Beberapa kelompok utama di mana karbohidrat dibagi dengan struktur dan fungsi kimianya adalah sebagai berikut:
Karbohidrat, atau sakarida paling sederhana didefinisikan sebagai polihidroksi aldehida atau nada ke dan turunannya.
Senyawa organik dalam golongan ini disebut demikian karena terdiri dari karbon hidrogen dan oksigen, dua yang terakhir dengan perbandingan 2:1.
Karbohidrat tersebar luas baik di jaringan hewan maupun tumbuhan. Pada sel hewan, mereka terjadi terutama dalam bentuk glukosa dan gen gliko, sedangkan pada tumbuhan, selulosa dan pati adalah perwakilan utamanya.
Klasifikasi:
Karbohidrat dibagi menjadi tiga kelompok besar:
(I) Monosakarida,
(II) Disakarida dan
(III) Polisakarida.
I. Monosakarida (Gula Sederhana):
Monosakarida adalah gula yang tidak dapat dihidrolisis menjadi bentuk yang lebih sederhana. Mereka memiliki rumus empiris (CH 2 O)n. Monosakarida paling sederhana adalah tiga karbon triosesgliseraldehida dan dihidroksiaseton.
Bergantung pada jumlah atom karbon yang dimilikinya, gula sederhana dapat dibagi lagi menjadi kelas yang berbeda seperti triosa, tetrosa, pentosa, heksosa atau heptosa; dan sebagai aldosa atau ketosa, berdasarkan keberadaan gugus aldehida atau keton. Contohnya adalah:
|
|
Aldosa |
Ketosa |
|
Triosa (C 3 H 6 O 3 ) |
Gliseraldehida |
Dihidroksiaseton |
|
Tetrosa (C 4 H 8 O 4 ) |
Eritrosa |
Erythrulose |
|
Pentosa (C 5 H 10 O 5 ) |
Ribosa |
Ribulosa |
|
Heksosa (C 6 H 12 O 6 ) |
Glukosa |
Fruktosa |
Dalam setiap kategori, gula lebih lanjut dibedakan sesuai dengan keselarasan kiri atau kanan dari gugus H dan OH di sekitar atom karbon yang berdekatan dengan karbon alkohol primer terminal {misalnya karbon 5 dalam glukosa). Ketika gugus OH pada karbon ini berada di sebelah kanan, gula adalah anggota deret D (Dextrorotatory); bila di sebelah kiri merupakan anggota deret L (Laevorotatory).
Sebagian besar monosakarida yang terjadi dalam metabolisme mamalia adalah dari konfigurasi D. Senyawa yang memiliki rumus struktur yang sama tetapi berbeda dalam konfigurasi atom dikenal sebagai stereoisomer.
Monosakarida dari Kepentingan Fisiologis:
- Triosa:
Mereka terbentuk di dalam tubuh selama pemecahan metabolisme heksosa. Contohnya adalah gliseraldehida dan dihidroksiaseton.
B.Pentosa:
Mereka adalah konstituen penting dari asam nukleat, dan banyak koenzim. Mereka juga dibentuk sebagai perantara selama proses metabolisme tertentu. Contohnya adalah Ribosa yang merupakan elemen struktur ATP, asam nukleat dan koenzim NAD, NADP dan flavo-protein; Ribulosa; Arabinosa dan Xilosa.
- Heksosa:
Mereka fisiologis yang paling penting dari mono-sakarida, misalnya, Glukosa, Fruktosa, Galaktosa dan Manosa.
(i) Glukosa:
Biasanya ditemukan dalam jus buah dan dibentuk dalam tubuh dengan hidrolisis pati, gula tebu, maltosa dan laktosa. Glukosa adalah “Gula” tubuh. Struktur glukosa dapat digambarkan sebagai rantai atau bentuk cincin (-piranosa-struktur segi enam dengan lima karbon dan satu oksigen; dan furanosa-memiliki struktur pentagon dengan empat karbon dan satu oksigen).
(ii) Fruktosa:
Itu terjadi secara alami dalam jus buah dan madu. Hidrolisis gula tebu dalam tubuh juga menghasilkan fruktosa.
(iii) Galaktosa:
Konstituen glikolipid dan glikoprotein, disintesis di kelenjar susu dan dihidrolisis untuk membuat laktosa susu.
(iv) Manosa:
Ini diperoleh dengan hidrolisis mannosans dan gusi tanaman. Mannose adalah konstituen polisakarida prostetik dari albumin, globulin dan mucoprotein.
Pentosa dan heksosa ada dalam rantai terbuka maupun bentuk cincin.
Monosakarida Turunan:
Monosakarida dimodifikasi dengan berbagai cara untuk membentuk sejumlah zat yang berbeda. Turunan yang penting adalah:
(i) Gula Deoksi:
Deoksigenasi ribosa menghasilkan deoksiribosa. Yang terakhir adalah konstituen deoksiribotida yang ditemukan dalam DNA.
(ii) Gula Amino:
Monosakarida memiliki gugus amino—(NH 2 ). Glukosamin membentuk kitin, selulosa jamur, asam hialuronat, dan kondriotin sulfat. Galaktosamin juga merupakan komponen kondriotin sulfat.
(iii) Gula Asam:
Asam askorbat adalah asam gula. Asam glukuronat dan asam galakturonat terjadi pada mukopolisakarida.
(iv) Gula Alkohol:
Gliserol terlibat dalam sintesis lipid; Manitol adalah alkohol penyimpanan dalam beberapa buah dan ganggang coklat.
II. Disakarida:
Disakarida terdiri dari dua monosakarida yang bergabung dengan ikatan glikosidik (COC). Rumus umum mereka adalah C n (H 2 O) n-1 Disakarida yang paling umum adalah maltosa, laktosa dan sukrosa.
(i) Maltosa:
Ini terbentuk sebagai produk perantara dari aksi amilase pada pati, dan mengandung dua residu D-glukosa dalam ikatan 1, 4. Ini ditemukan dalam jumlah yang dapat dideteksi di sebagian besar benih dan jaringan yang berkecambah di mana pati sedang dipecah.
(ii) Laktosa:
Itu ditemukan dalam susu tetapi sebaliknya tidak terjadi di alam. Ini menghasilkan D-galaktosa dan D-glukosa pada hidrolisis. Karena memiliki karbon anomerik bebas pada residu glukosa, laktosa adalah disakarida pereduksi.
(iii) Sukrosa, atau gula tebu adalah disakarida dari glukosa dan fruktosa. Hidrolisis sukrosa menjadi D-glukosa dan D-fruktosa sering disebut inversi karena disertai dengan perubahan bersih dalam rotasi optik dari dextro ke levo sebagai campuran ekimolar glukosa dan fruktosa terbentuk (campuran ini sering disebut gula invert) . Reaksi ini dikatalisis oleh enzim yang disebut invertase. Sukrosa sangat melimpah di dunia tumbuhan dan dikenal sebagai gula meja.
(iv) Trehalosa:
Ini mengandung dua residu D-glukosa dan merupakan disakarida yang tidak mereduksi sebagai sukrosa. Ini adalah gula utama yang ditemukan di haernolymph banyak serangga.
AKU AKU AKU. Trisakarida:
Sejumlah trisakarida terjadi secara bebas di alam. Raffinose ditemukan berlimpah dalam bit gula dan banyak tanaman tingkat tinggi lainnya. Melezitose ditemukan di getah beberapa pohon jenis konifera.
IV. Polisakarida:
Sebagian besar karbohidrat yang ditemukan di alam muncul sebagai polisakarida dengan berat molekul tinggi. Mereka adalah karbohidrat kompleks yang dibentuk oleh polimerisasi sejumlah besar monomer tumpangan monosaccha. Polisakarida juga disebut glikan.
Mereka dirantai panjang yang mungkin bercabang atau tidak bercabang. Pada hidrolisis lengkap dengan asam atau enzim spesifik, polisakarida ini menghasilkan monosakarida dan/atau turunan monosakarida sederhana. Tergantung pada komposisinya, polisakarida terdiri dari dua jenis: homopolisakarida dan heteropolisakarida.
(i) Homopolisakarida atau homoglikan adalah karbohidrat kompleks yang dibentuk oleh polimerisasi hanya satu jenis monomer monosakarida. Misalnya, pati, glikogen, dan selulosa tersusun dari satu jenis monosakarida yang disebut glukosa.
Tergantung pada unit karida monosak yang terlibat, polisakarida disebut glukan (terbuat dari glukosa), fruktan (terbuat dari fruktosa), xilan (memiliki xilosa), araban (terbuat dari arabinosa), galaktan (terbentuk dari galaktosa), dll.
(ii) Heterpolisakarida atau heteroglikan adalah karbohidrat kompleks yang dihasilkan oleh kondensasi turunan monosakarida atau lebih dari satu jenis monomer monosakarida, misalnya kitin, agar, peptidoglikan, arabanogalactans, arabanoxylans, dll.
Tergantung pada fungsi biologisnya, polisakarida terdiri dari tiga jenis utama-penyimpanan, struktural, dan mukopolisakarida.
A. Polisakarida Penyimpanan:
Polisakarida ini berfungsi sebagai makanan cadangan. Pati, paling melimpah pada tumbuhan dan glikogen pada hewan biasanya disimpan dalam bentuk butiran besar di sitoplasma sel.
- Pati:
Pati (C 6 H 10 O 5 )x merupakan makanan sumber karbohidrat yang paling penting dan ditemukan dalam sereal, kentang, polong-polongan dan sayuran lainnya. Pati alami tidak larut dalam air dan memberikan warna biru dengan larutan yodium. Ini adalah homosakarida poliglukan. Pati terdiri dari dua komponen, amilosa dan amilopektin.
(a) Amilosa (15-20%):
Ini adalah struktur heliks yang tidak bercabang yang terdiri dari residu glukosa dalam ikatan ∞-l, 4.
(b) Amilopektin (80-85%):
Ini terdiri dari rantai bercabang yang memiliki 24-30 residu glukosa per rantai. Residu glukosa disatukan oleh ikatan ∞ (1—>4) glikosidik dalam rantai dan oleh ikatan ∞ (1—>16) pada titik cabang.
- Glikogen:
Ini adalah polisakarida penyimpanan utama sel hewan, pasangan pati dalam sel tumbuhan. Glikogen sangat melimpah di hati, di mana ia dapat mencapai hingga 10% dari berat basah. Seperti amil-pektin, glikogen adalah polisakarida dari D-glukosa dalam ikatan ∞ (1—>4). Namun, itu lebih bercabang; cabang terjadi setiap 8 sampai 12 residu glukosa.
Keterkaitan cabang adalah β (l —>6). Bagian lurus dipelintir secara heliks dengan setiap belokan memiliki enam unit glukosa. Jarak antara dua titik percabangan adalah 10-14 residu glukosa. Glikogen mudah dihidrolisis oleh amilase ∞-dan β untuk menghasilkan glukosa dan maltosa.
- Inulin:
Ini adalah polisakarida penyimpanan fruktan dari akar dan umbi Dahlia dan tanaman terkait. Inulin tidak dimetabolisme dalam tubuh manusia dan mudah disaring melalui ginjal. Oleh karena itu, digunakan dalam pengujian fungsi ginjal, terutama filtrasi glomelular.
B. Polisakarida struktural:
Mereka adalah polisakarida yang berperan dalam membentuk kerangka struktural dinding sel pada tumbuhan dan kerangka hewan. Polisakarida struktural terdiri dari dua jenis utama; kitin dan selulosa.
- Kitin:
Ini adalah karbohidrat kompleks dari tipe heteropolisakarida yang ditemukan sebagai komponen struktural dinding jamur (selulosa jamur) dan eksoskeleton serangga dan krustasea. Kitin adalah homopolimer N-asetil-D-glukosamin dalam ikatan β (1 → 4) dengan konfigurasi tidak bercabang .
- Selulosa:
Polisakarida struktural dan dinding sel yang paling melimpah di dunia tumbuhan adalah selulosa, suatu polimer linier dari D-glukosa dalam hubungan β(1→4). Selulosa, juga ditemukan di beberapa invertebrata yang lebih rendah. Ini hampir seluruhnya merupakan kejadian ekstraseluler. Pada hidrolisis lengkap dengan asam kuat, selulosa hanya menghasilkan D-glukosa, tetapi hidrolisis parsial menghasilkan disakarida pereduksi selobiosa di mana ikatan antara unit D-glukosa adalah β (1→4).
Selulosa tidak terikat oleh α atau β-amilase. Enzim yang mampu menghidrolisis ikatan β (1→4) selulosa tidak disekresikan dalam saluran pencernaan sebagian besar mamalia; dan karena itu mereka tidak dapat menggunakan selulosa untuk makanan. Namun demikian, ruminansia misalnya sapi dapat memanfaatkan selulosa sebagai makanan karena bakteri dalam rumen membentuk enzim selulosa yang menghidrolisis selulosa menjadi D-glukosa.
Molekul selulosa tidak muncul sendiri-sendiri melainkan sejumlah rantai yang disusun secara anti-paralel. Molekul-molekul disatukan oleh ikatan hidrogen antarmolekul antara gugus hidroksil pada posisi 6 residu glukosa dari satu molekul dan oksigen glikosidik antara dua residu glukosa dari molekul yang berdekatan. Ada juga penguatan rantai intramolekul dengan pembentukan ikatan hidrogen antara gugus hidroksil pada posisi tiga dan atom oksigen dari residu berikutnya.
C. Mukopolisakarida:
Mucopolysaccharides atau lendir cukup umum pada tumbuhan dan hewan. Mukopolisakarida asam yang paling melimpah adalah asam hialuronat yang terdapat dalam selubung sel dan substansi dasar ekstraseluler jaringan ikat vertebrata.
Unit berulang asam hialuronat adalah senyawa disakarida dari asam D-glukoronat dan N-asetil-D glukosamin dalam ikatan β (1—>3). Mucopolysaccharide asam lainnya adalah kondroitin yang turunan asam sulfat kondroitin -4-sulfat dan kondroitin 6 sulfat merupakan komponen struktural utama dari mantel sel, tulang rawan, tulang dan struktur jaringan ikat lainnya pada vertebrata.
Signifikansi Biologis Karbohidrat:
- Sumber energi utama:
Karbohidrat sangat penting untuk hewan karena mereka menggunakannya sebagai bahan bakar pernapasan. Pada sel hewan, karbohidrat berupa glukosa dan glikogen berfungsi sebagai sumber energi yang penting untuk aktivitas vital.
- Komponen struktural sel:
Karbohidrat berfungsi sebagai bahan struktural penting pada beberapa hewan dan tumbuhan, di mana mereka membentuk kerangka selulosa.
- Peran kunci dalam metabolisme:
Karbohidrat memainkan peran kunci dalam metabolisme asam amino dan asam lemak.
- Fungsi khusus:
Beberapa karbohidrat memiliki fungsi yang sangat spesifik, misalnya ribosa pada nukleoprotein sel dan galaktosa pada lipid tertentu.
