BEBERAPA MONOSAKARIDA DAN PENENTUAN STEREOKIMIANYA

MONOSAKARIDA DAN STEREOKIMIANYA

Pengertian Karbohidrat

Karbohidrat adalah biomolekul yang paling melimpah di bumi. Setiap tahun, fotosintesis oleh tumbuhan dan alga mengkonversi lebih dari 100 miliar metrik ton CO2 dan H2O menjadi selulosa dan produk tanaman lainnya. Karbohidrat tertentu (gula dan pati) adalah makanan pokok manusia di sebagian besar dunia, dan oksidasi karbohidrat adalah jalur utama yang menghasilkan energi di sebagian besar sel nonfotosintetik. Polimer karbohidrat yang tidak larut berfungsi sebagai elemen struktural dan pelindung di dinding sel bakteri dan tumbuhan dan di jaringan penghubung dan mantel sel hewan. Polimer karbohidrat lain melumasi sendi skelet dan memberikan adhesi antar sel. Polimer karbohidrat kompleks, yang terikat secara kovalen dengan protein atau lipid, bertindak sebagai sinyal yang menentukan lokasi intraseluler atau takdir metabolik glikokonjugat ini. Bab ini memperkenalkan kelas utama karbohidrat dan glikokonjugat, dan memberikan beberapa contoh dari banyak peran struktural dan fungsionalnya.

Karbohidrat adalah polihidroksi aldehida atau keton, atau zat yang menghasilkan senyawa seperti itu pada hidrolisis. Sebagian besar zat kelas ini memiliki rumus empiris yang menunjukkan bahwa mereka adalah "hidrat" karbon, di mana rasio C: H: O adalah 1: 2: 1. Sebagai contoh, rumus empiris glukosa adalah C6H12O6, yang juga dapat ditulis. (CH2O) 6 atau C6 (H2O) 6. Meskipun banyak karbohidrat umum sesuai dengan rumus empiris (CH2O) n, yang lain tidak; beberapa karbohidrat juga mengandung nitrogen, fosfor, atau belerang.

Ada tiga kelas ukuran besar karbohidrat: monosakarida, oligosakarida, dan polisakarida (kata "sakarida" berasal dari sakkharon Yunani, yang berarti "gula"). Monosakarida, atau gula sederhana, terdiri dari satu unit polihidroksi aldehid atau keton. Monosakarida yang paling melimpah di alam adalah gula D-glukosa enam-karbohidrat.

Oligosakarida terdiri dari rantai pendek unit monosakarida yang disatukan oleh ikatan glikosidik yang khas. Yang paling banyak adalah disakarida, dengan dua unit monosakarida. Khas adalah sukrosa, atau gula tebu, yang terdiri dari gula enam-karbon D-glukosa dan D-fruktosa bergabung secara kovalen. Semua monosakarida dan disakarida umum memiliki nama yang diakhiri dengan akhiran "-si." Kebanyakan oligosakarida yang memiliki tiga atau lebih unit tidak terjadi sebagai entitas bebas tetapi bergabung dengan molekul nonsugar (lipid atau protein) dalam struktur hibrid (glycoconjugates).

Polisakarida terdiri dari rantai panjang yang memiliki ratusan atau ribuan unit monosakarida. Beberapa polisakarida, seperti selulosa, terjadi dalam rantai linear, sedangkan yang lain, seperti glikogen, memiliki rantai bercabang. Polisakarida yang paling melimpah, pati dan selulosa yang dibuat oleh tanaman, terdiri dari unit D-glukosa berulang, tetapi mereka berbeda dalam jenis hubungan glikosidik.

A. Monosakarida

Monosakarida digolongkan berdasarkan jumlah atom karbon yang dikandungnya (triosa, tetrosa, pentosa, heksosa, dan heptosa) dan gugus aktifnya, yang bisa berupa aldehida atau keton. Ini kemudian bergabung, menjadi misalnya aldoheksosa dan ketotriosa. Selanjutnya, tiap atom karbon yang mengikat gugus hidroksil (kecuali pada kedua ujungnya) bersifat optik aktif, sehingga menghasilkan beberapa karbohidrat yang berlainan meskipun struktur dasarnya sama. Sebagai contoh, galaktosa adalah aldoheksosa, namun memiliki sifat yang berbeda dari glukosa karena atom-atomnya disusun berlainan.

B. Ciri – Ciri Monosakarida

1)      Kristal monosakarida tidak berwarna dan larut dalam air tetapi tidak larut dalam pelarut non polar.

2)      Umumnya monosakarida berasa manis.

3)      Susunan atom pada monosakarida tidak bercabang.

4)  Satu atom dari atom karbon membentuk ikatan ganda dengan atom oksigen membentuk gugus karbonil.

5)   Bila gugus karbonil ini membentuk pada ujung rantai karbon, monosakarida ini memiliki aldehid sehingga disebut aldosa, dan apabila gugus karbonil terbentuk pada atom karbon yang lain, monosakarida ini adalah suatu keton dan disebut ketosa.

6)   Diantara monosakarida glukosa (aldosa) dan fruktosa (ketosa) adalah yang paling banyak terdapat dialam.

7)      larutannya bersifat optis aktif.

8)      larutan monosakarida yg baru dibuat mengalami perubahan sudut putaran disebut mutarrotasi.

9)      semua monosakarida merupakan reduktor sehingga disebut gula pereduksi

C. Macam – Macam Monosakarida

Monosakarida biasanya memiliki tiga sampai sembilan atom karbon, dan berdasarkan jumlah atom karbon penyusunnya, monosakarida dibedakan alas triosa, tetrosa, pentosa, heksosa, heptosa, oktosa, dan nonosa. Jadi, triosa adalah monosakarida yang mempunyai tiga atom karbon. Monosakarida yang paling banyak ditemukan di alam adalah pentosa dan heksosa. Meskipun demikian, triosa, beberapa tetrosa, dan beberapa heptosa juga berperanan penting dalam metabolisme hewan, manusia, dan tanaman.

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 glukosa, 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.

Berikut macam-macam monosakarida : dengan ciri utamanya memiliki jumlah atom C berbeda-beda :

1)      Triosa ( C3)    : Gliserosa, Gliseraldehid, Dihidroksi aseton

2)      Tetrosa (C4)  : threosa, Eritrosa, xylulosa

3)      Pentosa (C5)  : Lyxosa, Xilosa, Arabinosa, Ribosa, Ribulosa

4)      Hexosa (C6)  : Galaktosa, Glukosa, Mannosa, fruktosa

5)      Heptosa (C7) : Sedoheptulosa

Ketosa (mis: Fruktosa) biasanya memiliki gugus keto pada atom C2

 

Aldosa (mis: Glukosa) memiliki gugus aldehid pada salah satu ujungnya.

 

D. Bentuk Cincin Monosakarida

Gugus karbonil aldehid bersifat reaktif dan dengan mudah mengalami nukleifilik yang diambil oleh atom oksigen dari gugus hidroksil untuk menghasilkan hemiasetal. Gugus hidroksil hemiasetal dapat bereaksi lebih jauh (dengan kondensasi) dengan gugus hidroksil dari alkohol menghasilkan acetal. Reaksi gugus karbonil ketosa hampir sama.

Bentuk hemiasetal dapat terjadi dalam gula molekul aldosa atau ketosa yang sama dimana karbonil fungsional bereaksi dengan salah satu gugus hidroksilnya. Hasilnya adalah enam-anggota cincin gula yang disebut piranosa. Dalam hal ini atom oksigen dari gugus hidroksil pada C-5 untuk bereaksi membentuk cincin, C-5 harus berotasi untuk membawa atom oksigennya ke atas/naik. Rotasi ini mem-bawa gugus hidroksimetil (C-6) ke posisi di atas cincin. Gambar cincin D-glukopiranosa di bawah ini menunjukkan proyeksi Haworth.

Gula dapat juga membentuk lima-anggota cincin yang disebut dengan furanosa, namun jarang terjadi. Ketika atom karbon dari gugus karbonil terlibat dalam formasi cincin, untuk menjadi hemiasetal (piranosa atau furanosa), ia menjadi kiral. Dengan gula-D konfigurasi yang memiliki gugus hidroksil di bawah cincin disebut dengan bentuk alpha.

Pembentukan Hemiasetal dan Hemiketal

Aldehid dan keton dapat bereaksi dengan alkohol membentuk hemiasetal dan hemiketal.

 

Hemiasetal dan hemiketal sikliks terbentuk jika gugus keton atau aldehid dan alkohol terbentuk dalam 1 molekul

Contoh : 4-Hidroksipentanal

 

Monosakarida mempunyai gugus karbonil (keton/aldehid) dan gugus hidroksil dalam tiap molekulnya. Oleh karena itu monosakarida dapat membentuk hemiasetal atau hemiketal sikliks.misalnya: glukosa dan fruktosa.

Pembentukan Cincin Piranosa
 

Pembentukan Cincin Furanosa

 

Stereokimia Monosakarida

Berdasarkan stereokimia, monosakarida terbagi menjadi beberapa golongan.Stereokimia adalah studi mengenai susunan spasial dari molekul. Salah satu bagian dari stereokimia adalah stereoisomer. Stereoisomer  mengandung   pengertian:

1)      Memiliki kesamaan order dan jenis ikatan

2)      Memiliki perbedaan susunan spasial

3)      Memiliki perbedaan properti (sifat).

Struktur glukosa atau karbohidrat yang lain dapat digambarkan dalam tiga bentuk stereokimia:

1)      Proyeksi Fischer (rantai lurus/linier)

2)      Struktur Haworth (siklik/cincin sederhana)

3)      konformasi kursi

Proyeksi Haworth dan Proyeksi Fischer

 

Proyeksi Haworth tidak menggambarkan yang sesungguhnya karena cincin piranosa yang sesungguhnya membentuk kursi seperti sikloheksana tidak datar. Meski demikian proyeksi ini digunakan secara luas.

Proyeksi Fischer à  Proyeksi Haworth :

Gugus Hidroksil yang ada dikanan pada proyeksi Fischer digambarkan dibawah pada proyeksi Haworth dan sebaliknya. Untuk gula D gugus -CH₂OH ujung selalu digambarkan diatas, gula L sebaliknya

 

Enantiomer merupakan pasangan dari stereoisomer. Dalam hal ini terdapat aturan yaitu:

1)      Diberi awalan D dan L

2)      Keduanya merupakan gambar cermin yang tak mungkin saling tumpang tindih.

Notasi D Vs L

    

 

Notasi D dan L dilakukan karena adanya atom C dengan konfigurasi asimetris seperti pada gliseraldehida.

Rumus perspektif Haworth (Gambar 11-7) biasanya digunakan untuk menunjukkan bentuk cincin monosakarida. Cincin pyranose beranggota enam tidak benar-benar planar, seperti yang disarankan Haworth, tetapi cenderung menganggap konformasi "perahu" atau "kursi" (Gambar 11-8). Ingat bahwa dua konformasi dari sebuah molekul dapat dipertukarkan tanpa putusnya ikatan, tetapi dua konfigurasi dapat diinterkoneksi hanya dengan memecah ikatan kovalen-dalam kasus konfigurasi α dan β, ikatan yang melibatkan atom oksigen piramosa. Kita akan melihat bahwa konformasi tiga dimensi spesifik dari unit monosakarida penting dalam menentukan sifat dan fungsi biologis dari beberapa polisakarida.

 

PERMASALAHAN
berdasarkan artikel saya diatas :

1. Mengapa monosakarida tidak dapat dihidrolisis menjadi karbohidrat yang lebih sederhana?

2. Mengapa semua monosakarida dikatakan sebagai gula pereduksi.?

3. Pada kondisi apa proyeksi fisher dan Haworth digunakan untuk peentuan stereokimia monosakarida ?

 

http://www.bioinfo.org.cn/book/biochemistry/chapt11/bio1.htm