4 BAB 4

KARBOHIDRAT

4.1 Struktur karbohidrat

Pemahaman struktur umum dari

karbohidrat di masa lampau yakni Cn(H2O)n,

namun ternyata saat ini fakta menyatakan

rumus tersebut hanya berlaku untuk gula

sederhana yakni monosakarida, sedangkan

untuk oligosakarida dan polisakarida

memiliki rumus yang berbeda. Perbedaan ini

akibat dari pelepasan molekul air pada saat

penggabungan monosakarida menjadi

oligosakarida atau polisakarida. Karbohidrat

yang banyak dijumpai di alam yakni bentuk

polisakarida, termasuk di dalamnya glikogen.

Karbohidrat dibentuk dari satuan-satuan gula atau disebut sakarida.

Sekumpulan sakarida-sakarida membentuk karbohidrat melalui reaksi pelepasan

molekul air dan membentuk rangkaian polimer. Rangkaian sakarida-sakarida

pembentuk karbohidrat dibagi menjadi beberapa jenis yakni 1). Monosakarida atau

sakarida tunggal, 2). Disakarida yakni karbohidrat yang terdiri dari dua monomer

sakarida, baik jenis yang sama atau tidak sama. 3). Oligosakarida yakni gabungan

dari sakarida dengan sakarida melalui ikatan glikosidik. Ikatan glikosidik yakni

ikatan yang terjadi antara monosakarida dengan monosakarida yang lain membentuk

molekul oligosakarida atau polisakarida. 3). Polisakarida yakni gabungan dari

banyak molekul sakarida-sakarida.

4.1.1 Monosakarida

Monosakarida dilihat dari jumlah atom karbon sebagai penyususnnya dan letak

gugus OH maka dapat dibagi menjadi; 1). Sakarida dengan jumlah atom karbon

sebanyak 3 atom, 2). Sakarida dengan jumlah atom karbon sebanyak 4 atom, 3)

Sakarida dengan jumlah atom karbon sebanyak 5 atom, dan 4). Sakarida dengan

jumlah atom karbon sebanyak 6 atom. Sakarida yang terbentuk dari 3 atom karbon

merupakan jenis sakarida yang paling sederhana. Satu-satunya jenis sakarida dengan

jumlah atom karbon sebanyak 3 atom yakni gliseraldehida. Struktur molekul

gliseraldehida ditampilkan pada Gambar. 3.1. Gliseraldehida memiliki dua gugus

fungsi alkohol dan satu gugus fungsi aldehida.

C

CH2OH

OHH

CHO

a b c

Gambar. 3.1. Struktur molekul gliseraldehida. a) stuktur kimia b) bentuk ball-stick,

c) bentuk space-filling.

BIO

KIM

IA P

AN

GA

N D

AS

AR

OLE

H A

UN

G S

UM

BO

NO

ST

KIP

MU

HA

MM

AD

IYA

H S

OR

ON

G P

AP

UA

BA

RA

T

Sakarida yang memiliki jumlah atom karbon sebanyak 4 atom yakni eritrosa

dan treosa. Struktur eritrosa dan treosa ditampilkan pada Gambar. 3.2. Eritrosa dan

treosa masing-masing memiliki tiga gugus fungsi alkohol dan satu gugus aldehida.

Rumus umum dari dua molekul tersebut adalah C4H8O4. Perbedaan yang ada diantara

eritrosa terhadap treosa yakni pada letak gugus OH. Gugus OH yang berikatan di

atom C nomor 2 dan 3 pada eritrosa berada pada bidang yang sejajar sedangkan pada

eritrosa berada berseberangan.

CHO

C

C

H OH

CH2OH

OHH

CHO

C

C

OH H

CH2OH

OHH

a b c d e f

Eritrosa Treosa

Gambar 3.2. Struktur sakarida yang memiliki empat atom karbon. a). Stuktur

molekul eritrosa, b). Bentuk ball-stick molekul eritrosa, c) Bentuk

space-filling molekul eritrosa, d). Stuktur molekul treosa, e). Bentuk

ball-stick molekul treosa, f) Bentuk space-filling molekul treosa.

Monosakarida yang memiliki lima atom karbon yakni ribosa, arabinosa,

xilosa dan liksosa. Ke empat jenis tersebut masing-masing memiliki empat gugus

OH dan satu gugus aldehida. Struktur molekul ribosa, arabinosa, arabinosa dan

liksosa ditampilkan pada Gambar 3.3.

C

C

C

CH2OH

CHO

OH

H OH

H

OHH

C

C

C

CH2OH

CHO

H

H OH

OH

OHH

a b c d e f

Ribosa Arabinosa

C

C

C

CH2OH

CHO

OH

OH H

H

OHH

C

C

C

CH2OH

CHO

H

OH H

OH

OHH

g h i j k l

Xilosa Liksosa

Gambar. 3.4. Struktur sakarida yang memiliki lima atom karbon. a). Stuktur

molekul Ribosa, b). Bentuk ball-stick molekul Ribosa, c) Bentuk

space-filling molekul Ribosa, d). Stuktur molekul Arabinosa, e).

BIO

KIM

IA P

AN

GA

N D

AS

AR

OLE

H A

UN

G S

UM

BO

NO

ST

KIP

MU

HA

MM

AD

IYA

H S

OR

ON

G P

AP

UA

BA

RA

T

Bentuk ball-stick molekul Arabinosa, f) Bentuk space-filling molekul

Arabinosa. g). Stuktur molekul Xilosa, h). Bentuk ball-stick molekul

Xilosa, i) Bentuk space-filling molekul Xilosa, j). Stuktur molekul

Liksosa, k). Bentuk ball-stick molekul Liksosa, l) Bentuk space-

filling molekul Liksosa.

Perbedaan antara ribosa dan arabinosa adalah terletak pada gugus OH. Gugus

OH pada ribosa terletak pada bidang yang sama sedangkan untuk arabinosa salah

satu gugus OH pada bidang yang tidak sama/berseberangan. Sedangkan perbedaan

antara xilosa terhadap liksosa adalah posisi gugus yang OH yang berseberangan

dengan gugus OH lainnya.

C

C

C

CHO

OH

H OH

H

OHH

C

CH2OH

H OH

C

C

C

CHO

H

H OH

OH

OHH

C

CH2OH

H OH

a b c d e f

allosa altrosa

C

C

C

CHO

OH

OH H

H

OHH

C

CH2OH

H OH

C

C

C

CHO

H

OH H

OH

OHH

C

CH2OH

H OH

g h i j k l

glukosa mannosa

C

C

C

CHO

OH

H OH

H

HOH

C

CH2OH

H OH

C

C

C

CHO

H

H OH

OH

HOH

C

CH2OH

H OH

m n o p q r

gulosa idosa

C

C

C

CHO

OH

OH H

H

HOH

C

CH2OH

H OH

C

C

C

CHO

H

OH H

OH

HOH

C

CH2OH

H OH

s t u v w x

galaktosa talosa

BIO

KIM

IA P

AN

GA

N D

AS

AR

OLE

H A

UN

G S

UM

BO

NO

ST

KIP

MU

HA

MM

AD

IYA

H S

OR

ON

G P

AP

UA

BA

RA

T

Gambar. 3.4. Struktur sakarida yang memiliki enam atom karbon. a). Stuktur

molekul allosa, b). Bentuk ball-stick molekul allosa, c) Bentuk

space-filling molekul allosa, d). Stuktur molekul altrosa, e). Bentuk

ball-stick molekul altrosa, f) Bentuk space-filling molekul altrosa. g).

Stuktur molekul glukosa, h). Bentuk ball-stick molekul glukosa, i)

Bentuk space-filling molekul glukosa, j). Stuktur molekul mannosa,

k). Bentuk ball-stick molekul mannosa, l) Bentuk space-filling

molekul mannosa, m). Stuktur molekul gulosa, n). Bentuk ball-stick

molekul gulosa, o) Bentuk space-filling molekul gulosa, p). Stuktur

molekul idosa, q). Bentuk ball-stick molekul idosa, r) Bentuk space-

filling molekul idosa, s). Stuktur molekul galaktosa, t). Bentuk ball-

stick molekul galaktosa, u) Bentuk space-filling molekul galaktosa,

v). Stuktur molekul talosa, w). Bentuk ball-stick molekul talosa, x)

Bentuk space-filling molekul talosa.

Monosakarida yang memiliki enam atom karbon yakni allosa, altrosa,

glukosa mannosa gulosa idosa galaktosa dan talosa. Ke delapan jenis tersebut

masing-masing memiliki lima gugus OH dan satu gugus aldehida. Struktur molekul

allosa, altrosa, glukosa mannosa gulosa idosa galaktosa dan talosa ditampilkan pada

Gambar 3.4. Monosakarida memiliki atom kiral sehingga dapat membentuk isomer

optik yakni isomer bayangan antara satu sama yang lainnya. Bentuk isomer

selanjutnya dinamakan bentuk dekstro (d) dan levo (l). Bentuk dektro adalah isomer

bayangan cermin dari bentuk levo. Bentuk dekstro dan levo ditampilkan dalam

Gambar. 3.5.

Gambar 3.5. Bentuk isomer dekstro dan levo

Gula yang memiliki lima atau enam atom karbon biasanya membentuk

rangkaian rantai tertutup (siklis). Pembentukan siklis terjadi akibat dari interaksi

CH2OH

C OHH

C OHH

COH

H

C HOH

CHO

CH2OH

CHO H

CHO H

CHO

H

CH HO

CHO

BIO

KIM

IA P

AN

GA

N D

AS

AR

OLE

H A

UN

G S

UM

BO

NO

ST

KIP

MU

HA

MM

AD

IYA

H S

OR

ON

G P

AP

UA

BA

RA

T

antara gugus fungsi-gugus fungsi yang ada pada molekul gula tersebut (ditampilkan

pada Gambar 3.5 dan 3.6). Gugus fungsi yang berinteraksi yakni gugus fungsi yang

terletak pada atom karbon nomor 1 dan 5 atau antara gugus fungsi yang terletak pada

atom karbon nomor 2 dengan nomor 5. Atom karbon yang memiliki gugus fungsi

untuk berinteraksi dalam pembentukan rantai tertutup menjadi pusat kiral baru yang

disebut karbon anomerik. Pembentukan rangkaian tertutup molekul gula dapat

membentuk dua kemungkinan rangkaian yang berbeda yakni bentuk α dan β. Sebuah

cincin beranggota lima disebut furanose karena kemiripannya dengan furan; cincin

beranggota enam disebut piranosa karena kemiripannya dengan Piran.

Gambar 3.5. Mekanisme pembentukan rangkaian tertutup (siklis) pada molekul gula

(berdasarkan Proyeksi Haworth).

Gambar 3.6. Mekanisme pembentukan rangkaian tertutup (siklis) pada molekul gula

(berdasarkan Proyeksi Fischer).

Bentuk siklik furanosa (mirip dengan furan) dan piranosa (mirip dengan

piran) mendekati bentuk molekul yang sebenarnya. Bentuk cincin furanosa

O

HC

C

C

C O

C

HCH2OH

H

H OH

HOH

OH

OH

C

C

C

C O

C

CH2OH

H

H OH

HOH

OH

H

H

C

C

C

C O

C

CH2OH

H

H OH

HOH

OH

OH

C

C

C

CHO

OH

HO H

H

OHH

C

CH2OH

H OH

Bentuk α

Bentuk β

O

piran

Bentuk α Bentuk β

C OHH

C

C

C

O

C

CH2OH

H

OHH

HOH

H OH

C HOH

C

C

C

O

C

CH2OH

H

OHH

HOH

H OH

BIO

KIM

IA P

AN

GA

N D

AS

AR

OLE

H A

UN

G S

UM

BO

NO

ST

KIP

MU

HA

MM

AD

IYA

H S

OR

ON

G P

AP

UA

BA

RA

T

cenderung planar/datar, sedangkan piranosa membentuk formasi kursi. Formasi

siklik dengan enam atom karbon ada dua kemungkinan yakni berbentuk kusi atau

berbentuk perahu. Kebanyakan bentuk dari monomer sakarida yang memiliki enam

atom karbon di alam pada umumnya berbentuk kursi. Bentuk kursi untuk

monosakarida yang beranggotakan enam karbon ditampilkan pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7. Formasi kursi monosakarida enam atom karbon. (a). Stuktur molekul,

(b). Bentuk ball-stick, c) Bentuk space-filling.

4.1.2 Disakarida

Disakarida dibentuk dari dua molekul monosakarida melalui ikatan

glikosidik. Ikatan glikosidik ini yang membentuk rangkaian oligosakarida dan

polisakarida. Ikatan glikosidik terjadi beberapa macam bentuk, karbon anomerik dari

suatu monomer terikat pada salah satu gugus OH di monomer yang lain. Jenis ikatan

glikosidik yang ada di polimer karbohidrat yakni ikatan 1-4 α, 1-4 β dan 1-6 α.

Beberapa contoh jenis ikatan glikosidik ditampilkan pada Gambar 3.8. penamaan

ikatan glikosidik berdasarkan posisi atom karbon yang berikatan dengan oksigen.

Ikatan glikosidik terjadi melalui sintesis dehidrasi dengan cara melepaskan satu atom

hidrogen dari salah satu monomer sakarida dan satu gugus hidroksil (OH) dari

monomer sakarida yang lain. Pelepasan satu atom hidrogen dan gugus hidroksil

(OH) selanjutnya membentuk air. Rekasi hidrolisis pada dua monomer sakarida

dapat terjadi berbalik arah atau yang biasa disebut reaksi hidrolisis. Reaksi hidrolisis

terjadi dari pemecahan dua monomer yang telah berikatan dengan ikatan glikosidik

akibat penambahan molekul air. Reaksi hidrolisis dan hidrasi ditampilkan pada

Gambar 3.9. Hasil penggabungan dua monomer sakarida selanjutnya disebut dengan

disakarida. Disakarida yang umum yakni sukrosa, laktosa dan maltosa.

4.1.2.1 Sukrosa

Sukrosa adalah disakarida yang paling mudah kita kenal yakni gula tebu. Satu

molekul sukrosa terdiri dari satu molekul glukosa dan satu molekul fruktosa.

Molekul sukrosa ditampilkan pada Gambar 3.10. Sukrosa memiliki nama

berdasarkan IUPAC adalah (2R,3R,4S,5S,6R)-2-[(2S,3S,4S,5R)-3,4-dihidroksi-2,5-

bis(hidroksimetil)oksolan-2-il]oksi-6-(hidroksimetil)oksane-3,4,5-triol dan nama lain

yakni α-D-glukopiranosil-(1→2)-β-D-fruktofuranosida; β-D-fruktofuranosil-(2→1)-

α-D-glukopiranosida; β-(2S,3S,4S,5R)-fruktofuranosil-α-(1R,2R,3S,4S,5R)-

glukopiranosida; α-(1R,2R,3S,4S,5R)-glukopiranosil-β-(2S,3S,4S,5R)-

fruktofuranosida. Rumus umum dari sukrosa adalah C12H22O11 dengan massa

OH

H

H

H

H

OH

H

O

OH OH

CH2OH

a b c

BIO

KIM

IA P

AN

GA

N D

AS

AR

OLE

H A

UN

G S

UM

BO

NO

ST

KIP

MU

HA

MM

AD

IYA

H S

OR

ON

G P

AP

UA

BA

RA

T

molekul relatif 342.30 g/mol. Sukroda diperoleh dari tanaman dan tidak diperoleh

dari sumber lain. Sukrosa dalam bentuk padatan kristal berwarna putih dan memliki

tingkat kelarutan dalam air sebesar 2000 g/L (25 °C). Pada sukrosa, glukosa dan

fruktosa terhubung melalui ikatan antara karbon pertama (C1) pada subunit glukosa

dengan karbon kedua (C2) milik fruktosa. Sukrosa akan meleleh pada suhu 186 °C

(367 °F) dan membentuk karamel dan jika terbakar akan menghasilkan karbon

dioksida dan air.

O

CH2OH

H

H

OH

H

OH

OH

H

HO

CH2OH

OH

H

H

OH

CH2OH

H

O

Gambar 3.10. Molekul sukrosa (a) Molekul, (b) Bentuk kristal

4.1.2.2 Laktosa

Laktosa terdiri dari satu molekul glukosa dan satu molekul galaktosa yang

membentuk ikatan glikosida 1→4-β. Nama sistematis laktosa adalah β-D-

galaktopiranosil-(1→4)-D-glukosa. Srruktur kimia laktosa ditampilkan pada Gambar

3.11. Laktosa mempunyai rumus kimia C12H22O11. Massa molekul relatif dari laktosa

yakni 342,30 g/mol, dengan densitas 1.525 g/cm3

Titik lebur 202.8 °C, Titik didih

668.9 °C, Laktosa ditemukan pada susu pada tahun 1619 oleh Fabriccio Bartoletti,

dan diidentifikasi sebagai gula pada tahun 1780 oleh Carl Wilhelm Scheele.

O

CH2OH

H

OH

H

H

OH

OH

HH

O

O

CH2OH

H

H

H

OH

OH

HH

OH

Gambar 3.11. Molekul laktosa

4.1.2.3 Maltosa

Maltosa adalah disakarida terbentuk dari dua unit glukosa bergabung dengan

ikatan α (1 → 4), terbentuk dari reaksi kondensasi. Molekul maltosa ditampilkan

pada Gambar 3.12. maltosa memiliki rumus molekul C12H22O11 massa molekul relatif

sebesar 342.30 g/mol. Bentuk maltose adalah bubuk putih atau kristal putih dengan

densitas 1.54 g/cm3

dan kelarutan dalam air sebesar 1.080 g/mL (20 °C). Nama iupac

dari maltosa yakni 2-(hidroksimetil)-6-[4,5,6-trihidroksi-2-(hidroksimetil)oksan-3-

il]oksioksana-3,4,5-triol. Nama lain dari maltosa yakni 4-O-α-D-Glucopiranosil-D-

glukosa. Sedangkan isomer maltosa yakni isomaltose memiliki dua molekul glukosa

dihubungkan melalui ikatan α (1 → 6). Maltosa adalah anggota kedua dari seri

biokimia penting rantai glukosa. Maltosa adalah disakarida dihasilkan dari

pemecahan pati oleh amilase. Maltosa ditemukan oleh Irlandia Cornelius O'Sullivan

pada tahun 1872.

a b

BIO

KIM

IA P

AN

GA

N D

AS

AR

OLE

H A

UN

G S

UM

BO

NO

ST

KIP

MU

HA

MM

AD

IYA

H S

OR

ON

G P

AP

UA

BA

RA

T

O

CH2OH

H

H

H

OH

OH

HH

OHO

CH2OH

H

OH

H

H

OH

OH

H

H

O

Gambar 3.12. Molekul maltosa

4.1.3 Oligosakarida dan polisakarida

Oligosakarida adalah polimer karbohidrat terdiri 3-10 monosakarida, atau,

gula sederhana. Mereka dihubungkan bersama kebanyakan oleh ikatan O-glikosidik

melalui reaksi kondensasi antara karbon anomerik dari monosakarida dan yang

lainnya. Mereka juga dapat membentuk ikatan glikosidik-N di bawah suasana

tertentu. Oligosakarida dapat berbentuk rantai lurus atau bercabang. Oligosakarida

berasal dari kata oligo artinya sedikit. Oligosakarida adalah salah satu komponen dari

serat. Oligosakarida yang sering ditemukan sebagai komponen glikoprotein atau

glikolipid. oligosakarida dapat bereaksi dengan lipid dan bentuk lipopolisakarida

atau saccharolipids. Oligosakarida berikatan-N juga dapat bereaksi dengan rantai

samping dari asam amino terutama Asparagine dari protein untuk membentuk

Glycoprotein. Glikoprotein tidak terbentuk pada bagian acak dari protein.

Beberapa contoh jenis oligosakarida yakni frikto-oligosakarida/Fructo-

oligosakarides (FOS) yang ditemukan di banyak sayuran, terdiri dari rantai pendek

molekul fruktosa, galakto-oligosakarida/Galactooligosaccharides (GOS), yang juga

terjadi secara alami, dan Mannan-oligosakarida (MOS) yang banyak digunakan

dalam pakan ternak untuk meningkatkan kesehatan pencernaan, tingkat energi dan

kinerja. Senyawa Fructo-oligosakarides (FOS) ini dapat hanya sebagian dicerna

oleh manusia. Galactooligosaccharides (GOS) terdiri dari rantai pendek molekul

galaktosa. Mannan oligosakarida/Mannan Oligosaccharides (MOS) biasanya

diperoleh dari dinding sel ragi Saccharomyces-cerevisiae.

4.1.4 Polisakarida

Polisakarida terbentuk dari rangkaian banyak monosakarida. Rangkaian

polisakarida sama halnya oligosakarida atau pun disakarida terjadi akibat adanya

ikatan glikosidik. Ikatan glikosidik pada polisakarida karena reaksi kondensasi.

Pembentukan ikatan glikosidik pada polisakarida dapat menimbulkan rantai polimer

lurus atau bercabang yang kompleks. Polisakarida yang terbentuk dari gabungan

O

CH2OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

H

O

H

OH

H

H

OH

CH2OH

O

O

CH2OH

H

OH

H

H

OH

CH2OH

O

O

CH2OH

H

H

H

OH

OH

H

OH

HO

CH2OH

H

H

H

OH

OH

HH

O

O

CH2OH

H

H

OH

OH

HH

OHO

H

n

FOS GOS

BIO

KIM

IA P

AN

GA

N D

AS

AR

OLE

H A

UN

G S

UM

BO

NO

ST

KIP

MU

HA

MM

AD

IYA

H S

OR

ON

G P

AP

UA

BA

RA

T

monosakarida yang sejenis disebut homopolisakarida, sedangkan yang terbentuk dari

monosakarida-monosakarida yang tidak sama disebut heteropolisakarida. Ikatan

glikosidik yang ada di polisakarida dapat berupa glikosidik-α atau glikosidik-β.

Ikatan glikosidik α(1→4) membentuk rankaian polimer polisakarida bercabang,

sedangkan ikatan glikosidik α(1→6) dan β(1→6) membentuk rangkaian polisakarida

rantai lurus. Jenis ikatan yang menghasilkan rangkaian polimer polisakarida rantai

lurus dan rantai bercabang ditampilkan pada Gambar 3.14. Rangkain polimer

bercabang antar jenis jenis polimer bervariasi. Suatu misal, polisakarida amilopektin

dari tanaman mengandung cabang setiap 30 unit sedangkan polisakarida glikogen

dari hewan mengandung cabang kira-kira setiap 10 unit.

Gambar. 3.14. Jenis ikatan glikosidik yang terjadi pada polisakarida, (a) ikatan

glikosidik α(1→4), (b) ikatan glikosidik α(1→6), (c) ikatan

glikosidik β(1→6).

Berikut adalah jenis-jenis polisakarida yakni pati, glikogen, agarosa,

dan selulosa. Sealin itu, beberapa polisakarida kompleks yang memiliki atom

tambahan misalnya nitrogen, seperti pektin, kitin, dan lignin.

4.1.4.1 Pati

Pati merupakan polimer dari α-D-glukosa. Pati memiliki ikatan glikosidik-α

dari sambungan rantai cabang. Jenis pati dapat dibedakan satu sama lain berdasarkan

rantai percabangannya (Gambar 3.15). Salah satu jenis pati yakni amilosa. Amilosa

merupakan polimer linear glukosa, dengan semua residu dihubungkan oleh ikatan α

(1→4). Jenis pati lainnya yakni amilopektin. Amilopektin adalah rantai polimer

bercabang, dengan cabang-cabang mulai α (1 → 6) keterkaitan di sepanjang rantai α

(1 → 4). Konformasi yang paling biasa dari amilosa adalah helix dengan enam residu

per lilitan.

O

CH2OH

OH

OH

H

O

CH2OH

OH

OH

H O

O

CH2OH

OH

OH

H

O

CH2OH

OH

OH

OH

H OO

n

Gambar 3.15. Molekul amilosa

O

H

H

H

OH

OH

HH

OH

O

O

CH2OH

H

H

OH

H

OH

OH

H

H

O

CH2OH

H

H

H

OH

OH

H O

HO

H

H

H

OH

OH

HH

O

O

CH2OH

H

H

OH

H

OH

OH

H

H

O

CH2OH

H

H

OH

H

OH

OH

HO

H

O

a

b

c

BIO

KIM

IA P

AN

GA

N D

AS

AR

OLE

H A

UN

G S

UM

BO

NO

ST

KIP

MU

HA

MM

AD

IYA

H S

OR

ON

G P

AP

UA

BA

RA

T

O

CH2OH

OH

OH

H

O

CH2OH

OH

OH

H O

O

CH2OH

OH

OH

H

O

CH2OH

OH

OH

OH

H O O

O

CH2OH

OH

OH

H

O

OH

OH

H O

O

CH2OH

OH

OH

H

O

CH2OH

OH

OH

OH

H O O

O

Gambar 3.16. Molekul amilopektin

4.1.4.2 Glikogen

Glikogen merupakan polimer bercabang-rantai α-D-glukosa, dan dalam hal

ini mirip dengan fraksi amilopektin pati. Seperti amilopektin, glikogen terdiri dari

rantai berikatan α (1 → 4) dengan yang berikatan α (1 → 6) pada titik-titik cabang

(Gambar 3.16). Cabang di glikogen terdapat setiap 10 satuan dan setiap 25 satuan di

amilopektin. Dalam glikogen, panjang rantai rata-rata adalah 13 satuan glukosa, dan

ada 12 lapisan bercabang. Jumlah titik cabang tidak signifikan karena dua alasan.

O

CH2OH

O

OHOH

O

CH2OH

O

OHOH

O

O

OHOH

O

CH2OH

O

OHOH

O

O

CH2OH

O

OHOH

O

CH2OH

O

OHOH

O

CH2OH

O

OHOH

Gambar 3.16. Molekul glikogen

4.1.4.3 Agarosa

Agarosa atau yang biasa disebut agar-agar oleh orang awam adalah zat yang

biasanya berupa gel yang diolah dari rumput laut atau alga. Jenis rumput laut yang

biasa diolah untuk keperluan ini adalah Eucheuma spinosum (Rhodophycophyta).

Beberapa jenis rumput laut dari golongan Phaeophycophyta (Gracilariadan

Gelidium) juga dapat dipakai sebagai sumber agar-agar. Agarosa sebenarnya

adalah karbohidrat dengan berat molekul tinggi yang mengisi dinding sel rumput

laut. Agarosa merupakan suatu polimer yang tersusun dari monomer galaktosa. Gel

terbentuk karena pada saat dipanaskan di air, molekul Agarosa dan air bergerak

bebas. Ketika didinginkan, molekul-molekul agarosa mulai saling merapat, memadat

dan membentuk kisi-kisi yang mengurung molekul-molekul air, sehingga terbentuk

sistem koloid padat-cair. Agarosa apabila dilarutkan dalam air panas dan

didinginkan, agar-agar bersifat seperti gelatin: padatan lunak dengan banyak pori-

pori di dalamnya sehingga bertekstur 'kenyal'. Sifat ini menarik secara indrawi

BIO

KIM

IA P

AN

GA

N D

AS

AR

OLE

H A

UN

G S

UM

BO

NO

ST

KIP

MU

HA

MM

AD

IYA

H S

OR

ON

G P

AP

UA

BA

RA

T

sehingga banyak olahan makanan menggunakan baan agarosa: pengental sup, puding

(jelly), dan campuran es krim. Agarosa sebagai makanan sehat karena

mengandung serat (fiber) lunak yang tinggi dan kalori yang rendah. Kandungan serat

lunak yang tinggi membantu melancarkan pembuangan sisa-sisa makanan

di usus (laksatif). Molekul agarosa ditampilkan pada Gambar. 3.17.

O

OH

O

H

O

O OH

OH

OH

n

Gambar. 3.17. Molekul agarosa.

4.1.4.4 Selulosa

Selulosa adalah homopolisakarida lurus dari β-D-glukosa, dan semua

berikatan β (1→4) (Gambar. 3.18). Rantai satuan polisakarida terdapat ikatan

hidrogen bersama. Ikatan hidrogen ini membuat serat tanaman memiliki karakter

yang kuat pada tanaman.

O

OH

OHOH

O

OH

OHOH

*O *

n

Gambar 3.18. Molekul selulosa

4.1.4.5 Pektin

Pektin disusun polimer asam D-galakturonat, yang terikat dengan α-1,4-

glikosidik. Pertama kali diisolasi oleh Henri Braconnot tahun 1825. Asam

galakturonat memiliki gugus karboksil yang dapat saling berikatan dengan ion Mg2+

atau Ca2+

sehingga berkas-berkas polimer "berlekatan" satu sama lain. Ini

menyebabkan rasa "lengket" pada kulit.

O

OH

COOH

O

COOH

O

OH

OH

O

OH

O

OH

COOH

O

COOH

O

OH

OH

O

OH

O

OH

COOH

OO

COOH

O

OH

OH

O

OH

Gambar 3.18. Molekul pektin

4.1.4.6 Kitin

Sebuah polisakarida yang mirip dengan selulosa dalam struktur dan fungsi

itin, yang juga merupakan homopolisakarida lurus dengan semua satuan molekul

berikatan glikosidik β (1 → 4). Kitin berbeda dari selulosa dalam sifat unit

monosakarida dibanding selulosa. Monomer selulosa adalah β-D-glukosa sedangkan

di kitin monomernya adalah N-asetil-β-D-glukosamin. Senyawa yang terakhir

BIO

KIM

IA P

AN

GA

N D

AS

AR

OLE

H A

UN

G S

UM

BO

NO

ST

KIP

MU

HA

MM

AD

IYA

H S

OR

ON

G P

AP

UA

BA

RA

T

berbeda dari glukosa hanya dalam substitusi gugus N-asetilamino (-NH-CO-CH3)

untuk gugus hidroksil (-OH) pada karbon C-2 (Gambar 16,26). Seperti selulosa, kitin

memainkan peran struktural dan memiliki cukup banyak kekuatan mekanik karena

adanya ikatan hidrogen.

O

CH2OH

H

OHO

O

OHO

CH2OH

N

O

O

N

O

*

n

Gambar 3. Molekul kitin

4.2 Reaksi-reaksi karbohidrat

Reaksi sakarida dari pangan yang sangat berperan dalam biokimia yakni reaksi

oksidasi dan reduksi. Reaksi oksidasi sakarida menghasilkan sejumlah energi bagi

manusia untuk melakukan aktivitas dan kelangsungan hidup. Reaksi oksidasi yang

paling banyak menghasilkan energi yakni reaksi sakarida yang teroksidasi sempurna

atau habis bereaksi menjadi karbondioksida (CO2) dan molekul air (H2O). Hal itu

terjadi pada metabolisme sel manusia.

Rekasi lain yang terjadi pada monosakarida yakni reaksi esterifikasi. Reaksi

esterifikasi terjadi gugus-gugus hidroksil bereaksi dengan asam dan turunan asam,

seperti halnya dengan yang terjadi pada semua senyawa alkohol. Reaksi esterifikasi

monosakarida yang terjadi pada manusia yakni pembentukan ester fosfat. Ester fosfat

dibentuk dari transfer gugus fosfat dari ATP (adenosin trifosfat) untuk memberikan

gula terfosforilasi dan ADP (adenosin difosfat), seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 3.8. Reaksi ini memainkan peran penting dalam metabolisme.

O

C

H

H

OH

H

OH

OH

HH

OH

O H

P O

O

O

OP

O

O

OO P

O

O

ADENOSIN

O

CH2OPO

3

H

H

OH

H

OH

OH

HH

OH

P O

O

O

OP

O

O

O ADENOSIN+ENZIM

+

Gambar 3.8. Reaksi esterifikasi monosakarida.

4.3 Fungsi karbohidrat

Kebutuhan dasar yang diperlukan tubuh makhluk hidup termasuk manusia

disediakan oleh karbohidrat. Salah satu monomer karbohidrat seperti glukosa

merupakan nutrien utama untuk sel. Glukosa pada vertebrata mengalir dalam aliran

darah sehingga tersedia bagi seluruh sel tubuh. Sel-sel tubuh tersebut menyerap

glukosa dan mengambil tenaga yang tersimpan di dalam molekul pada proses

respirasi seluler untuk menjalankan sel-sel tubuh. Selain itu, kerangka karbon

monosakarida juga berfungsi sebagai bahan baku untuk sintesis jenis molekul

organik kecil lainnya, termasuk asam amino dan asam lemak.

BIO

KIM

IA P

AN

GA

N D

AS

AR

OLE

H A

UN

G S

UM

BO

NO

ST

KIP

MU

HA

MM

AD

IYA

H S

OR

ON

G P

AP

UA

BA

RA

T

Karbohidat sebanyak 1 gram yang dikomsumsi sebagai nutrisi untuk manusia

memiliki nilai energi 4 Kalori. Menu makanan orang Asia Tenggara termasuk

Indonesia umumnya mengandung karbohidrat cukup tinggi, yaitu antara 70–80%.

Sumber karbohidrat bahan makanan pada umunya berasal dari padi-padian atau

serealia (gandum dan beras), umbi-umbian (kentang, singkong, ubi jalar), gula dan

sagu.

Selain sebagai sumber energi, karbohidrat juga berfungsi untuk menjaga

keseimbangan asam basa di dalam tubuh, berperan penting dalam proses

metabolisme dalam tubuh, dan pembentuk struktur sel dengan mengikat protein dan

lemak. Beberapa jenis polisakarida berfungsi sebagai materi simpanan atau

cadangan, yang nantinya akan dihidrolisis untuk menyediakan gula bagi sel ketika

diperlukan. Pati merupakan suatu polisakarida simpanan pada tumbuhan. Tumbuhan

menumpuk pati sebagai butiran di dalam organel plastida, termasuk kloroplas.

Dengan mensintesis pati, tumbuhan dapat menimbun kelebihan glukosa. Glukosa

merupakan bahan bakar sel yang utama, sehingga pati merupakan energi cadangan.

Sementara itu, hewan menyimpan polisakarida dalam bentuk glikogen.

Manusia dan vertebrata lainnya menyimpan glikogen terutama dalam sel hati dan

otot. Penguraian glikogen pada sel-sel ini akan melepaskan glukosa ketika kebutuhan

gula meningkat. Namun demikian, glikogen tidak dapat diandalkan sebagai sumber

energi hewan untuk jangka waktu lama. Glikogen yang tersimpanan akan terkuras

habis hanya dalam waktu sehari kecuali kalau dipulihkan kembali dengan

mengkonsumsi makanan.

Karbohidrat memainkan sejumlah peran penting dalam biokimia. pertama,

karbohidrat sebagai sumber energi utama. Kedua, oligosakarida memainkan peran

kunci dalam proses yang terjadi pada permukaan sel, khususnya dalam interaksi sel-

sel dan pengakuan kekebalan tubuh. Selain itu, polisakarida penting struktural

komponen beberapa kelas organisme. Selulosa adalah komponen utama dari rumput

dan pohon-pohon, dan merupakan bahan pangan yang menyehatkan.

Daya cerna tubuh manusia terhadap karbohidrat bermacam-macam bergantung

pada sumbernya, yaitu bervariasi antara 90%–98%. Daya cerna karbohidrat

menurunkan dapat diturunkan menjadi 85% dengan mengkonsumsi serat selulosa.

Serat-serat selulosa mengikis dinding saluran pencernaan dan merangsangnya

mengeluarkan lendir yang membantu makanan melewati saluran pencernaan dengan

lancar sehingga selulosa disebut sebagai bagian penting dalam menu makanan yang

sehat. Contoh makanan yang sangat kaya akan serat selulosa ialah buah-buahan

segar, sayur-sayuran, dan biji-bijian. Manusia tidak dapat mencerna selulosa

sehingga serat selulosa yang dikonsumsi manusia hanya lewat melalui saluran

pencernaan dan keluar bersama feses.

Angka kecukupan gizi untuk karbohidrat selama ini belum ada ketentuan yang

jelas. Hal ini, karena banyaknya faktor-faktor penentu, baik dari internal tubuh mau

pun aktivitas sesorang. Namun demikian, dianjurkan 55-57% konsumsi energi total

berasal dari karbohidrat kompleks. Sedangkan, 10% berasal dari gula sederhana.

Konsumsi serat di anjurkan 20-30 gram serat/hari

BIO

KIM

IA P

AN

GA

N D

AS

AR

OLE

H A

UN

G S

UM

BO

NO

ST

KIP

MU

HA

MM

AD

IYA

H S

OR

ON

G P

AP

UA

BA

RA

T

Karbohidrat merupakan komponen penting untuk manusia sehingga apabila

kekurangan konsumsi karbohidrat dapat lemah, anemia, berpengaruh terhadap

ketidak normalan metabolisme bahan pangan lainnya, sulit tidur, secara tidak

langsung menurunkan sistem imun, pada balita akan terjadi pembesaran perut tetapi

kurus. Namun sebaliknya, dampak kelebihan konsumsi karbohidrat pada beberapa

kasus menunjukkan gejala obesitas hingga obesitas kronis.

Oligosakarida dapat memiliki banyak fungsi; misalnya, mereka biasanya

ditemukan pada membran plasma sel hewan di mana mereka dapat memainkan peran

dalam pengakuan sel-sel. Oligosakarida yang sering ditemukan sebagai komponen

glikoprotein atau glikolipid sering digunakan untuk identifikasi sel. Contohnya

adalah kekhususan golongan darah ABO. Golongan darah A dan B memiliki dua

glikolipid oligosakarida berbeda yang tertanam dalam membran sel dari sel-sel darah

merah, golongan darah AB memiliki keduanya, sedangkan tipe darah O tidak

memiliki. Oligosakarida mannan (MOS) yang banyak digunakan dalam pakan ternak

untuk meningkatkan kesehatan pencernaan, tingkat energi dan kinerja.

4.4 Metabolisme karbohidrat

Karbohidrat yang dikonsumsi manusia melalui pencernaan (seperti di telah

dijelaskan pada Bab 2). Secara kimiawi, proses pemutusan mulai polimer karbohidrat

telah terjadi pada awal sistem pencernaan. Proses pengunyahan terjadi pemutusan

beberapa polimer karbohidrat menjadi rantai yang lebih pendek, bahkan ada yang

menjadi monomer. Proses pemutusan rantai polimer karbohidrat dibantu oleh adanya

enzim amilase. Proses selanjutnya dalam saluran pencernaan yakni penghancuran

polimer-polimer menjadi rantai yang lebih pendek lagi dibanding dengan hasil proses

mengunyah di mulut. Alur metabolisme karbohidrat ditampilkan pada Gambar 3.9.

Gambar 3.9. Alur metabolisme karbohidrat dalam tubuh

PANGAN BERKARBOHIDRAT

MULUT

LAMBUNG

USUS HALUS

USUS BESAR

MONOSAKARIDA

GAS FERMENTASI

DARAH

HATI

LEMAK

SEL LEMAK

ASAM LAMBUNG (HCl) ENZIM AMILASE

MEKANIK SUPPORT

BAKTERI

FERMENTASI

RESIDU

PARU-PARU

ANUS

BIO

KIM

IA P

AN

GA

N D

AS

AR

OLE

H A

UN

G S

UM

BO

NO

ST

KIP

MU

HA

MM

AD

IYA

H S

OR

ON

G P

AP

UA

BA

RA

T

Glukosa akan dicerna dalam tubuh dalam reaksi respirasi. Tahapan pertama

dalam reaksi respirasi adalah proses glikolisis. Tahapan glikolisis dimulai dari satu

molekul glukosa hingga tahap akhirnya yakni akan dihasilkan 2 molekul piruvat.

Tahap ini juga akan menghasilkan 2 ATP dan menghasilkan dua elektron dan satu

hidrogen pada NAD+ sehingga menjadi NADH. Tahap ini, tidak membutuhkan

oksigen. Jika persediaan oksigen dalam tubuh tidak cukup, maka NADH akan

digunakan untuk mengubah piruvat menjadi asam laktat atau menjadi etanol dan

karbon dioksida.

Setiap reaksi pada jalur glikolisis dikatalisis oleh enzim yang berperan spesifik

hanya untuk reaksi tersebut. Setiap molekul glukosa yang dimetabolisme pada dua

reaksi dalam satu jalur terdapat satu molekul ATP yang dihidrolisis. Dalam proses

ini, energi yang dilepaskan dalam dua molekul ATP terjadi penggabungan reaksi

endergonik. Dua reaksi lain masing-masing memproduksi dua molekul ATP dari

reaksi fosforilasi ADP untuk setiap molekul glukosa, sehingga menghasilkan total

empat molekul ATP. Hasil akhir dari proses glikolisis diperoleh perbandingan

jumlah molekul ATP yang digunakan oleh hidrolisis yakni sebanyak dua molekul

terhadap jumlah yang dihasilkan yakni sebanyak empat molekul maka ada sisa dua

molekul ATP untuk setiap molekul glukosa yang diproses dalam glikolisis.

Gambar 3.10. Jalur glikolisis

GLUKOSA

FRUKTOSA-1,6-BISFOSFAT

2 PIRUVAT

ANAEROBIK OKSIDASI AEROBIK FERMENTASI ANAEROBIK

ALKOHOLIK

SIKLUS ASAM

SITRAT

OKSIDATIF-

FOSFORILASASI

6 CO2 + 6 H2O 2 CO2 + 2 C2H5OH 2 LAKTAT

2 NAD+

2 NADH

2 NAD+

2 NADH

2 NAD+

2 NADH

2 NAD+

2 NADH

6O2

2 ADP

2 ATP

4 ATP

4 ADP + 2P 2 NADH

2 NAD+

BIO

KIM

IA P

AN

GA

N D

AS

AR

OLE

H A

UN

G S

UM

BO

NO

ST

KIP

MU

HA

MM

AD

IYA

H S

OR

ON

G P

AP

UA

BA

RA

T

Ketika piruvat telah terbentuk maka ada jalur yang dilewati. (Gambar 3.10).

Molekul piruvat yang melalui jalur metabolisme aerobik (yakni jalur dengan adanya

peran oksigen) maka akan melepas karbon dioksida. Sedangkan dua atom karbon

yang tersisa berikatan dengan koenzim A menjadi molekul bergugus asetil,

selanjutnya membentuk asetil-CoA. Asetil-CoA kemudian memasuki siklus asam

sitrat. Piruvat yang melewati jalur anaerobik ada dua mekanisme yang dilalui.

Mekanisme pertama yakni untuk organisme yang mampu melakukan fermentasi

alkohol maka akan melepaskan karbon dioksida pada saat memproduksi asetaldehida

dan berakhir menghasilkan etanol. Jalu lain anaerobik yakni jalur yang menghasilkan

laktat. Metabolisme anaerobik adalah satu-satunya sumber energi pada manusia.

Pemecahan glukosa menjadi piruvat dapat diringkas sebagai berikut:

(reaksi fosforilasasi) 2 ATP + 4 ADP + 2 P → 2 ADP + 4 ATP

(Hasil reaksi) Glukosa + 2 ADP + 2P → 2 Piruvat + 2 ATP

Reaksi-reaksi yang terjadi di glikolisis yakni:

Tahap 1. Reaksi fosforilisasi, Glukosa menjadi Glukosa-6-fosfat

Langkah pertama dari jalur glikolitik adalah transfer elektron dan reaksi

fosforilasi menghasilkan ADP. Reaksi ini menggunakan energi bebas dari

hidrolisis ATP. Glukosa terfosforilasi membentuk glukosa-6-fosfat.

Fosforilasi glukosa merupakan reaksi endergonik dan menghasilkan energi

bebas sebesar +3.3 kcal mol–1

. Enzim yang berperan dalam reaksi ini adalah

enzim heksokinase dan Mg2+

sebagai kofaktor reaksi.

Glukosa + ATP Glukosa-6-fosfat + ADP

Tahap 2. Reaksi isomerisasi, Glukosa-6-fosfat menjadi Fruktosa-6-fosfat.

Enzim yang berperan dalam reaksi isomerisasi Glukosa-6-fosfat menjadi

Fruktosa-6-fosfat adalah Glukosafosfat isomerase. Ugus aldehid yang ada

di C-1 glukosa-6-fosfat direduksi menjadi gugus hidroksil, dan gugus

hidroksil di C-2 teroksidasi menjadi gugus keton di fruktosa-6-fosfat, tanpa

oksidasi bebas atau reduksi.

Glukosa-6-fosfat Fruktosa-6-fosfat.

O

O P

O

OH

OH

OH

OHOH

OH

Glukosa-6-fosfat

Fruktosa-6-fosfat

O

OH

OHO

OH

PO

O-

O-

OOH

OHOH

OH

OH

+ O N

N

N NOHOH

OP

O

O

OH

PO

O

OHP

OH

O

OHNH

2

O

O P

O

OH

OH

OH

OHOH

OH

+ O N

N

N NOHOH

OP

O

O

OH

P

O

OH NH2

OH

Glukosa ATP = Adenin tri fosfat

Glukosa-6-fosfat

ADP = Adenin di fosfat

Mg2+

Heksokinase

Glukosafosfat isomerase

Glukosafosfat isomerase

BIO

KIM

IA P

AN

GA

N D

AS

AR

OLE

H A

UN

G S

UM

BO

NO

ST

KIP

MU

HA

MM

AD

IYA

H S

OR

ON

G P

AP

UA

BA

RA

T

Tahap 3. Reaksi fosforilisasi, Fruktosa-6-fosfat menjadi Fruktosa-1,6-bisfosfat.

Fruktosa-6-fosfat selanjutnya terfosforilasi, menghasilkan fruktosa1,6-

bifosfat. Fosforilasi fruktosa-6-fosfat sangat eksergonik dan tidak dapat

diubah. Enzim yang mengkatalisis reaksi itu adalah fosfofruktokinase.

Fosfofruktokinase adalah tetramer yang mengikuti aturan alosterik.

Enzim dalam reaksi ini menyebabkan jika kadar ATP tinggi mka akan

menghambat laju reaksi, dan kadar ATP rendah maka meningkatkan laju

reaksi. Akibatnya, ketika di sel terdapat kadar ATP tinggi maka banyak

energi kimia diperoleh dari hidrolisis ATP. Sel tidak perlu memetabolisme

glukosa untuk energi, sehingga kehadiran ATP menghambat jalur glikolitik.

Fruktosa-6-fosfat + ATP Fruktosa-1,6-bisfosfat + ADP.

Tahap 4. Reaksi pembelahan fruktosa-6-bisfosfat menjadi dua molekul yakni

Gliseraldehida-3-fosfat dan Dihidroksiaseton fosfat. Enzim yang

mengkatalisis reaksi ini adalah aldolase.

Fruktosa-6-bisfosfat → Gliseraldehida-3-fosfat + Dihidroksiaseton fosfat.

Tahap 5. Reaksi isomerisasi dari Dihroksiaseton fosfat menjadi Gliseraldehida-3-

fosfat. Enzim yang mengkatalisis reaksi ini adalah Triosafosfat isomerase.

Molekul Gliseraldehida-3-fosfat diproduksi dengan reaksi menggunakan

enzim Aldolase, sedangkan Gliseraldehida-3fosfat dihasilkan dari reaksi

yang menggunakan enzim Triosafosfat isomerase. Molekul awal glukosa

yang berisi enam atom karbon, kini telah diubah menjadi dua molekul

gliseraldehida-3-fosfat, yang masing-masing berisi tiga atom karbon.

Dihroksiaseton fosfat Gliseraldehida-3-fosfat.

OH

O

OP

O

OHOH

OP

O

OHOH

OH

O

O

OH

O

OH

PO

O-

O-O

PO

O-

O-

Fruktosa-1,6-bisfosfat

gliseraldehida-3-fosfat

Dihidroksiaseton fosfat

OP

O

OHOH

OH

O

OP

O

OHOH

OH

O

Dihidroksiaseton fosfat gliseraldehida-3-fosfat

Fosfofructokinase

Mg2+

Fruktosa-6-fosfat +

OHOH

O N

N

N N

NH2

OP

O

O

OH

PO

O

OHP

OH

O

ATP

O

OH

OHO

OH

PO

O-

O-

O

OH

O

OH

PO

O-

O-O

PO

O-

O-

O N

N

N NOHOH

OP

O

O

OH

P

O

OH NH2

OH

+

Fruktosa-1,6-bisfosfat ADP

Aldolase

Triosafosfat isomerase

Triosafosfat isomerase

BIO

KIM

IA P

AN

GA

N D

AS

AR

OLE

H A

UN

G S

UM

BO

NO

ST

KIP

MU

HA

MM

AD

IYA

H S

OR

ON

G P

AP

UA

BA

RA

T

Tahap 6. Reaksi oksidasi dan fosforilisai dari Gliseraldehida-3-fosfat menjadi 1,3-

bisfofogliserat. Enzim yang mengkatalisis perubahan Gliseraldehida-3-

fosfat menjadi 1,3-bisphosfogliserat adalah Gliseraldehida-3-fosfat

dehidrogenase. Reaksi ini merupakan suatu reaksi berkarakteristik berbeda

dalam glikolisis. Reaksi ini menyertakan penambahan gugus fosfat pada

Gliseraldehid-3-fosfat serta reaksi transfer elektron, dari gliseraldehida-3-

fosfat ke NAD+. Penjelasan reaksi ini secara sederhana dapat di bagi

menjadi dua penjelasan. Satu bagian merupakan reaksi oksidasi dari

aldehida ke gugus asam karboksilat, di mana air dapat dianggap berperan

dalam reaksi.

RCHO + H2O → RCOOH + 2H+ + 2e

–

Satu bagian reaksi lain yakni reaksi reduksi adalah NAD+ menjadi NADH

NAD+ + 2H

+ + 2e

– → NADH + H

+

Reaksi redoks keseluruhan yakni:

RCHO + H2O + NAD+ → RCOOH + H

+ + NADH

dimana R masing-masing menunjukkan bagian-bagian dari molekul selain

aldehida dan gugus asam karboksilat. Reaksi keseluruhan, termasuk transfer

elektron dan fosforilasi, adalah

Gliseraldehida-3-fosfat + NAD+ + P → 1,3-bisfofogliserat + NADH + H

+

Dua tahapan reaksi yang membentuk reaksi ini yakni

Energi yang dihasilkan ∆G°´= - 43.1 kJ mol–1

= –10.3 kcal mol–1

)

Energi yang dihasilkan ∆G°= 49.3 kJ mol–1

= 11.8 kcal mol–1

OP

O

OHOH

OH

O

gliseraldehida-3-fosfat

+ O-P

O

OHO-

N+

OHOH

OP

O

O-

O

N

NN

NOO

PO

O-

NH2

O

OH OH

NH2

+

NAD+ (Nikotinamide

adenine dinukleotide +)

Gugus fosfat

OP

O

OH

OO-

PO

O-

O

O-

O-

1,3-bisfofogliserat

+ N

OHOH

OP

O

O-

O

N

NN

NOO

PO

O-

NH2

O

OH OH

NH2

NADH

H+ +

O

OH

OP

O

O-O-

N+

OHOH

OP

O

O-

O

N

NN

NOO

PO

O-

NH2

O

OH OH

NH2

HO

H

O

OH

OP

O

O-O-

O-

N

OHOH

OP

O

O-

O

N

NN

NOO

PO

O-

NH2

O

OH OH

NH2

2H+ + + + +

Gliseraldehid-3-fosfat

NAD+

3-Fosfogliserat NADH

H2O

O

OH

OP

O

O-O-

O-

3-Fosfogliserat

OHP

O

O-O-

H+

+ + O

OH

OP

O

O-O-

O

PO

O-

O-

HO

H +

Pi

1,3-bisfosfogliserat

H2O

BIO

KIM

IA P

AN

GA

N D

AS

AR

OLE

H A

UN

G S

UM

BO

NO

ST

KIP

MU

HA

MM

AD

IYA

H S

OR

ON

G P

AP

UA

BA

RA

T

Tahap 7. Reaksi transfer gugus fosfat dari 1,3-bisfofogliserat menjadi 3-fosfogliserat.

Langkah selanjutnya adalah salah satu dari dua reaksi yang diproduksi ATP

dari reaksi fosforilasi ADP. Enzim yang mengkatalisis reaksi ini adalah

fosfogliserat-kinase. Dalam langkah ini, gugus fosfat ditransfer dari 1,3-

bisfosfogliserat ke molekul ADP menghasilkan ATP. Transfer ini khas dari

reaksi fosforilasi pada tingkat substrat. Hal ini berbeda dengan fosforilasi

oksidatif. Reaksi ini menghasilkan -49,3 KJ mol-1

.

1,3-bisfofogliserat + ADP 3-fosfogliserat + ATP.

Tahap 8. Reaksi isomerisasi dari 3-fosfogliserat menjadi 2-fosfogliserat. Gugus

fosfat ditransfer dari senyawa berkarbon 3 menjadi senyawa berkarbon 2

dari rantai asam gliserat, persamaan reaksi rantai untuk reaksi tersebut

adalah:

3-fosfogliserat 2-fosfogliserat

Tahap. 9. Reaksi dehidrasi 2-fosfogliserat menjadi Fosfoenolpiruvat.

Molekul 2-fosfogliserat melepaskan satu molekul air, menghasilakan

fosfoenol-piruvat. Reaksi ini tidak melibatkan transfer elektron. Reaksi ini

disebut reaksi dehidrasi. Enzim yang mengkatalisis reaksi ini adalah

Enolase. Reaksi membutuhkan Mg2+

sebagai kofaktor. Molekul air yang

dilepas mengikat Mg2+

.

2-fosfogliserat Fosfoenolpiruvat + H2O

Tahap 10. Reaksi transfer gugus fungsi fosfat dari Fosfoenolpiruvat menjadi Piruvat.

OP

O

OH

OO-

PO

O-

O

O-

O-

O N

N

N NOHOH

OP

O

O

OH

P

O

OH NH2

OH

+ + OHOH

O N

N

N N

NH2

OP

O

O

OH

PO

O

OHP

OH

O

1,3-bisfofogliserat ADP 3-fosfogliserat

ATP

O-

O

OH

O P

O-O-

O

fosfogliserat-kinase

Mg2+

Mg2+

Fosfogliseromutase

Mg2+

Enolase

O-

O

OH

O P

O-O-

O

O-

O

O

OH

P

O- O

O-

Mg2+

Fosfogliseromutase

3-fosfogliserat 2-fosfogliserat

O-

O

O

OH

P

O- O

O-

O-

O

O P

O- O

O-

HO

H

2-fosfogliserat Fosfoenolpiruvat

H2O +

Mg2+

Enolase

BIO

KIM

IA P

AN

GA

N D

AS

AR

OLE

H A

UN

G S

UM

BO

NO

ST

KIP

MU

HA

MM

AD

IYA

H S

OR

ON

G P

AP

UA

BA

RA

T

Reaksi ini melibatkan penggeseran ikatan rangkap ke oksigen pada

karbon 2 dan hidrogen bergeser ke karbon 3. fosfoenolpiruvat adalah

senyawa yang memiliki energi tinggi dengan mentransfer gugus fosfat

potensial tinggi. Reaksi yang terjadi pada langkah ini dapat dianggap

sebagai jumlah dari hidrolisis Fosfoenolpiruvat dan fosforilasi ADP.

Reaksi ini merupakan contoh lain dari fosforilasi tingkat substrat.

Fosfoenolpiruvat + ADP Piruvat + ATP

Enzim yang mengkatalisis reaksi ini adalah Piruvat kinase. Enzim ini

merupakan alosterik yang terdiri dari empat subunit dari dua jenis yang

berbeda. Piruvat kinase dapat dihambat oleh ATP. Penghambatan Piruvat

kinase oleh ATP merupakan suatu kontrol pembentukan Piruvat berlebih.

Ketika konsentrasi piruvat sudah tinggi maka ATP akan menghambat

kerja dari enzim piruvat kinase sehingga proses reaksi dari

fosfoenolpiruvat menjadi piruvat menjadi malambat. Dengan kata lain,

maka pembentukan ATP dalam proses ini juga akan ikut lambat.

Karbohidrat dalam tubuh manusia pada keadaan berlebih akan disimpan

dalam bentuk senyawa polimer karbohidrat. Senyawa polimer karbohidrat yang

disimpan dalam tubuh disebut glikogen. Senyawa glikogen disimpan dalam hati dan

otot. Senyawa glikogen hampir mirip dengan senyawa polimer karbohidrat yang ada

di tumbuhan yakni senyawa pati. Perbedaan senyawa glikogen dengan senyawa pati

terletak pada percabangannya. Senyawa glikogen memiliki percabangan yakni terikat

dengan ikatan glikosidik 1-6. Degredasi cabang polimer glikogen dapat terjadi secara

bersamaan pada sejumlah ujung cabang polimer. Bentuk percabangan seperti itu

membuat polimer glikogen dapat mudah digunakan pada saat tubuh membutuhkan

untuk metabolisme. Hal ini, dapat memenuhi kebutuhan tubuh akan energi dalam

waktu yang singkat.

Degredasi glikogen dalam hati diakibatkan karena kadar glukosa rendah

dalam darah. Glikogen yang terdegredasi dengan cara dihidrolisis dari hati akan

membentuk glukosa-6-fosfat. Senyawa Glukosa-6-fosfat selanjutnya menuju darah.

Sedangkan glikogen yang berada dalam otot akan dilepas memasuli jalur

metabolisme glikolitik. Hal ini berbeda dengan glikogen yang berada dalam hati.

Reaksi yang terjadi pada perubahan glikogen menjadi glukosa-6-fosfat yakni

sebanyak 3 reaksi. Reaksi pertama adalah masing-masing glukosa dipecah dari

glikogen dan bereaksi dengan fosfat untuk membentuk senyawa glukosa-6-fosfat.

Enzim yang mengkatalisis pada reaksi pertama ini adalah glikogen fosforilase.

O-

O

O P

O- O

O-

Fosfoenolpiruvat

Mg2+

Firuvat kinase

Mg2+

Piruvat kinase

O-

O

O

Piruvat

+ OHOH

O N

N

N N

NH2

OP

O

O

OH

PO

O

OHP

OH

O

ATP

BIO

KIM

IA P

AN

GA

N D

AS

AR

OLE

H A

UN

G S

UM

BO

NO

ST

KIP

MU

HA

MM

AD

IYA

H S

OR

ON

G P

AP

UA

BA

RA

T

Dalam reaksi kedua, glukosa-1-fosfat berubah membentuk menjadi isomer

glukosa-6-fosfat. Rincian lengkap glikogen juga memerlukan reaksi untuk

menghidrolisis ikatan glikosidik bukan cabang dari glukosa pada titik-titik cabang

dalam struktur glikogen. Enzim yang mengkatalisis reaksi kedua adalah

fosfoglukomutase.

Glikogen + Pi ↔ Glukosa-1-fosfat + glikogen sisa-fosfoglukomutase

glukosa-1-fosfat ↔ Glukosa-6-fosfat.

Enzim glikogen fosforilase memutuskan ikatan α (1→4) pada glikogen. Penguraian

secara lengkap glikogen membutuhkan enzim yang mampu memutuskan ikatan

bukan cabang yakni dengan cara mendegradasi ikatan α (1→6).

Pembentukan glikogen dari glukosa tidak pembalikan yang tepat dari

pemecahan glikogen menjadi glukosa. Sintesis glikogen membutuhkan energi, yang

disediakan oleh hidrolisis trifosfat nukleosida, UTP. Tahap pertama dari sintesis

glikogen yakni glukosa-1-fosfat (yang diperoleh dari glukosa-6-fosfat pada reaksi

isomerisasi) bereaksi dengan ATP untuk menghasilkan glukosa uridin difosfat (UDP-

glukosa atau UDPG) dan pirofosfat (PPi). Enzim yang mengkatalisis reaksi ini

adalah UDP-glukosa pirofosforilase. Proses itu merupakan pertukaran satu ikatan

fosfat anhidrida dengan senyawa lain. Proses itu juga menimbulkan ikatan fosfat

anhidrida yang memiliki energi bebas tinggi berubah menjadi berenergi mendekati

nol. Pelepasan energi tersebut timbul pada saat enzim anorganik Pirofosfatase

mengkatalisis hidrolisis pirofosfat menjadi dua fosfat. Pasokan UTP diisi kembali

oleh reaksi pertukaran dengan ATP, yang dikatalisasi oleh Nucleoside fosfat kinase.

Persamaan reaksi dapat ditulis sebagai berikut:

UDP + ATP → UTP + ADP

Reaksi pertukaran ikatan ini membuat hidrolisis setiap trifosfat nukleosida memiliki

energi yang setara dengan hidrolisis ATP.

OH

OH

OH

O O

n

+ P

O

O-

O-OH

OH

OH

OH

O P O-

O

O-OH

Glikogen Ion fosfat Glikosa-1-fosfat

OH

OH

OH

O O

n

+

Glikogen sisa

OH

OH

OH

O P O-

O

O-OH

OH

OH

OH

O P O-

O

O-

OH

Glikosa-1-fosfat

Glikosa-6-fosfat

BIO

KIM

IA P

AN

GA

N D

AS

AR

OLE

H A

UN

G S

UM

BO

NO

ST

KIP

MU

HA

MM

AD

IYA

H S

OR

ON

G P

AP

UA

BA

RA

T