Pendahuluan
Karbohidrat atau sakarida (dalam bahasa Yunani = saccharon artinya gula) merupakan komponen essensial dari semua makhluk hidup dan merupakan komponen yang paling banyak terdapat di muka bumi (1).
Karboidrat merupakan senyawa karbon, hidrogen, dan oksigen yang terdapat di dalam alam yang mempunyai rumus empiris CH2O. Pada senyawa yang termasuk karbohidat terdapat gugus fungsi yaitu gugus –OH, gugus aldehid, atau gugus keton.
Karbohidrat secara garis besar dikelompokkan menjadi dua jenis, yaitu karbohidrat sederhana dan karbohidrat kompleks. Karbohidrat sederhana terdiri atas monosakarida, disakarida, dan oligosakarida. Karbohidrat kompleks terdiri atas polisakarida dan polisakarida non pati(3).
Baca Juga: Perbaiki Gaya Hidup: Cara untuk Meningkatkan Kualitas Hidup Penderita Diabetes Melitus
Monosakarida adalah 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.
Monosakrida digolongkan menurut jumlah karbon yang ada dan gugus fungsi karbonilnya yaitu aldehid (aldosa) dan keton (ketosa). Glukosa, galaktosa, dan deoksiribosa semuanya adalah aldosa. Monosakarida seperti fruktosa adalah ketosa(2).
Disakarida terdiri dari dua residu monosakarida yang berikatan kovalen dengan nama ikatan glikosida(1), ikatan glikosida yang lazim ialah hubungan glikosida α atau β dari satuan pertama ke gugus 4-hidroksil dari satuan kedua.
Hubungan ini disebut suatu ikatan 1,4’-α atau 1,4’-β, tergantung pada stereokimia pada karbon glikosida(2). Oligosakarida (bahasa Yunani : oligos artinya sedikit) adalah polimer yang mengikat kira-kira 3 sampai 20 residu monosakarida(1).
Oligosakarida tidak berada dalam keadaan bebas tetapi sering berikatan dengan molekul non gula seperti lipid membentuk glikolipid, protein membentuk glikoprotein yang keduanya mempunyai fungsi pengatur(1).
Polisakarida (bahasa Yunani: polys artinya banyak) adalah polimer yang mengandung banyak (biasanya lebih dari 20) residu monosakarida(1). Pada umumnya polisakarida mempunyai molekul besar dan lebih kompleks daripada mono dan oligosakarida(2). Polisakarida terdiri dari homopolisakarida dan heteropolisakarida.
Homopolisarida adalah polisakarida yang terdiri dari unit monosakarida yang sama sedangkan heteropolisakarida terdiri dari unit monosakarida yang berbeda(4).
Pembahasan
1. Monosakarida
Unit pembangun semua karbohidrat adalah monosakarida. Monosakarida dapat diartikan sebuah (mono-) unit gula (saccharide). Monosakarida adalah karbohidrat paling sederhana karena monosakarida tidak dapat lagi dihidrolisis menjadi gula yang lebih sederhana.
Sifat monosakarida adalah larut di dalam air, berwarna putih, padat kristalin, dan berasa manis. Kebanyakan monosakarida disintesis dari senyawa sederhana pada proses yang dinamakan glukoneogenesis.
Monosakarida lainnya dihasilkan melalui fotosintesis pada tumbuh-tumbuhan dan bakteri tertentu. Monosakarida juga merupakan komponen asam nukleat dan senyawa yang penting dari lipid kompleks. Contoh monosakarida adalah glukosa, fruktosa, galaktosa, dan ribosa.
Fruktosa dikenal juga sebagai gula buah dan merupakan gula yang paling manis, sedangkan glukosa merupakan gula yang paling penting dalam tubuh manusia. Galaktosa terikat glukosa membentuk laktosa. Laktosa adalah disakarida yang terdapat pada susu(1).
Glukosa, dinamakan juga sebagai gula anggur, terdapat luas di alam dalam jumlah sedikit yaitu 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, 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.
Fruktosa, dinamakan sebagai gula buah yang merupakan gula paling manis. Gula ini terutama terdapat dalam madu bersama glukosa dalam buah, nektar bunga, dan juga di dalam sayur. Galaktosa, terdapat di dalam tubuh sebagai hasil pencernaan laktosa. Gula dengan lima karbon yaitu ribosa terdapat pada RNA dan deoxyribosa terdapat pada DNA(3).
Baca Juga: Pengembangan UMKM Susu Sapi dengan Rasa Kurma pada Desa Plaosan
Secara struktur kimia, monosakarida adalah polihidroksi aldehid atau polihidroksi keton. Monosakarida dapat dikelompokkan berdasarkan tipe gugus karbonilnya dan jumlah atom karbonnya. Jika gugus karbonil monosakarida sebuah aldehid maka dinamakan aldosa.
Jika gugus karbonil monosakarida sebuah keton, maka dinamakan ketosa. Aldosa dengan tiga, empat, lima, enam, dan tujuh atom karbon berturut-turut dinamakan aldotriosa, aldotetrosa, aldopentosa, aldohexosa, dan aldoheptosa.
Ketosa dengan tiga, empat, lima, enam, dan tujuh atom karbon berturut-turut dinamakan ketotriosa, ketotetrosa, ketopentosa, ketohexosa, dan ketoheptosa (1). Monosakarida paling sederhana mengandung tiga-karbon.
Ada beberapa jenis monosakarida yang terkenal dan penting bagi kehidupan, yaitu:
- Triosa: memiliki tiga atom C, contohnya gliserosa, gliseraldehid, dihidroksi aseton;
- Tetrosa: memiliki empat atom C, contohnya threosa, tetrosa, xylulosa;
- Pentose: memiliki lima atom C, contohnya lyxosa, xylosa, arabinosa, ribosa, ribulosa;
- Heksosa: memiliki enam atom C, contohnya galaktosa, glukosa, mannose, dan fruktosa(5).
Pembentukan hemiacetal atau hemiketal pada monosakarida siklik menghasilkan atom karbon asimetri (karbon kiral) tambahan. Atom karbon kiral tambahan yang dihasilkan pada reaksi siklisasi dinamakan karbon anomerik.
Dengan demikian, gugus OH pada karbon anomerik dapat berada dalam dua bentuk stereoisomer yaitu α atau β. Senyawa siklik (cincin) enam-karbon dinamakan piranosa yang analog dengan pyran, sedangkan senyawa siklik lima-karbon dinamakan furanosa yang analog dengan furan(1).
Terdapat banyak turunan monosakarida yaitu sugar phosphatet, deoxy sugar dan amino sugar, sugar alcohol dan sugar acid. Monosakarida dan turunannya mempunyai singkatan yang digunakan untuk menggambarkan polisakarida yang lebih kompleks.
Monosakarida sering diubah ke ester fosfat agar lebih reaktif. Triosa fosfat, ribosa 5fosfat dan glukosa 1-fosfat adalah contoh ester alcohol-phosphate(1).
Atom hidrogen menggantikan gugus hidroksil pada monosakarida induk, 2-Deoxy-Dribosa yang merupakan unit pembangun DNA, L-Fucose (6-deoxy-L-galactose) yang secara luas terdistribusi dalam tumbuhan, binatang, dan mikroorganisme(1).
Pada gula tipe ini, sebuah gugus amina (-NH2) atau satu dari turunannya disubtitusikan pada gugus hidroksi dari gula induk. Pada gula N-asetil amino, gugus aminonya membawa sebuah gugus asetil (CH3-CO-) sebagai substituen. Dua contoh penting adalah N acetyl-βD-glucosamine dan turunannya N-acetyl-β-muramic acid yang mempunyai sebuah rantai samping asam karboksil tambahan(1).
Pada sugar alkohol, oksigen karbonil dari monosakarida induk direduksi menghasilkan polyhydroxy alcohol. Glycerol dan myo-inositol adalah komponen penting lipid. DRibitol adalah senyawa dari flavin mononucleotide (FMN) dan flavin adenin dinuclotide (FAD). Pada umumnya sugar alcohol dinamakan dengan menggantikan akhiran –ose dari monosakarida induk dengan –itol(1).
Baca Juga: Diabetes: Pengertian, Penyebab, Faktor Risiko, Gejala, Diagnosis dan Pengobatan
Sugar acid adalah asam karboksilat turunan dari aldosa, oksidasi dari C-1 (karbon aldehid) untuk menghasilkan aldonic acid atau oksidasi atom-karbon bernomor lebih tinggi untuk menghasilkan aldurotic acid. Struktur aldonic dan turunan alduronic dari glukosa (gluconate dan glucoronate)(1).
2. Disakarida
Disakarida dibentuk ketika karbon anomerik dari satu molekul monosakarida berinteraksi dengan satu dari beberapa gugus hidroksil molekul monosakarida lainnya. Interaksi ini membentuk ikatan kovalen yang dinamakan ikatan glikosida. Disakarida yang paling umum ditemui adalah maltosa (gula gandum), sellobiosa, laktosa (gula susu), dan sukrosa (gula tebu)(1).
Baca Juga: Peningkatan Kualitas Imun Tubuh Selama Masa Pandemi
Maltosa adalah disakarida yang dilepaskan selama hidrolisis pati. Maltosa disusun oleh dua molekul D-glukosa yang dihubungkan oleh ikatan α-glikosidik. Ikatan glikosidik menghubungkan C-1 dari suatu residu dengan atom oksigen yang terikat pada C-4 dari residu kedua (Gambar 48a).
Oleh sebab itu, maltosa adalah α-D-glucopyranosyl-(1→4)Dglucose disingkat Glc(α1→4)Glc. Glukosa sebelah kanan pada maltosa adalah ujung pereduksi(1).
Sellobiosa ‘Cellobiose’ (β-D-glucopyranosyl-(1→4)-Dglucose) adalah dimer glukosa. Sellobiosa adalah disakarida yang berulang pada struktur selulosa, suatu polisakarida tanaman. Sellobiosa dilepaskan selama hidrolisis selulosa. Perbedaan antara maltosa dan sellobiosa adalah ikatan glikosidik, pada sellobiosa adalah β, sedangkan pada maltosa adalah α(1).
Sukrosa merupakan disakarida yang paling melimpah di alam. Sukrosa dinamakan juga ‘gula meja’. Sukrosa disintesa hanya pada tumbuh-tumbuhan. Sukrosa banyak terdapat pada tanaman tebu. Sukrosa adalah α-D-glucopyranosyl-(1→2)-β-D-fructofuranoside yang disingkat Glc(α1 2β)Fru atau Fru(β2 1α)Glc.
Baca Juga: Memenuhi Nutrisi Ibu Hamil di Bulan Ramadhan
Sukrosa dibedakan dari tiga disakarida lainnya karena ikatan glikosidanya menghubungkan atom karbon anomeric dari dua residu monosakarida (glukosa dan fruktosa). Oleh sebab itu, konfigurasi dari residu glucopyranose dan fructofuranose di dalam sukrosa adalah tetap, dan tidak ada residu yang bebas dalam kesetimbangan antara anomer α dan β(1).
Laktosa merupakan disakarida utama yang terdapat pada susu. Laktosa disintesa pada gelenjar susu. Laktosa adalah β-D-galactopyranosyl-(1→4)-D-glucose yang dapat disingkat Gal(β1→4)Glc. Secara alami laktosa anomer α berasa manis dan lebih stabil dari pada anomer β(1).
3. Oligosakarida
Oligosakarida adalah hasil kondensasi dari dua sampai sepuluh monosakarida. Oligosakarida dapat berupa disakarida, trisakarida, dan tetrasakarida. Disakarida merupakan hasil kondensasi dua unit monosakarida. Contohnya adalah laktosa, maltosa, dan sukrosa. Trisakarida merupakan hasil kondensasi tiga unit monosakarida dan tetrasakarida terdiri dari empat unit monosakarida(4).
Pada sel, oligosakarida paling banyak terdiri dari tiga atau lebih unit residu monosakarida. Oligosakarida ini tidak berada dalam keadaan bebas tetapi sering berikatan dengan molekul non gula seperti lipid membentuk glikolipid, protein membentuk glikoprotein yang keduanya mempunyai fungsi pengatur.
Glikoprotein dan glikolipid adalah glycoconjugates. Contoh oligosakarida yang tidak terikat dengan molekul lain adalah Fructooligosaccharide (FOS) dan Galactooligosaccharide (GOS). Struktur FOS adalah [Fru(β2→1)]07Fru(β2→1)Glc, sedangkan struktur GOS adalah [Gal(β1→4)]0-4Gal(β1→4)Glc.
Dengan demikian, FOS adalah rantai pendek inulin dengan Derajat Polimerisasi (DP) 29, sedangkan GOS mempunyai DP 2-6. Peranan utama oligosakarida adalah sebagai pembawa informasi ‘information carrier’, sedangkan peranan penting polisakarida adalah sebagai penyimpan bahan bakar dan sebagai material struktural(1).
Baca Juga: Ini Cara biar Otak Nggak ‘Lemot’
4. Polisakarida
Polisakarida merupakan hasil kondensasi dari lebih dari lebih dari dua puluh unit monosakarida. Polisakarida terdiri dari homopolisakarida dan heteropolisakarida. Homopolisarida adalah polisakarida yang terdiri dari unit monosakarida yang sama sedangkan heteropolisakarida terdiri dari unit monosakarida yang berbeda(4).
Kebanyakan karbohidrat yang ditemukan di alam sebagai polisakarida. Polisakarida dinamakan juga glikan. Antara glikan dapat berbeda dalam hal unit monosakarida penyusunnya, panjang rantai polisakarida, tipe ikatan antara unit monosakarida, dan jumlah (derajat) percabangan homoglikan berfungsi sebagai molekul penyimpan energi seperti pati dan glikogen.
Sebagian homoglikan yang lain berfungsi sebagai elemen struktural dinding sel tumbuhan yaitu selulosa dan rangka luar hewan yaitu kitin. Heteroglikan menyediakan pendukung ekstraseluler untuk semua kingdom. Selulosa, pati, dan glikogen adalah contoh homoglikan, sedangkan polimer pada peptidoglikan termasuk kelompok heteroglikan(1).
(a) Struktur homoglikan lurus dan bercabang; (b) Struktur heteroglikan lurus dan bercabang(1).
Polisakarida adalah polimer gula yang mengandung lebih dari 20 unit residu monosakarida yang berikatan melalui ikatan glikosida. Glukosa adalah monosakarida yang paling umum ditemui pada polisakarida. Panjang dan komposisi residu unit monosakarida pada polisakarida bervariasi.
Baca Juga: Edukasi Manajemen Pakan Sapi
Beberapa polisakarida terdiri dari seratus bahkan sampai seribu unit monosakarida. Oleh sebab itu, ukuran polisakarida lebih tepat dinyatakan sebagai derajat polimerisasi (DP) bukan massa molekul relatif (Mr). DP menyatakan jumlah unit monosakarida yang berikatan pada suatu polimer.
Polisakarida dapat diklasifikasikan menurut peranannya yaitu sebagai polisakarida penyimpan, polisakarida struktural, dan polisakarida penyerap air. Pati, inulin adalah polisakarida penyimpan pada sel tumbuhan, sedangkan levan adalah polisakarida penyimpan pada sel bakteri.
Glikogen merupakan polisakarida penyimpan pada sel hewan. Kitin dan selulosa merupakan polisakarida struktural. Polisakarida lainnya adalah dextran, peptidoglikan, agarosa, hyaluronan, carrageenan, xyloglukan. Dextran, agarosa, dan carrageenan termasuk kelompok polisakarida penyerap air(1).
Polisakarida penyimpan paling penting adalah pati pada sel tumbuhan dan glikogen pada sel hewan. Pati adalah karbohidrat paling melimpah yang dihasilkan pada tumbuhan. Pati merupakan sumber makanan kita yang paling penting. Pati dan glikogen merupakan glukan yaitu polimer glukosa.
Kedua polisakarida ini merupakan penyimpan residu glukosa untuk menghasilkan energi. Polisakarida ini berada di dalam sitosol sel sebagai granula. Molekul pati dan glikogen merupakan molekul penyerab air yang luar biasa karena molekul ini mempunyai banyak gugus hidroksil yang menyediakan ikatan hidrogen dengan air.
Pati terdapat di dalam sel tumbuh-tumbuhan sebagai campuran polisakarida amilosa dan amilopektin. Amilosa merupakan homopolisakarida tidak bercabang, sedangkan amilopektin adalah homopolisakarida bercabang. Amilosa dan amilopektin membentuk struktur kompleks yang disebut butir pati (granula pati).
Granula pati adalah struktur kompleks semikristalin. Ukuran granula pati bervariasi dari 1-100 μm tergantung sumber pati. Amilopektin merupakan komponen utama granula pati dengan rata-rata 75% dari massa granula. Jumlah ini bervariasi tergantung dari sumber pati(1).
Polimer amilosa tersusun dari residu monomer α-D-glukosa yang dihubungkan oleh oleh ikatan glikosida α-(1→4) yaitu ikatan glikosida antara C-1 dari satu molekul glukosa dan C-4 dari glukosa 94 Ikatan glikosida α-(1→4) pada amilosa merupakan tipe ikatan yang sama yang menghubungkan monomer glukosa pada disakarida maltosa.
Satu untai amilosa dapat terdiri dari kira-kira 100 sampai 1000 residu D-glukosa. Amilopektin adalah amilosa bercabang banyak yang cabangnya terikat pada gugus hidroksil C-6 oleh ikatan glikosida α-(1→6). Ikatan ini terjadi setiap 24 sampai 30 residu glukosa(1).
Baca Juga: Penggunaan Bahan Kimia yang Benar
Selulosa merupakan karbohidrat yang paling melimpah di dunia. Selulosa merupakan komponen utama dinding sel yang mengelilingi sel tumbuhan. Batang dan cabang dari kebanyakan sel tumbuhan terdiri dari sebagian besar selulosa.
Selulosa adalah polimer linier dari residu glukosa tetapi pada selulosa residu glukosa dihubungkan oleh ikatan β(1→4) bukan α-(1→4). Perubahan ikatan α-(1→4) pada amilosa menjadi β-(1→4) pada selulosa menghasilkan perbedaan struktur yang mengakibatkan perbedaan sifat yang besar.
Selulosa merupakan polimer unit β-D-Glukosa yang dihubungkan oleh ikatan glikosida β(1→4) (Gambar 57). Ikatan glikosida β-(1→4) juga terdapat pada sellobiosa, suatu disakarida dua residu glukosa(1).
Baca Juga: Penderita Hipokalemia Membutuhkan Potassium
Inulin adalah polimer alami kelompok karbohidrat. Monomer inulin adalah fruktosa yang jumlahnya pada satu untai polimer bervariasi tergantung sumbernya. Antara monomer fruktosa pada inulin dihubungkan dengan ikatan (2 1) residu β-D-fructofuranosyl.
Tiap ujung pereduksi untai polimer inulin dapat hadir glukosa. Oleh sebab itu, polimer inulin dapat ditulis GFn yaitu fruktan dengan ujung terminal glukosa atau Fm yaitu fruktan tanpa ujung terminal glukosa. Simbol n pada rumus tersebut adalah derajat polimerisasi (DP)(1).
Polisakarida yang struktur dan fungsinya mirip selulosa adalah kitin. Kitin adalah homopolimer linear mirip selulosa. Struktur molekul kitin mirip selulosa. Persamaan antara selulosa dengan kitin adalah ikatan antara monomernya yaitu ikatan glikosida pada posisi β-(1-4).
Perbedaan antara kitin dengan selulosa terletak pada atom C nomor 2 setiap monomernya. Pada selulosa terikat gugus hidroksil (-OH), sedangkan pada kitin berupa gugus asetamida (-NHCOCH3). Bentuk kristalin kitin dapat dibedakan atas tiga tipe yaitu α- kitin, β-kitin, dan -kitin.
Tiap tipe dibedakan berdasarkan banyaknya rantai kitin dalam unit kitin : α-kitin mempunyai dua rantai, β-kitin mempunyai satu rantai, dan -kitin mempunyai tiga rantai(1).
Baca Juga: Mengenal Lebih Dalam Apa itu Eco-Enzym
Penulis: Shinta Umairoh Darojatun Hasanah
Mahasiswa Farmasi Politeknik Kesehatan Hermina
Editor: Ika Ayuni Lestari
Daftar Pustaka
- Azhar M. Biomolekul Sel Karbohidrat, Protein dan Ezim. Vol. 53, Journal of Chemical Information and Modeling. 2016. 1689–1699 p.
- Fitri AS, Fitriana YAN. Analisis Senyawa Kimia pada Karbohidrat. Sainteks. 2020;17(1):45.
- Siregar NS. Karbohidrat. J Ilmu Keolahragaan. 2014;13(2):38–44.
- Ramadhani AY, Saputro AA, Wahyuni L, Pahlevi MA, Aprianto M. Karbohidrat 1. J Chem Inf Model. 2019;53(9):1689–99.
