Memahami Pengertian Hingga Struktur Karbohidrat

Struktur karbohidrat  – Karbohidrat ialah sekelompok senyawa organik yang terjadi dalam jaringan hidup dan makanan, dalam bentuk selulosa, pati, dan gula. Dalam karbohidrat, rasio oksigen dan hidrogennya sama seperti di air, yakni 2:1. Biasanya, karbohidrat “rusak” di dalam tubuh untuk melepaskan energi.

Apa Itu Karbohidrat Dalam Sains?

Istilah karbohidrat atau hidrat karbon berasal dari rumus unsur dasarnya, di mana karbon bergabung dengan hidrogen dan oksigen hadir dalam rasio yang sama seperti dalam air. Karbohidrat secara kimia adalah polihidroksi aldehid atau keton, turunan sederhananya atau polimernya.

Karbohidrat dalam biji-bijian diklasifikasikan berdasarkan struktur kimianya atau daya cernanya saat dikonsumsi oleh manusia sebagai makanan atau oleh ternak sebagai pakan. Karbohidrat sederhana yang manis dan larut dalam air juga dikenal sebagai gula atau disakarida dan akhiran nama sebagian besar gula adalah -osa.

Jadi, gula biasa bisa kita namai sukrosa, sedangkan gula utama dalam darah disebut glukosa dan gula malt disebut maltosa.

Struktur Karbohidrat

Caiherang.com

Secara historis, karbohidrat didefinisikan sebagai zat dengan rumus empiris Cn(H2O)m. Gula umum seperti glukosa dan fruktosa atau sukrosa cocok dengan formula ini, tetapi saat ini konvensi menganggap karbohidrat sebagai polihidroksi aldehida atau polihidroksi keton dengan rumus klasik, molekul yang terkait erat dengannya, oligomer, atau polimer dari molekul semacam itu.

Studi berkembang sebagai subdisiplin terpisah dalam kimia organik untuk alasan praktis. Mereka larut dalam air dan sulit untuk mengkristal, sehingga manipulasi mereka menuntut keahlian yang berbeda dari “produk alami” klasik seperti terpen, steroid, alkaloid, dan lain sebagainya.

Turunan karbohidrat yang punya rantai karbon tunggal disebut dengan istilah “monosakarida”. Sementara itu, istilah “disakarida” dan “trisakarida” mengacu pada molekul yang punya dua sampai tiga unit monosakarida yang tersatukan oleh ikatan asetal atau ketal

“Oligosakarida” dan “polisakarida” mengacu pada agregat yang lebih besar, masing-masing dengan “sedikit” dan banyak unit monosakarida. Penggunaan saat ini tampaknya menarik perbedaan antara “sedikit” dan banyaknya di sekitar 10 unit.

Pada pertengahan abad ke-19, sejumlah karbohidrat yang relatif murni seperti sukrosa, selulosa dari kapas, pati, glukosa, fruktosa, manosa, dan laktosa telah dikenal oleh ahli kimia Eropa, khususnya di Jerman.

Emil Fischer pada tahun 1878, mensintesis fenilhidrazin demi tesis yang digarapnya di Universitas Munich. Pada tahun 1884, ia menemukan lebih lanjut bahwa karbohidrat memberikan fenilosazon kristal di mana dua fenil hidrazin bereaksi dengan gugus aldehid dan karbon yang berdekatan dengan gugus aldehid.

Formula Karbohidrat

Karbohidrat merupakan makromolekul besar yang terdiri atas karbon (C), hidrogen (H), dan oksigen (O). Rumus umum karbohidrat ialah Cx(H2O)y. Karbohidrat juga dikenal sebagai hidrat karbon.

Karbohidrat mengandung oksigen dan hidrogen dalam proporsi yang sama dengan yang ada di air. Perlu dicatat, terdapat beberapa karbohidrat yang tak sesuai dengan rumus umumnya, seperti 2-deoxyribose C5H10O4. Meski begitu, kebanyakan karbohidrat sesuai dengan rumus umum.

Karbohidrat juga disebut gula. Pada umumnya, beberapa gula yang dimetilasi sebagian, gula amino secara alami dan satu gula nitro alami pun diketahui. Seluruh karbohidrat ialah polihidroksi aldehid, keton, atau zat lain yang menghasilkannya pada hidrolisis.

Proyeksi Haworth mewakili struktur siklik monosakarida. Monosakarida mengandung gugus aldehid (aldosa) atau gugus keton (ketose) dan beberapa gugus -OH. Bentuk rantai lurus dari gula siklisasi dalam larutan membentuk struktur cincin yang mengandung ikatan eter.

Ikatan glikosidik terbentuk antara monosakarida membentuk disakarida dan polisakarida.

Sumber Karbohidrat

Kita tahu karbohidrat adalah bagian penting dari diet manusia. Beberapa sumber karbohidrat yang umum adalah:

• Kentang
• Labirin
• susu
• Jagung meletus
• Roti

Klasifikasi Karbohidrat

Berikut adalah klasifikasi karbohidrat yang bisa meningkatkan pemahaman kita, Grameds.

Karbohidrat Sederhana

Karbohidrat sederhana adalah jenis dasar karbohidrat. Minuman ringan, permen, kue, dan camilan manis lainnya mengandung karbohidrat sederhana. Makanan ini seringkali dibuat dengan gula putih, salah satu bentuk gula olahan.

Karbohidrat sederhana juga ditemukan dalam gula alami. Buah, susu, dan sayuran mengandung gula alami. Madu juga adalah gula alami. Orang memakan gula alami dalam bentuk aslinya.

Karbohidrat sederhana lebih mudah ditangani karena kurang kompleks (atau lebih sederhana). Mereka berasal dari buah dan gula, serta hampir semua hal lain yang manis. Tubuh manusia dapat dengan cepat memecah hal-hal ini, dan di situlah letak beberapa masalahnya.

Hanya ada satu unit gula dalam monosakarida, jadi mereka adalah karbohidrat terkecil. Oleh sebab ukuran monosakarida yang kecil, mereka punya peran khusus dalam pencernaan dan metabolisme.

(Awalan “mono-” berarti “satu.) Sebelum dapat dicerna ke dalam saluran pencernaan, karbohidrat makanan harus dipecah menjadi monosakarida dan juga mengalir dalam bentuk monosakarida di dalam darah.

Jenis Karbohidrat-Karbohidrat Kompleks

Sumber energi penting bagi tubuh kita ialah karbohidrat kompleks. Mereka menyediakan bahan bakar berkelanjutan yang dibutuhkan tubuh kita untuk berolahraga, aktivitas sehari-hari, dan bahkan istirahat.

Karbohidrat kompleks sering kali merupakan unit tunggal (monosakarida), yang terikat bersama. Oligosakarida mengandung dua hingga sepuluh unit gula sederhana. Sementara itu, Polisakarida mengandung ratusan dan ribuan monosakarida yang terkait. Karbohidrat kompleks sendiri memiliki energi yang cukup tahan lama.

Berbagai jenis karbohidrat dapat diklasifikasikan berdasarkan perilaku mereka dalam hidrolisis. Mereka terutama diklasifikasikan menjadi tiga kelompok:

• Monosakarida
• Disakarida
• Polisakarida

1. Monosakarida

Monosakarida ialah karbohidrat yang tak bisa lagi dihidrolisis lebih lanjut untuk menghasilkan unit keton atau polihidroksi aldehida yang lebih sederhana. Adapun, monosakarida yang mengandung gugus aldehid disebut sebagai aldosa, dan yang mengandung keton disebut ketosa.

Struktur Karbohidrat – Glukosa

Salah satu monosakarida terpenting adalah glukosa. Dua metode yang umum digunakan untuk pembuatan glukosa adalah sebagai berikut:

• Dari Sukrosa : Kita akan memperoleh glukosa dan fruktosa jika sukrosa direbus dalam asam encer di dalam larutan alkohol.
• Dari Pati : Kita dapat memperoleh glukosa dengan hidrolisis pati dan dengan merebusnya dengan H 2 SO 4 encer pada 393K di bawah tekanan tinggi.

Glukosa juga disebut aldohexose dan dextrose, dan ini berlimpah di bumi. Glukosa dinamai sebagai D(+)-glukosa, D mewakili konfigurasi sedangkan (+) mewakili sifat dextrorotatory molekul.

Struktur cincin glukosa dapat menjelaskan banyak sifat glukosa yang tidak dapat digambarkan dengan struktur rantai terbuka. Dua struktur siklik berbeda dalam konfigurasi gugus hidroksil pada C1 yang disebut karbon anomerik. Isomer seperti itu yaitu bentuk α dan β dikenal sebagai anomer. Struktur siklik pun disebut sebagai struktur piranosa karena analoginya dengan piran.

Berikut ini adalah struktur siklik glukosa:

Byjus

Struktur Karbohidrat – Fruktosa

Ini adalah ketohexose yang penting. Rumus molekul fruktosa adalah C6H12O6. Ia mengandung gugus fungsi ketonik dan memiliki enam atom karbon dalam rantai lurus. Anggota cincin fruktosa dianalogikan dengan senyawa furan dan diberi nama furanosa. Struktur siklik fruktosa ditunjukkan di bawah ini:

Byjus

Contoh Karbohidrat

Grameds, inilah beberapa contoh produk yang memiliki paling banyak karbohidrat:

• Produk Susu : Yogurt, susu, dan es krim
• Buah : Jus buah atau buah utuh
• Biji-bijian : Sereal, roti, gandum, dan beras
• Legum : Protein nabati, dan kacang-kacangan
• Sayuran Tepung : Jagung dan kentang

2. Disakarida

• Pada hidrolisis, disakarida bisa menghasilkan dua molekul monosakarida yang sama atau berbeda.
• Dua unit monosakarida akan bergabung dengan ikatan oksida yang dibentuk oleh hilangnya molekul air. Hubungan ini disebut hubungan glikosidik.
• Sukrosa adalah salah satu disakarida paling umum yang menghasilkan fruktosa dan glukosa pada hidrolisis.
• Maltosa dan Laktosa yang juga dikenal sebagai gula susu, adalah dua disakarida penting lainnya.
• Dalam maltosa, ada dua α-D-glukosa dan dalam laktosa, ada dua β-D-glukosa yang dihubungkan oleh ikatan oksida.

a. Maltosa

Sebagai bentuk disakarida, maltosa dipakai dalam susu bubuk beragi atau malted milk, dan makanan bayi. Jenis gula ini merupakan disakarida utama yang diperoleh dari hidrolisis pati. Maltosa diurai dari pati secara acak oleh enzim yang terdapat dalam liur, yang disebut α-1,4-glukan 4-glukanohidrolase. Enzim tersebut yang terdapat dalam malt secara spesifik mengubah pati menjadi satuan maltosa.

Malt, dalam pembuatan bir, juga dipakai untuk mengubah gandum atau sumber lain menjadi pati atau maltosa. Enzim yang terdapat dalam ragi (α-glukosidase) mengkatalis hidrolisis  maltosa menjadi D-glukosa. Kemudian, diubah menjadi etanol oleh enzim lain dalam ragi.

Dua molekul D-glukosa dihasilkan oleh satu molekul maltosa, baik itu hidrolisis berlangsung dalam organisme, tong peragian, maupun sebuah labu laboratorium.

b. Selobiosa

Selulosa atau cellobiose ialah disakarida yang didapatkan dari hidrolisis parisal dari selulosa. Selobiosa, seperti maltosa, juga tersusun atas dua satuan glukopiranosa yang digabung oleh suatu ikatan-1,4’. Meski begitu, maltosa dan selobiosa berbeda dalam hal ikatan-1,4’ yang lebih merupakan ikatan 1,4-β pada selobiosa, bukan α.

Caiherang

c. Laktosa

Gula susu atau laktosa berbeda dari selobiosa atau maltosa. Pasalnya, laktosa terdiri atas dua karbohidrat sederhana atau monosakarida yang berlainan, yakni D-galaktosa dan D-glukosa.

Laktosa ialah disakarida alamiah yang hanya bisa dijumpai pada mamalia. Terdapat kurang lebih 5 persen laktosa pada air susu manusia dan sapi. Adapun, perolehan laktosa ialah secara komersial sebagai hasil samping dari produksi keju.

d. Sukrosa

Dalam kehidupan sehari-hari, sukrosa disebut gula tebu atau gula pasir. Sejak 6000 SM, tebu sudah mulai ditanam di pekarangan. Bahasa Sansekerta “sarkara” menjadi asal dari kata sukrosa dan sugar.

Iskandar Agung menyerbu India pada tahun 325 SM. Ia pun menjumpai gula tebu. Setelahnya, melalui bangsa Arab maupun pejuang Perang Salib, penggunaan sukrosa pun tersebar. Columbus kemudian membawa tebu ke Amerika (Santo Domingo) pada 1493.

Bit tertentu diketahui mengandung sukrosa dalam kadar tinggi pada abad ke-18. Penemuan ini membuktikan bahwa di daerah subtropis, gula pun bisa didapatkan lewat tumbuhan.

3. Polisakarida

• Polisakarida mengandung unit monosakarida panjang yang disatukan oleh ikatan glikosidik.
• Sebagian besar dari polisakarida ini bertindak sebagai penyimpanan makanan. Misalnya pati yang merupakan polisakarida penyimpanan utama untuk tanaman.
• Inilah polimer glukosa α dan terdiri dari dua komponen, Amilosa dan Amilopektin.
• Selulosa juga merupakan salah satu polisakarida yang banyak terkandung dalam tumbuhan.
• Ini terdiri dari unit D-glukosa yang dihubungkan oleh hubungan glikosidik antara C1 dari satu unit glukosa dan C4 dari unit glukosa berikutnya.

a. Selulosa

Selulosa adalah senyawa organik paling melimpah di bumi. Sekitar 1011 ton selulosa diperkirakan disintesis setiap tahunnya. Selulosa menyumbang sekitar 50 persen dari karbon di bumi. Daun kering mengandung 10-20 persen selulosa, 50 persen kayu, dan 90 persen kapas. Sumber selulosa murni yang paling mudah di laboratorium adalah kertas saring.

Selulosa membentuk komponen serat dinding sel tumbuhan. Adapun, ketangguhan selulosa disebabkan oleh struktur keseluruhannya. Molekul selulosa adalah rantai atau kirofibril hingga 14.000 satuan D-glukosa yang hadir sebagai bundel seperti tali, yang dipelintir yang disatukan oleh ikatan hidrogen.

Meskipun mamalia tidak mengeluarkan enzim yang tepat untuk memecah selulosa menjadi glukosa, protozoa dan bakteri tertentu mengeluarkan enzim ini. Hewan penggembalaan menggunakan selulosa sebagai makanan secara tidak langsung. Lambung dan usus mereka dihuni oleh mikroorganisme yang hidup dan berkembang biak di atas selulosa, dan hewan memanfaatkan mikroorganisme ini dan produk sampingannya sebagai makanan.

b. Pati

Pati merupakan polisakarida terbanyak kedua setelah selulosa. Pati bisa dipisahkan menjadi dua fraksi utama berdasarkan kelarutan saat ditriturasi dengan air panas, yakni sekitar 20 persen pati adalah amilosa (larut), dan 80 persen sisanya adalah amilopektin (tidak larut).

Amilosa

Hidrolisis lengkap amilosa hanya menghasilkan D-glukosa, sedangkan hidrolisis parsial menghasilkan maltosa sebagai satu-satunya disakarida. Amilosa disimpulkan sebagai polimer linier dari α-D-glukosa yang dihubungkan secara-1,4′.

Perbedaan antara amilosa dan selulosa adalah ikatan glikosidik, yakni β dalam selulosa dan α dalam amilosa. Perbedaan inilah yang menyebabkan adanya perbedaan sifat antara kedua polisakarida tersebut.

Amilopektin

Amilopektin adalah polisakarida yang ukurannya jauh lebih besar daripada amilosa, mengandung 1000 atau lebih sedikit unit glukosa per molekul. Seperti rantai pada amilosa, rantai utama amilopektin mengandung 1,4′-α-D-glukosa.

Tidak seperti amilosa, amilopektin bercabang sehingga terdapat satu ujung glukosa untuk kira-kira setiap 25 satuan glukosa. Ikatan pada titik cabangnya adalah ikatan 1,6′-α-glikosida.

Glikogen

Glikogen adalah polisakarida yang digunakan untuk menyimpan glukosa pada hewan dan utamanya tersimpan di hati dan otot. Glikogen punya struktur yang mirip dengan amilopektin.

Glikogen mengandung rantai glukosa yang terikat pada 1,4′-α dengan cabang-cabang (1,6′-α). Perbedaan antara glikogen dan amilopektin adalah glikogen lebih bercabang daripada amilopektin.

c. Kitin

Polisakarida yang merupakan penyusun utama hewan berkaki banyak (misalnya ketam dan serangga) adalah kitin atau chitin. Diperkirakan, 109 ton kitin dibiosintesis di bumi setiap tahunnya.

Kitin adalah polisakarida linier yang mengandung N-asetil-D-glukosamin terikat β. Kitin menghasilkan 2-amino-2-deoksi-D-glukosa pada hidrolisis. Gugus asetat terlepas pada tahap hidrolisis. Kitin di alam terikat pada bahan non polisakarida, seperti protein dan lipid.

Penutup

Bagaimana, Grameds? Tentunya, kita bisa lebih tahu terkait karbohidrat dan bahkan hingga molekul-molekulnya. Semoga semua pembahasan di atas bermanfaat untuk kamu, Grameds.

Bagi Grameds yang ingin rekomendasi buku terkait karbohidrat, kami sarankan mencoba membaca buku “Biokimia: Enzim dan Metabolisme Karbohidrat untuk Mahasiswa MIPA dan Kesehatan”, “Mitos Jahat Karbohidrat”, dan “Diet Keto: Berani Mencoba Tantangan Diet Rendah Karbohidrat?” dengan membeli bukunya di Gramedia.com.

Menjadi #LebihDenganMembaca, berarti kita akan lebih tahu dan lebih pintar. Memang, membaca apa pun yang bermanfaat bisa membantu kita dalam berbagai hal yang berbeda, termasuk soal mengenal karbohidrat lebih dalam.

 

Penulis: Sevilla Nouval Evanda

Rujukan:

• https://caiherang.com/struktur-molekul-karbohidrat/
• https://byjus.com/chemistry/classification-of-carbohydrates-and-its-structure/#:~:text=Carbohydrates%20are%20large%20macromolecules%20consisting,same%20proportion%20as%20in%20water