KARBOHIDRAT DAN SINTESA KARBOHIDRAT PADA TANAMAN

Disusun Oleh :

ARGHYA NARENDRA DIANASTYA (111510501105)(Mahasiswa Penerima Beasiswa Unggulan S-1 PS. Agroteknologi Fakultas

Pertanian UNEJ)

PROGRAM STUDI AGROTEKNOLOGIFAKULTAS PERTANIANUNIVERSITAS JEMBER

2012

PENGERTIAN KARBOHIDRAT

Awalnya kelompok zat tersebut memperoleh nama dari hasil analisis secara kimia yang berisi Karbon, Hidrogen, dan Oksigen. Perbandingan antara Hidrogen dan Oksigen ialah 2 : 1, seperti pada air. Jadi senyawa tersebut (karbohidrat) dianggap sebagai hidrat dari karbon, yang dapat ditulis dengan rumus umum Cx(H2O)y, dengan x sama dengan y. Contohnya C6(H2O)6 yang dapat ditulis C6H12O6 , senyawa itu disebut glukosa. Namun, definisi itu kemudian tidak tepat, sebab beberapa senyawa yang susunan molekulnya tidak sesuai dengan rumus tersebut, memiliki sifat fisik dan kimia karbohidrat, misalnya deoksiribosa C5H10O4. Selain itu, ada zat yang sesuai dengan rumus diatas, namun tergolong pada senyawa lain, misalnya asam laktat (C3H6O3). Walaupun nama karbohidrat dipertahankan, namun sekarang hanya digunakan sebagai istilah untuk polihidroksi aldehida atau polihidroksi keton dan turunan senyawanya (Loveless, 1991).

Karbohidrat adalah suatu senyawa yang tersusun atas karbon dan air, sehingga unsur-unsur pembentuknya ialah unsur C, H, dan O. Karbohidrat juga disebut hidrat arang atau sakarida, terutama terdapat di dalam tubuh tumbuhan (kira-kira 75%). Perumusan empiris ditulis sebagai CnH2nOn atau Cn(H2O)n (Sastrohamidjojo, 2005). Menurut Martoharsono (1990), karbohidrat adalah polihidroksi aldehida atau polihidroksi keton yang mempunyai rumus molekul umum (CH2O)n. Karbohidrat mempunyai dua fungsi yaitu sebagai bahan bakar dan sebagai bahan penyusun struktur sel.

Karbohidrat memiliki nisbah karbon terhadap hitrogen dan oksigen sebesar 1:2:1, sebagai contoh rumus empiris D-glukosa adalah C6H12O6 yang juga dapat ditulis sebagai (CH2O)6 atau C6(H2O)6. Walaupun banyak karbohidrat yang umum sesuai dengan rumus empiris (CH2O)n, namun ada juga yang mengandung nitrogen, fosfor, atau sulfur (Lehningger,1982).

Banyak sekali makanan yang kita makan sehari hari adalah sumber karbohidrat seperti : nasi/ beras, singkong, umbi-umbian, gandum, sagu, jagung, kentang, dan buah-buahan lainnya. Rumus umum karbohidrat yaitu Cn(H2O)n. Sedangkan jenis karbohidrat yang paling banyak kita kenal yaitu glukosa (C6H12O6), sukrosa (C12H22O11), serta selulosa (C6H10O5)n.

A. STRUKTUR KARBOHIDRAT

1. Monosakarida

Monosakarida terdiri dari satu unit polihidroksi aldehida atau keton. Monosakarida yang paling banyak di alam yaitu D-glukosa 6-karbon (Lehningger,1982). Menurut Loveless (1991), monosakarida adalah gula sederhana yang tidak dapat dihidrolisis lagi menjadi satuan yang lebih kecil, awalan mono menyatakan satu satuan dasar. Monosakarida adalah bahan berupa kristal tak berwarna yang mudah larut dalam air dan umumnya rasanya manis. Monosakarida dibagi menjadi dua kelompok, yaitu :a. Kelompok Aldosa

Kelompok ini selalu memiliki ujung gugus Aldehida (-CHO) yang dapat ditulis dengan rumus molekul CH2OH-(CHOH)n-CHO, dengan n sebanyak 1 sampai 7.b. Kelompok Ketosa

Kelompok ini selalu memiliki gugus ketosa (>CO) yang terletak hampir di ujung dan dapat ditulis dengan rumus molekul CH2OH-(CHOH)n-CO- CH2OH dengan n sama dengan 0 (gugus CHOH hilang), atau bilangan bulat1 sampai 4.

Monosakarida dapat dikelompokkan pula berdasarkan jumlah atom C pada molekulnya. Monosakarida paling sederhana memiliki 3 atom C yang disebut Triosa. Selain itu, ada pula Tetrosa (4 atom C), Pentosa (5 atom C), Heksosa (6 atom C), dan Heptosa (7 atom C). Contoh dari monosakarida yaitu :

Triosa : Gliserosa, Gliseraldehid, Dihidroksi aseton

Tetrosa : threosa, Eritrosa, xylulosa

Pentosa : Lyxosa, Xilosa, Arabinosa, Ribosa, Ribulosa

Hexosa : Galaktosa, Glukosa, Mannosa, fruktosa

Heptosa : Sedoheptulosa

Gambar 1. Struktur monosakarida (Alpha-D-Glocose)

2. Oligosakarida atau Disakarida

Disakarida atau Oligisakarida adalah gula majemuk yang terdiri atas dua sampai enam monosakarida yang bergabung menjadi satu. Gula tersebut dapat dihidrolisis menjadi satuan yang lebih kecil yaitu monosakarida yang merupakan penyusunnya. Sama halnya dengan Monosakarida, Oligosakarida juga bahan berupa kristal tak berwarna yang mudah larut dalam air dan umumnya rasanya

manis. Hubungan yang hanya terjadi bila monosakarida berada pada cincin ini adalah pelepasan air, yaitu kondensasi antara gugus monosakarida pereduksi dan gugus hidroksil yang sering terjadi pada rantai C-4 dari monosakarida lain. Hubungan tersebut yang membentuk jembatan oksigen antara residu monosakarida yang dikenal dengan nama ikatan glikosida (Loveless, 1991).

Disakarida atau Oligosakarida paling sederhana mempunyai dua unit monosakarida. Kebanyakan oligasakarida yang mempunyai tiga atau lebih unit tidak terdapat secara bebas tetapi digabungkan sebagai rantai samping polipeptida pada glikoprotein dan proteglikan (Lehningger,1982). Oligosakarida dibagi menjadi tiga bagian, yaitu:

a) Laktosa

Laktosa juga disebut gula susu karena

hanya terdapat dalam susu. Bila dihidrolisis,

laktosa akan menghasilkan D-galaktosa dan D-

glukosa. Laktosa memiliki satu atom karbon

hemiasetal dan mempunyai gugus karbonil yang

berpotensi bebas pada residu glukosa sehingga

laktosa termasuk disakarida pereduksi.

Gambar 2. Struktur laktosa(Galaktosa + Glukosa)

b) Sukrosa

Sukrosa atau gula tebu merupakan disakarida yang paling manis yang terdiri

dari glukosa dan fruktosa. Sukrosa bukan merupakan gula pereduksi karena

sukrosa tidak mempunyai atom karbon hemiasetal dan

hemiaketal. Sukrosa tidak memilliki atom karbon monomer

bebas karena karbon anomer glukosa dan fruktosa berikatan

satu dengan yang lain. Sukrosa juga mudah dihidrolisis

menjadi D-glukosa dan D-fruktosa. Sumber-sumber

sukrosa yang terdapat di alam, antara lain tebu (100%

mengandung sukrosa), bit, gula nira (50%), dan jelly.

Gambar 3. Struktur Sukrosa

(Glukosa +

Fruktosa)

c) Maltosa

Maltosa merupakan disakarida yang paling sederhana. Maltosa terdiri dari

dua residu D-glukosa yang dihubungkan oleh ikatan glikosida. Sebuah molekul

glukosa dihubungkan melalui atom karbonnya

yang pertama dengan gugus hidroksil atom

karbon keempat pada molekul glukosa yang

lainnya. Kedua residu glukosa tersebut berada

dalam bentuk piranosa. Maltosa memilliki

gugus karbonil yang berpotensi bebas yang

dapat dioksidasi, sehingga maltosa mempunyai sifat gula Gambar 4.

Struktur Maltosa

pereduksi. Di dalam tubuh, maltosa didapat dari hasil pemecahan amilum yang

lebih mudah dicerna. Maltosa banyak terdapat kecambah, susu dan pada serealia,

misalnya beras (Girinda,1993).

3. Polisakarida

Polisakarida tidak memiliki sifat khas gula karena biasanya tidak berbentuk, sering tidak larut dalam air, dan tidak manis rasanya. Polisakarida terbentuk dari penggabungan ratusan bahkan ribuan monosakarida yang disatukan oleh ikatan glikosida, sehingga membentuk suatu gabungan molekul besar yang berat molekulnya juga besar. Sama dengan Oligosakarida, Polisakarida juga dapat dipecah menjadi satuan-satuan yang lebih kecil yaitu Monosakarida yang merupakan unsur penyusunnya. Molekul dari Polisakarida ada yang berbentuk rantai lurus, ada pula yang bercabang (Loveless, 1991). Menurut Lehningger (1982), beberapa polisakarida seperti selulosa mempunyai rantai linear sedangkan yang lain seperti glikogen mempunyai rantai bercabang. Polisakarida yang paling banyak ditemukan adalah pada pati dan selulosa. Gambar 4. Struktur Polisakarida

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 yang merupakan contoh dari

heteropolisakarida. Fungsi dari polisakarida yaitu sebagai bentuk penyimpan bagi monosakarida dan sebagai unsur struktural di dalam dinding sel dan jaringan pengikat.

B. SINTESIS KARBOHIDRAT

Karbohidrat dapat disintesa dari senyawa yang amat sederhana seperti CO2 atau dapat pula dibentuk dari senyawa karbohidrat sendiri maupun bukan, misalnya asam amino. Sehingga, pada tanaman karbohidrat dibentuk melalui proses fotosintesis. Proses tersebut berbahan dasar CO2 dan H2O yang terjadi pada tanaman berklorofil dengan bantuan cahaya. Fotosintesis terjadi pada mesofil daun yaitu bagian kloroplas.

Pada proses fotosintesis melibatkan reaksi terang dan reaksi gelap. Pada reaksi terang, keadaan intensitas cahaya tinggi, sehingga kecepatan dibatasi oleh reaksi kimia yang murni. Sedangkan pada reaksi gelap, keadaan intensitas cahaya rendah, sehingga dibatasi oleh reaksi fotokimia. Oleh karena itu, fotosintesis memiliki 2 tahap yang berbeda, yaitu tahap yang peka cahaya tetapi tidak bergantung pada suhu yang disebut reaksi terang dan tahap yang tak peka cahaya tetapi bergantung pada suhu disebut reaksi gelap. Kedua reaksi tersebut saling berkaitan. Reaksi terang akan terjadi terlebih dahulu daripada reaksi gelap. Perbedaan antara kedua reaksi tersebut, sebagai berikut :

1. Reaksi Terang

Reaksi terang adalah awal terjadinya fotosintesis. Reaksi terang terjadi pada membran tilakoid yang memiliki struktur cakram yang terbentuk dari pelipatan membran dalam kloroplas. Pada reaksi ini dibutuhkan air dan cahaya matahari. Awal dari reaksi terang ialah adanya penangkapan foton oleh pigmen. Pigmen klorofil akan menyerap cahaya yang panjang gelombangnya 400 - 450nm (ungu) dan 650 - 700nm (merah). Sedangkan panjang gelombang 500-600 nm (hijau) cenderung tidak diserap melainkan dipantulkan, sehingga akan tertangkap oleh mata. Hal itu yang menyebabkan daun berwarna hijau.

Reaksi terang melibatkan pigmen dari membran tilakoid yang terdiri dari sistem cahaya atau disebut fotosistem. Fotosistem terbagi atas dua macam, yaitu fotosistem I dan fotosistem II yang berfungsi sebagai sistem pembawa elekron. Pada fotosistem terdapat komplek protein yang dapat membentuk ATP yaitu berupa ATP Sintase. Fotosistem II akan menyerap cahaya dengan panjang gelombang 680 nm, sedangkan fotosistem I akan menyerap cahaya dengan panjang gelombang 700 nm. Kedua fotosistem tersebut saling berkaitan dan melengkapi secara simultan dalam fotosintesis. Proses fotosintesis dimulai pada

fotosistem II ketika cahaya mengionisasi klorofil. Kemudian, fotosistem II akan melepaskan elektron yang eneginya digunakan untuk proses fotofosforilasi yang menghasilkan ATP. Hal itu mengakibatkan fotosistem II kekurangan elektron. Sehingga, dibutuhkan penggantian elekron yang didapatkan dari hasil ionisasi air. Ionisasi air tidak hanya menghasilkan elektron, tetapi juga menghasilkan oksigen. Jadi, pada fotosistem II dihasilkan ATP dan Oksigen.

Selain mengionisasi fotosistem II, cahaya juga mengionisasi fotosistem I pada waktu yang bersamaan. Fotosistem I juga melepaskan elektron sepanjang transpor elektron yang digunakan untuk mereduksi NADP menjadi NADPH. NADPH tersebut adalah hasil dari fotosistem II. Hasil dari kedua fotosistem tersebut (ATP dan NADPH) akan berfungsi sebagai energi pada saat reaksi gelap.

Fotosistem I dilibatkan dalam proses fotofosforilasi siklik. Pada reaksi tersebut, elektro mulai bergerak dari fotosistem I dan berakhir di fotosistem I juga. Pertama-tama, elektron-elektron pada panjang gelombang 700 nm (P700) menjadi akif akibat dari terangsang oleh cahaya matahari. Ganbar 5.

Fotofosforilasi silik Elektron kemudian keluar menuju akseptor elektron primer yang akhirnya

menuju rantai transpor elektron. Fotosistem P700 mengalami defisiensi elektron karena elektronnya telah dikirim ke akseptor elektron, sehingga membuat P700 tidak mampu menjalankan fungsinya. Selama perpindahan elekron dari tiap akseptor ke akseptor lain, selalu terjadi transformasi hidrogen pada fotosistem P700. Rantai transpor tersebut menghasilkan gaya penggerak proton, sehingga dapat memompa ion H+ melewati membran. Kemudian akan dihasilkan gradien konsentrasi yang digunakan untuk menggerakkan sintase ATP selama kemiosmosis. Reaksi tersebut pada akhirnya menghasilkan ATP.

Pada proses fotofosforilasi non siklik melibatkan 2 fotosistem, yaitu fotosistem I (P700) dan fotosistem II (P680). Elektron bergerak dari fotosistem II, namun tidak kembali lagi ke fotosistem II. Awalnya, terjadi penguraian air menjadi 2H+ + 1/2O2 + 2e-. Dua elektron tersebut tersimpan dalam fotosistem II, sedangkan oksigen akan dilepas ke udara dan H+ akan digunakan pada reaksi lain. Dua

elektron pada P680 akan aktif dengan adanya cahaya, sehingga akan keluar dari P680 menuju akseptor elektron. P680 akan kekurangan elektron, namun cepat tergantikan karena adanya reaksi penguraian air. Dari akseptor elektron, elektron bergerak menuju rantai transpor elektron yang melewati pheophytin, plastoquinon, komplek sitokrom b6f, plastosianin, dan akhirnya sampai di fotosistem I (P700). Dalam perjalanannya, elektron menghasilkan energi yang digunakan untuk reaksi Gambar 6. Fotofosforilasi Non siklik

sintesis kemiosmotik ATP yang akan menghasilkan ATP. Ketika berada di fotosistem I, kedua elektron mendapat energi yang cukup besar dari cahay matahari, sehingga membuatnya bergerak ke molekul akseptor, feredoksin, dan akhirnya sampai di ujung rantai transpor. Kedua elekron tersebut akan bereaksi dengan NADP+ dan H+ dengan bantuan enzim Feredoksin-NADP reduktase menghasilkan NADPH. NADPH tersebut digunakan dalam siklus Calvin atau reaksi gelap.

Perbedaan antara reaksi fotofosforilasi siklik dan non siklik

Fotofosforilasi Siklik Fotofosforilasi Non Siklik

Terjadi di Fotosistem I Terjadi di Fotosistem I dan II

Menghasilkan ATP Menghasilkan ATP dan NADPH

Tidak terjadi Fotolisis airTerjadi Fotolisis untuk menutupi kekurangan elektron pada fotosistem II

2. Reaksi Gelap

Reaksi gelap adalah reaksi yang terjadi di dalam Stroma yang merupakan bagian dari kloroplas. Reaksi gelap disebut juga reaksi Calvin-Benson. Reaksi tersebut merupakan kelanjutan dari reaksi terang. Sesuai dengan namanya, maka pada reaksi ini tidak membutuhkan cahaya. Bahan dasar reaksi gelap adalah ATP dan NADPH hasil dari reaksi terang serta CO2 dari udara. Hasil akhir dari reaksi gelap berupa glukosa (C6H12O6).

Substansi penting dalam reaksi gelap ialah senyawa gula beratom karbon lima (ribolusa fosfat) yang terfosforilasi . Ribolusa fosfat akan menghasilkan ribolusa difosfat (RDP) jika diberi gugus fosfat. Kemudian, Ribolusa difosfat akan mengikat CO2 dalam siklus Calvin-Benson. Pada reaksi gelap (siklus Calvin-Benson) terdapat 3 tahapan penting, yaitu :1) Fiksasi

Pada tahap fiksasi, 6 molekul Ribolusa difosfat akan mengikat 6 molekul CO2 yang membentuk 6 molekul beratom C6 yang tidak stabil. Kemudian, akan

dipecah menjadi 12 molekul beratom C3 yang disebut 3-asam fosfogliserat (APG/PGA). Selanjutnya, terjadi tambahan 12 gugus fosfat pada 3-asam fosfogliserat, sehinggga terbentuk 1,3-bifosfogliserat (PGA 1.3 biphosphat). Selanjutnya, senyawa tersebut akan mengalami reduksi.2) Reduksi

Pada tahap ini, 1,3-bifosfogliserat (PGA 1.3 biphosphat) direduksi oleh H+ dari NADPH yang selanjutnya berubah menjadi NADP+, sehingga terbentuklah 12 molekul fosfogliseraldehid (PGAL) yang beratom C3. Kemudian, 2 molekul fosfogliseraldehid melepaskan diri dan menyatu menjadi 1 molekul dengan atom C sebanyak 6 (glukosa / C6H12O6). Sisa dari fosfogliseraldehid akan masuk ke dalam tahap regenerasi.3) Regenerasi

Pada tahap ini, sisa dari fosfogliseraldehid sebanyak 10 molekul yang akan masuk ke tahap regenerasi yaitu tahap pembentukan kembali Ribulosa difosfat (RDP / RuBP). 10 molekul fosfogliseraldehid akan berubah menjadi 6 molekul Ribolusa fosfat. Kemudian, apabila ada tambahan gugus fosfat, maka Ribolusa fosfat akan berubah mejadi Ribulosa difosfat (RDP). Kemudian, Ribulosa difosfat akan mengikat CO2 kembali.

Gambar 7. Siklus Calvin-Benson (reaksi gelap)

DAFTAR PUSTAKA

Girindra, A. 1993. Biokimia 1. Jakarta: Gramedia Pustaka Utama.

Lehningger.1982. Dasar-dasar Biokimia Jilid 1. Jakarta: Gramedia.

Loveless, A.R. 1991. Prinsip-prinsip Biologi Tumbuhan untuk Daerah Tropik. Jakarta: PT Gramedia Pustak Utama

Martoharsono, Soeharsono.1990. Biokimia.Yogyakarta: Gadjah Mada University Press.

Sastrohamidjojo, H. 2005. Kimia Organik. Yogyakarta: Gadjah Mada University Press.