Monosakarida dan Penentuan Stereokimia

Monosakarida

1. Pengertian Monosakarida 

Satuan karbohidrat yang paling sederhana dengan rumus CnH2nOn dimana n = 3 – 8. Monosakarida sering disebut gula sederhana (simple sugars) adalah karbohidrat yang tidak dapat dihidrolisis menjadi bentuk yang lebih sederhana lagi. Molekulnya hanya terdiri atas beberapa atom karbon saja.

Monosakarida atau gula sederhana hanya terdiri atas satu unit polihidroksialdehida atau keton atau hanya terdiri atas satu molekul sakarida. Kerangka monosakarida adalah rantai karbon berikatan tunggal yang tidak bercabang. Satu diantara atom karbon berikatan ganda terhadap suatu atom oksigen membentuk gugus karbonil, masing-masing atom karbon lainnya berikatan dengan gugus hidroksil. Jika gugus karbonil berada pada ujung rantai karbon, monosakarida tersebut adalah suatu aldosa, dan jika gugus karbonil berada pada posisi lain, monosakarida tersebut adalah suatu ketosa.

        

2. 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

Monosakarida dapat dikelompokan menjadi beberapa golongan berdasarkan jumlah atom C yang terdapat di dalamnya.

1. Triosa

Triosa adalah monosakarida yang mengandung 3 atom C. Triosa dibedakan menjadi (1) aldotriosa (triosa yang mengandung gudus aldehid), misalnya gliseraldehid; dan ketotriosa (triosa yang mengandung gugus keton), misalnya dihidroksi keton. Triosa merupakan pecahan dari heksosa, memainkan peran penting pada metabolisme otot, dan dijumpai pada sel tumbuhan dan sel hewan.

2. Tetrosa

Tetrosa adalah monosakarida yang mengandung 4 atom C. Tetrosa dibedakan menjadi (1) aldotetrosa (tetrosa yang mengandung gudus aldehid), misalnya D-eritrosa dan D-treosa; dan ketotetrosa (tetrosa yang mengandung gugus keton), misalnya D-eritrulosa.

3. Pentosa

Pentosa adalah monosakarida yang mengandung 5 atom C. Pentosa dibedakan menjadi (1) aldopentosa (pentosa yang mengandung gudus aldehid), misalnya ribosa, deoksiribosa, arabinosa, lixosa, dan xilosa; dan

(2) ketopentosa (pentosa yang mengandung gugus keton), misalnya xilulosa. Ribosa terdapat di alam terikat sebagai asam ribonuklear (RNA) merupakan komponen setiap inti sel dan plasma sel. Deoksirinosa terdapat di alam terikat sebagai asam deoksiribonukleat (DNA) dan merupakan komponen setiap inti sel dan plasma sel. Arabinosa diperoleh dari proses hidrolisis gom Arab (salah satu produk getah/resin yang dihasilkan dari penyadapan getah pada batang tumbuhan legum/polong-polongan dengan nama ilmiah Acacia senegal). Gon Arab banyak dipakai dalam industri makanan dan digunakan sebagai campuran minuman untuk mengurangi tekanan permukaan (surface tension) air dan stabilizer. Lixosa diperoleh dari proses hidrolisis terhadap jerami atau kayu. Xilosa terdapat pada urine seseorang yang disebabkan oleh kelainan pada metabolisme karbohidrat. Kelainan seseorang sedemikian itu disebut pentosuria. Xilulosa terdapat pada buah ceri dan anggur.

4. Heksosa

Heksosa adalah monosakarida yang mengandung 6 atom C. Heksosa dibedakan menjadi

(1) aldoheksosa (heksosa yang mengandung gudus aldehid), misalnya glukosa, galaktosa, dan manosa; dan

(2) ketoheksosa (heksosa yang mengandung gugus keton), misalnya fruktosa.
Glukosa adalah jenis monosakarida yang paling banyak terdapat di alam. Glukosa umumnya dijumpai dalam buah-buahan yang masak (terutama anggur dan kurma) dan madu lebah. Glukosa terdapat juga dalam darah manusia, sehingga sering disebut gula darah. Darah manusia normal mengandung glukosa dalam konsentrasi yang konstan, yaitu antara 70-100 mg tiap 100 ml darah. Glukosa darah akan naik jika kita makan makanan yang bersumber karbohidrat, tetapi setelah 2 jam jumlah glukosa darah akan kembali pada keadaan semula, karena oleh hormon insulin (yang dihasilkan kelenjar pankreas) glukosa diubah menjadi glikogen. Jika kadar glukosa darah lebih besar dari 130 mg/100 ml, maka orang tersebut diindikasikan menderita penyakit diabetes melitus (kencing manis). Galaktosa di alam selalu terikat dengan molekul lain (tidak pernah sebagai galaktosa bebas), dibutuhkan tubuh untuk mensintesis laktosa dalam kelenjar susu, dan Merupakan komponen penting pada glikolipida yang terdapat di dalam otak dan di selaput mielin syaraf. Manosa sebagian terdapat bebas di alam dan sebagaian lagi terikat pada tumbuhan dan pada organisme hewan terdapat sebagai bagian dari glikoproteida dan sebagai substansi golongan darah. Fruktosa merupakan gula yang paling manis (rasa manisnya kurang lebih dua kali rasa manis glukosa), bersama-sama dengan glukosa merupakan komponen utama dari madu, dan dapat dibuat dengan menghidrolisis sakarosa (gula tebu) atau inulin.

Aldosa dan ketosa merupakan monosakarida (gula sederhana) yang dibedakan berdasarkan gugus yang dimilikinya. Suatu monosakarida dikatakan aldosa apabila memiliki gugus aldehida, dan dikatakan ketosa apabila memiliki gugus keton.

Aldehida dan keton sama-sama terdiri atas ikatan rangkap C=O. Pada aldehida ikatan C=O memiliki satu atom hidrogen yang terikat padanya, sedangkan keton ikatan C=O memiliki dua gugus hidrokarbon (C-H-O) yang terikat padanya.

Ada juga beberapa macam monosakarida yang penting diantaranya adalah glukosa, fruktosa, galaktosa dan pentosa.

1. Glukosa

Glukosa adalah suatu aldoheksose dan sering disebut dekstrosa karena mempunyai sifat dapat memutar cahaya terpolarisasi ke arah kanan. Di alam, glukosa terdapat dalam buah-buahan dan madu lebah. Darah manusia normal mengandung glukosa dalam jumlah atau konsentrasi yang tetap yaitu antara 70-100 mg tiap 100 ml darah. Glukosa darah ini dapat bertambah setelah kita makan makanan sumber karbohidrat namun kira-kira 2 jam setelah itu, jumlah glukosa darah akan kembali pada keadaan semula. Pada orang yang menderita diabetes mellitus atau kencing manis, jumlah glukosa darah lebih besar dari 130 mg per 100 ml darah.

Dalam alam glukosa dihasilkan dari reaksi antara karbondioksida dan air dengan batuan sinar matahari dan klorofil dalam daun. Proses ini disebut fotosintesis dan glukosa yang terbentuk terus digunakan untuk pembentukan amilum atau selulosa. Amilum terbentuk dari glukosa dengan jalan penggabungan molekul-molekul glukosa yang membentuk rantai lurus maupun bercabang dengan melepaskan molekul air.

2. Fruktosa

Fruktosa adalah suatu ketohektosa yang mempunyai sifat memutar cahaya terpolarisasi ke kiri dan karenanya disebut juga levulosa. Pada umumnya monosakarida dan disakarida mempunyai rasa manis. Fruktosa mempunyai rasa lebih manis dari pada glukosa, juga lebih manis dari pada gula tebu atau sukrosa. Fruktosa dapat dibedakan dari glukosa dengan pereaksi Seliwanoff, yaitu larutan resorsinol (1,3 dihidroksi-benzena) dalam asam HCl. Dengan pereaksi ini mula-mula fruktosa diubah menjadi hidroksimetilfurfural yang selanjutnya bereaksi dengan resersinol membentuk senyawa yang berwarna merah. Pereaksi Seliwanoff ini khas untuk menunjukkan adanya ketosa. Fruktosa berikatan dengan glukosa membentuk  sukrosa, yaitu gula yang biasa digunakan sehari-hari sebagai pemanis, yang berasal dari tebu dan bit.

3. Galaktosa

Monosakarida ini jarang terdapat bebas dalam alam. Umumnya berikatan dengan glukosa dalam bentuk laktosa yaitu gula yang terdapat dalam susu. Galaktosa mempunyai rasa kurang manis daripada glukosa dan kurang larut dalam air. Galaktosa mempunyai sifat memutar bidang cahaya terpolarisasi ke kanan.

Pada proses oksidasi oleh asam nitrat pekat dan dalam keadaan panas galaktosa menghasilkan asam musat yang kurang larut dalam air bila dibandingkan dengan asam sakarat yang dihasilkan oleh oksidasi glukosa. pembentukan asam musat ini dapat dijadikan cara identifikasi galaktosa, karena kristal asam musat mudah dimurnikan dan diketahui bentuk kristal maupun titik leburnya.

4. Pentosa

Beberapa pentosa yang penting di antaranya ialah arabinosa, xilosa, ribosa dan 2-deoksiribosa. Keempat pentosa ini adalah aldopentosa dan tidak terdapat dalam kedaan  bebas di alam. Arabinosa diperoleh dari gom arab dengan jalan hidrolisis, sedangkan xilosa diperoleh dari proses hidrolisis terhadap jerami atau kayu. Xilosa terdapat pada urine seseorang yang disebabkan oleh suatu kelainan pada metabolisme karbohidrat. Kondisi seseorang sedemikian itu disebut pentosuria. Ribosa dan deoksiribosa merupakan komponen dari molekul asam nukleat dan dapat diperoleh dengan cara hidrolisis. Dari rumusnya tampak bahwa deoksiribosa kekurangan satu atom oksigen dibanding dengan ribosa.

Penentuan stereokimia

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

STEREOKIMIA

Stereokimia: studi mengenai molekul-molekul dalam ruang tiga dimensi, yakni bagaimana atom-atom dalam sebuah molekul ditata dalam ruangan satu relatif terhadap yang lain.

Stereoisomer: senyawa berlainan yang mempunyai struktur sama, berbeda hanya dalam hal penataan atom-atom dalam ruangan

Isomer geometrik atau isomer cis-trans : stereoisomer yang berbeda karena gugus-gugus berada pada satu sisi atau pada sisi-sisi yang berlawanan terhadap letak ketegaran molekul

Konformasi : penataan atom atau gugus-gugus yang terikat oleh ikatan sigma dalam ruang secara berlainan akibat rotasi atom/ gugus tersebut mengelilingi ikatan tersebut.

Obyek apa saja yang tak dapat diimpitkan pada bayangan cerminnya dikatakan kiral, sebaliknya obyek yang dapat diimpitkan pada bayangan cerminnya disebut akiral.

•Sebuah molekul akiraldan molekul bayangan cerminnya yang dapat diimpitkan adalah yang sama, tetapi sebuah molekul kiraltidak dapat diimpitkan pada bayangannya cerminnya, merupakan dua senyawa berlainan yang disebut enantiomer.

•Atom karbon kiralatau atom karbon asimetrik: atom karbon yang mengikat empat gugus yang berlainan.

Proyeksi Fischer : rumus proyeksi untuk menunjukkan penataan ruang dari gugus-gugus disekitar atom kiral.

permasalahan :

1. Mengapa  Galaktosa mempunyai rasa kurang manis daripada glukosa dan kurang larut dalam air ?
2. Faktor apa saja yang mempengaruhi dalam Penentuan Stereokimia ?
3. Apa saja peran Glukosa dalam darah manusia?
4. Bagaimana cara membedaan glukosa dengan fruktosa ? jelaskan !