Pembentukan Monosakarida dan Polisakarida

DISAKARIDA

Apa itu disakarida? DISAKARIDA atau biosa ialah karbohidrat yang terbentuk ketika dua monosakarida mengalami reaksi kondensasi yang meliputi eliminasi sejumlah kecil molekul, seperti air, dari gugus fungsional saja. Seperti monosakarida, disakarida membentuk larutan berair ketika dilarutkan dalam air. Tiga contoh umum disajarida adalah sukrosa, laktosa, dan maltosa.

Disakarida merupakan salah satu dari empat kelompok zat kimia karbohidrat (monosakarida, disakarida, oligosakarida dan polisakarida).

Pembentukan

Disakarida terbentuk ketika dua monosakarida bergabung bersama dan satu molekul air dihilangkan, proses ini dikenal sebagai reaksi dehidrasi. Misalnya, gula susu (laktosa) terbentuk dari glukosa dan galaktosa di mana gula dari gula tebu dan gula bit (sukrosa) terbentuk dari glukosa dan fruktosa. Maltosa, disakarida terkenal lainnya, terbentuk dari dua molekul glukosa. Dua monosakarida yang terbentuk melalui reaksi dehidrasi (juga disebut reaksi kondensasi) atau sintesis dehidrasi) yang menyebabkan hilangnya sebuah molekul air dan pembentuk satu ikatan glikosida.

Salah satu contoh reaksi pembentukan disakarida adalah sebagai berikut :

C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆                          C₁₂H₂₂O₁₂ + H₂O

   (monosakarida)                                    (disakarida)

Dalam reaksi tersebut di atas terjadi pelepasan air. Beberapa jenis disakarida yang penting adalah laktosa, sukrosa, dan maltosa.

 

Gambar 1. Struktur kimia disakarida

A. Laktosa

Laktosa adalah jenis disakarida yang merupakan gabungan dari dua unit monosakrida yang berbeda yaitu merupakan karbohidrat dari susu mamalia yang terdiri dari D-galaktosa dan D-glukosa (gambar 2). Dalam disakarida ini, ikatan glikosidik antara C-1 anomerik dari β-D-galaktosa dan C-4 non-anomerik dari D-glukosa merupakan β-(1,4).

Sintesis laktosa oleh laktosa sintetase, suatu dimer heterogenosa, merupakan contoh baru dari modifikasi spesifisitas katalitik oleh pembentukan dimer, (suatu bentuk perubahan alosterik konformasional). Salah satu dari dua protomer merupakan suatu enzim (galaktosil transferase) yang terdapat secara luas dalam jaringan hewan, termasuk grandula mammae selama kehamilan dan menghasilkan katalis reaksi berikut:

UDP-galaktosa  + N-asetilglukosamin             N-asetilaktosamin   +  UDP

UDP merupakan uridin difospat, yang bertindak sebagai suatu karier molecular dari karbohidrat pada reaksi enzimatik tertentu. Untuk produksi susu, protomer kedua dari laktosa sintetase,laktalbumin-α, disintesis secara spesifik dalam jaringan mammae, dan interaksi protein ini dengan galaktsil transferase mengubah spesifisitas substrat sehingga enzim dimerik mengkatalisis sintesis dari laktosa dengan adanya glukosa:

UDP-galatosa  +  glukosa                 laktosa   +   UDP

Laktalbumin- α hanya terjadi dalam jaringan mammae, dengan demikian, laktosa adalah unik untuk susu mamalia. Laktosa bersifat reduksi dengan struktur cincin. Laktosa banyak ditemukan dalam susu yaitu sekitar 40 persennya sehingga laktosa sering disebut dengan gula susu. Laktosa dapat difermentasi oleh bakteri streptococcus laktis menjadi asam laktat. Selain itu juga jika lakatosa ini dipanaskan sampai suhu 175^oC akan berbentuk laktokaramel.

 

         Gambar 2.  Struktur Laktosa

B. Sukrosa

Sukrosa adalah disakarida yang dibentuk dari unit monosakarida yang berbeda yaitu antara satu molekul glukosa dan satu molekul fruktosa. Antara kedua unitmonosakarida tersebut diikat dengan ikatan α-1, β-2 glikosida. Sukrosa tidak mempunyai sifat reduksi karena sukrosa dibentuk dari gugus reduksi masing-masing unit monosakrida penyusunnya. Sukrosa banyak ditemukan dalam tanaman. Sumber yang kaya sukrosa adalah tebu, bit, dan wortel. Hasil samping pengekstrasi sukrosa baik dari tebu ataupun bit adalah molase. Molase ini berwarna gelap, cairannya pekat (20 - 30 persen), dan dengan proses kristalisasi tidak dapat diubah lebih lanjut menjadi sukrosa karena adanya gula reduksi dan kotoran non gula.

         

Sukrosa (gula meja) terdapat dalam tumbuh-tumbuhan, dimana mereka disintesis dari D-glukosa dan D-fruktosa (gambar 3). Suatu ikatan glikosidik anatara C-1 anomerik dari α-D-glukosa dan C-2 anomerik dari β-D- fruktosa menghubungkan kedua monosakarida melalui suatu jembatan oksigen, menghasilkan suatu ikatan α-(1,2).

        Gambar 3. Struktur Sukrosa

C. Maltosa

Maltosa adalah disakarida yang dibentuk dari dua unit monosakrida yang sama yaitu glukosa. Antar unit glukosa tersebut diikat dengan ikatan α-1,4 glikosida.

Maltosa adalah gula reduksi dan larut dalam air. Maltosa jarang ditemukan dalam bentuk bebas di alam. Maltosa hanya ditemukan dari hasil degradasi pati oleh enzim atau hasil proses pengekstrasi sukrosa. Pada proses pembentukan ber dari kecambah barley (sejenis biji-bijian), terjadi proses degradasi pati menjadi maltosa oleh enzim amilase.

            Maltosa (gambar 4) dan selobiosa (gambar 5) merupakan dua disakarida yang tidak terdapat secara alamiah tetapi secara komersial masing-masing merupakan produk degradasi dari zat tepung dan selulosa. Kedua sakarida memiliki dua residu D-glukosil yang dihubungkan oleh suatu  ikatan 1,4 glukosidik, perbedaan structural tunggal antara dua disakarida adalah pada ikatan dalam maltose adalah α-(1,4) dan dalam selobiosa adalah β-(1,4). Perbedaan yang tampaknya kecil ini bertindak sebagai suatu ilustrasi terkait mengenai derajat spesifikasi tinggi yang sering ditemukan dalam system biologi. Polimer D-glukosa dalam ikatan α-(1,4) bertindak sebagai suplai energy yang tersedia dengan mudah untuk tumbuh-tumbuhan dan hewan, sementara polimer analog dalam ikatan β-(1,4) merupakan komponen structural dan tidak didegradasi oleh sebagian besar system kehidupan, yang tidak memiliki kemampuan enzimatik untuk menghidrolisis ikatan β-(1,4) glikosidik. Ruminansia (pemamah biak), contohnya sapi, menggunakan selulosa sebagai sumber makanan hanya karena bacteria dalam lambungnya dapat mencerna polisakarida. Bahkan rayap mengandalkan pada mikroflora dalam ususnya untuk mendegradasi kayu. Jika bukan untuk kemampuan dari bakteri tertentu dan jamur untuk menghidrolisis ikatan β-(1,4) yang ditemukan dalam polisakarida tumbuh-tumbuhan yang mati akan menimbulkan masalah ekologi yang serius.

  Gambar 4. Struktur Maltosa

   Gambar 5. Struktur Selobiosa

Sifat-sifat

Ikatan glikosida dapat terbentuk antara setiap gugus hidroksil pada komponen monosakarida. Jadi, bahkan bila kedua komponen gula sama (misalnya, glukosa), berbeda kombinasi ikatannya (regiokimia) dan stereokimia (alfa- atau beta-) dihasilkan sebagai disakarida yang merupakan distereomer dengan sifat-sifat kimia dan fisika yang berbeda. Bergantung pada konstituen monosakaridanya, disakarida terkadang kristal, terkadang larut dalam air, dan terkadang terasa manis dan dan terasa tajam.

Disakarida Umum

Ada enam disakarida umum. Perbedaan antara satu sama lain terletak pada ikatan glikosida dan konstituen mono-sakaridanya. Maltosa dan selobiosa adalah produk-produk hidrolisis dari polisakarida pati dan sellulosa.

Tabel-1.1. berikut ini menunjukkan jenis-jenis disakarida umum tersebut.

Sementara itu, 15 jenis disakarida yang tidak umum. Hal ini dapat dilihat dalam

Tabel-1.2. berikut ini

POLOSAKARIDA

A.    Pengertian Polisakarida

Polisakarida adalah senyawa dimana molekul-molekulnya mengandung banyak satuan monosakarida yang dipersatukan dengan ikatan glikosida, mempunyai massa molekul tinggi dan tidak larut dalam air atau hanya membentuk emulsi saja. Hidrolisis lengkap akan mengubah polisakarida menjadi monosakarida (heksosa).

Ikatan antara molekul monosakarida yang satu dengan yang lainnya terjadi antara gugus alkohol pada atom C ke-4 molekul yang satu (II) dengan gugus aldehida pada atom C ke -1 molekul monosakarida dengan yang lain.

Polisakarida dibedakan menjadi dua jenis, yaitu polisakarida simpanan dan polisakarida struktural. Polisakarida simpanan berfungsi sebagai materi cadangan yang ketika dibutuhkan akan dihidrolisis untuk memenuhi permintaan gula bagi sel. Sedangkan polisakarida struktural berfungsi sebagai materi penyusun dari suatu sel atau keseluruhan organisme.

Beberapa polisakarida berfungsi sebagai bentuk penyimpan bagi monosakarida dan yang lainnya berfungsi sebagai unsur struktural di dalam dinding sel dan jaringan pengikat. Glikogen dan pati merupakan polisakarida simpanan yang terdapat pada tumbuhan dan manusia sedangkan selulosa merupakan polisakarida strukural yang berfungsi sebagai tulang semu bagi tumbuhan. Pati dan glikogen  dihidrolisa di dalam saluran pencernaan oleh amilase, sedangkan selulosa tidak dapat dicerna. Namun, selulosa mempunyai peran penting bagi manusia karena merupakan sumber serat dalam makanan manusia.

PROSES PEMBENTUKAN POLISAKARIDA

Polisakarida adalah hasil kondensasi dari > 10 unit monosakarida, contohnya pati dan dekstrin. Polisakarida juga digolongkan menjadi heksosa dan pentosa, tegantung pada jenis monosakarida yang dihasilkan ketika hidrolisis.Polisakarida adalah senyawa karbohidrat kompleks. Bila dihidrolisis, polisakarida akan menghasilkan banyak unit monosakarida. Polisakarida terdiri atas dua jenis yaitu homopolisakarida (mengandung hanya satu jenis unit monomer) dan heteropolisakarida (mengandung dua atau lebih jenis unit monosakarida yang berbeda). Polisakarida biasanya tidak berasa, tidak larut dalam air, dan memiliki berat molekul yang tinggi. Contoh homopolisakarida adalah pati yang hanya mengandung unit-unit D-glukosa, sedangkan asam hialuronat pada jaringan pengikat mengandung residu dari dua jenis unit gula secara berganti-ganti merupakan contoh dari heteropolisakarida.

B.     Jenis-Jenis Polisakarida

Polisakarida dibedakan menjadi dua jenis, yaitu polisakarida simpanan dan polisakarida struktural.Berikut ini adalah uraian tentang polisakarida simpanan dan polisakarida struktural.

1.      Polisakarida Simpanan

a.       Pati

Pati adalah polisakarida simpanan dalam tumbuhan. Monomer-monomer glukosa penyusunnya dihubungkan dengan ikatan α 1-4. Bentuk pati yang paling sederhana adalah amilosa, yang hanya memiliki rantai lurus. Sedangkan bentuk pati yang lebih kompleks adalah amilopektin yang merupakan polimer bercabang dengan ikatan α 1-6 pada titik percabangan.

b.      Glikogen

Glikogen adalah polisakarida simpanan dalam tubuh hewan.Struktur glikogen mirip dengan amilopektin, namun memiliki lebih banyak percabangan. Manusia dan vertebrata lainnya menyimpan glikogen pada sel hati dan sel otot. Glikogen dalam sel akan dihidrolisis bila terjadi peningkatan permintaan gula dalam tubuh. Hanya saja, energi yang dihasilkan tidak seberapa sehingga tidak dapat diandalkan sebagai sumber energi dalam jangka lama.

c.       Dekstran

Dekstran adalah polisakarida pada bakteri dan khamir yang terdiri atas poli-D-hlukosa rantai α 1-6, yang memiliki cabang α 1-3 dan beberapa memiliki cabnga α 1-2 atau α 1-4. Plak di permukaan gigi yang disebabkan oleh bakteri diketahui kayak akan dekstran. Dekstran juga telah diproduksi secara kimia menghasilkan dekstran sintetis.

2.      Polisakarida Struktural

a.       Selulosa

Selulosa adalah komponen utama penyusun dinding sel tumbuhan. Selulosa adalah senyawa paling berlimpah di bumi, yaitu diproduksi hampir 100 miliar ton per tahun.Ikatan glikosidik selulosa berbeda dengan pati yaitu monomer selulosa seluruhnya terdapat dalam konfigurasi beta.

b.      Kitin

Kitin adalah karbohidrat penyusun eksoskeletonartropoda (serangga, laba-laba, krustase). Kitin terdiri atas monomer glukosa dengan cabang yang mengandung nitrogen. Kitin murni menyerupai kulit, namun akan mengeras ketika dilapisi dengan kalsium karbonat. Kitin juga ditemukan pada dinding sel cendawan. Kitin telah digunakan untuk membuat benang operasi yang kuat dan fleksibel dan akan terurai setelah luka atau sayatan sembuh.

C.    Polisakarida Terpenting dalam Ilmu Gizi

Polisakarida merupakan polimer monosakarida, mengandung banyak satuan monosakarida yang dihubungkan oleh ikatan glikosida. Hidrolisis lengkap dari polisakarida akan menghasilkan monosakarida. Glikogen dan amilum merupakan polimer glukosa. Berikut beberapa polisakarida terpenting:

1.      Selulosa

Selulosa merupakan polisakarida yang banyak dijumpai dalam dinding sel pelindung seperti batang, dahan, daun dari tumbuh-tumbuhan.Selulosa merupakan polimer yang berantai panjang dan tidak bercabang. Suatu molekul tunggal selulosa merupakan polimer rantai lurus dari 1,4’-β-D-glukosa. Hidrolisis selulosa dalam HCl 4% dalam air menghasilkan D-glukosa.

Dalam sistem pencernaan manusia terdapat enzim yang dapat memecahkan ikatan α-glikosida, tetapi tidak terdapat enzim untuk memecahkan ikatan β-glikosida yang terdapat dalam selulosa sehingga manusia tidak dapat mencerna selulosa. Dalam sistem pencernaan hewan herbivora terdapat beberapa bakteri yang memiliki enzim β-glikosida sehingga hewan jenis ini dapat menghidrolisis selulosa. Contoh hewan yang memiliki bakteri tersebut adalah rayap, sehingga dapat menjadikan kayu sebagai makanan utamanya. Selulosa sering digunakan dalam pembuatan plastik. Selulosa nitrat digunakan sebagai bahan peledak, campurannya dengan kamper menghasilkan lapisan film (seluloid).

2.      Pati / Amilum

Pati terbentuk lebih dari 500 molekul monosakarida.Merupakan polimer dari glukosa. Pati terdapat dalam umbi-umbian sebagai cadangan makanan pada tumbuhan. Jika dilarutkan dalam air panas, pati dapat dipisahkan menjadi dua fraksi utama, yaitu amilosa dan amilopektin. Perbedaan terletak pada bentuk rantai dan jumlah monomernya.

Amilosa adalah polimer linier dari α-D-glukosa yang dihubungkan dengan ikatan 1,4-α. Dalam satu molekul amilosa terdapat 250 satuan glukosa atau lebih. Amilosa membentuk senyawa kompleks berwarna biru dengan iodium.Warna ini merupakan uji untuk mengidentifikasi adanya pati.

Dalam sistem pencernaan manusia terdapat enzim yang dapat memecahkan ikatan α-glikosida, tetapi tidak terdapat enzim untuk memecahkan ikatan β-glikosida yang terdapat dalam selulosa sehingga manusia tidak dapat mencerna selulosa. Dalam sistem pencernaan hewan herbivora terdapat beberapa bakteri yang memiliki enzim β-glikosida sehingga hewan jenis ini dapat menghidrolisis selulosa. Contoh hewan yang memiliki bakteri tersebut adalah rayap, sehingga dapat menjadikan kayu sebagai makanan utamanya. Selulosa sering digunakan dalam pembuatan plastik. Selulosa nitrat digunakan sebagai bahan peledak, campurannya dengan kamper menghasilkan lapisan film (seluloid).

2.      Pati / Amilum

Pati terbentuk lebih dari 500 molekul monosakarida.Merupakan polimer dari glukosa. Pati terdapat dalam umbi-umbian sebagai cadangan makanan pada tumbuhan. Jika dilarutkan dalam air panas, pati dapat dipisahkan menjadi dua fraksi utama, yaitu amilosa dan amilopektin. Perbedaan terletak pada bentuk rantai dan jumlah monomernya.

Amilosa adalah polimer linier dari α-D-glukosa yang dihubungkan dengan ikatan 1,4-α. Dalam satu molekul amilosa terdapat 250 satuan glukosa atau lebih. Amilosa membentuk senyawa kompleks berwarna biru dengan iodium.Warna ini merupakan uji untuk mengidentifikasi adanya pati.

Molekul amilopektin lebih besar dari amilosa. Strukturnya bercabang. Rantai utama mengandung α-D-glukosa yang dihubungkan oleh ikatan 1,4'-α. Tiap molekul glukosa pada titik percabangan dihubungkan oleh ikatan 1,6'-α.

Hidrolisis lengkap pati akan menghasilkan D-glukosa. Hidrolisis dengan enzim tertentu akan menghasilkan dextrin dan maltosa.

3.      Glikogen

Glikogen merupakan polimer glukosa dengan ikatan α (1-6). Polisakarida ini merupakan cadangan energi pada hewan dan manusia yang disimpan di hati dan otot sebagai granula. Glikogen serupa dengan amilopektin.

PERMASALAHAN :

1.      Jelaskan fungsi polosakarida dan apa hasil hidrolisis lengkap dari polosakarida !

2.      Jelaskan perbedaan dari polisakarida simpanan dan polisakarida struktural !

3.      Tolong anda jelaskan bagaimana pengklasifikasian disakarida !