan keduanya tidak memiliki sifat aldehid. Keadaan ini membuktikan bahwa yang menjadi pusat reaski adalah gugus –OH yang terikat pada atom karbon nomor 1. Senyawa yang terbentuk adalah suatu asetal dan disebut secara umum glikosida. Ikatan yang terjadi antara gugus metil dengan monosakarida disebut ikatan glikosida dab gugus –OH yang bereaksi disebut gugus –OH glikosidik. Rumus fischer Seperti senyawa organik lainnya, molekul karbohidrat terbentuk dari rantai atom karbon dan tiap atom karbin mengikat atau gugus tertentu. Apabila atom karbon mengikat empat buah atom atau gugus, maka terbentuk sudut antara dua ikatan yang besarnya 1090C