Karbohidrat struktur kimia, klasifikasi dan fungsi



itu karbohidrat, Karbohidrat atau sakarida, adalah molekul organik yang menyimpan energi pada makhluk hidup. Mereka adalah biomolekul paling melimpah dan meliputi: gula, pati dan selulosa, di antara senyawa lain yang ditemukan dalam organisme hidup.

Organisme yang melakukan fotosintesis (tanaman, ganggang dan beberapa bakteri) adalah produsen utama karbohidrat di alam. Struktur sakarida ini dapat linier atau bercabang, sederhana atau majemuk dan juga dapat dikaitkan dengan biomolekul jenis lain.

Misalnya, karbohidrat dapat mengikat protein untuk membentuk glikoprotein. Mereka juga dapat dikaitkan dengan molekul lipid, membentuk glikolipid, biomolekul yang membentuk struktur membran biologis. Karbohidrat juga hadir dalam struktur asam nukleat.

Awalnya, karbohidrat diakui sebagai molekul penyimpan energi seluler. Selanjutnya, fungsi penting lainnya yang dipenuhi karbohidrat dalam sistem biologis ditentukan.

Semua makhluk hidup memiliki sel-sel mereka ditutupi oleh lapisan karbohidrat kompleks yang padat. Karbohidrat terdiri dari monosakarida, molekul kecil yang dibentuk oleh tiga hingga sembilan atom karbon yang melekat pada gugus hidroksil (-OH), yang dapat bervariasi dalam ukuran dan konfigurasi.

Sifat penting karbohidrat adalah keragaman struktural yang luar biasa di dalam kelas molekul ini, yang memungkinkan mereka melakukan berbagai fungsi seperti menghasilkan molekul pensinyalan sel, membentuk jaringan, dan menghasilkan identitas berbagai golongan darah pada manusia..

Demikian juga, matriks ekstraseluler pada eukariota yang lebih tinggi kaya akan karbohidrat yang disekresi, penting untuk kelangsungan hidup dan komunikasi sel. Mekanisme pengenalan sel ini dimanfaatkan oleh berbagai patogen untuk menginfeksi sel inang mereka.

Monosakarida dapat dihubungkan oleh hubungan glikosidik untuk membentuk berbagai macam karbohidrat: disakarida, oligosakarida dan polisakarida. Studi tentang struktur dan fungsi karbohidrat dalam sistem biologis disebut glikobiologi.

Indeks

  • 1 Struktur kimia
  • 2 Klasifikasi
    • 2.1 Monosakarida
    • 2.2 Disakarida
    • 2.3 Oligosakarida 
    • 2.4 Polisakarida
  • 3 Fungsi
  • 4 Makanan yang mengandung karbohidrat
    • 4.1 Pati
    • 4.2 Buah dan sayuran
    • 4.3 Susu
    • 4.4 Permen
  • 5 Metabolisme karbohidrat
  • 6 Referensi

Struktur kimia

Karbohidrat terdiri dari atom karbon, hidrogen, dan oksigen. Sebagian besar dari ini dapat direpresentasikan oleh rumus empiris (CH2O) n, di mana n adalah jumlah karbon dalam molekul. Dengan kata lain, perbandingan karbon, hidrogen, dan oksigen adalah 1: 2: 1 dalam molekul karbohidrat.

Formula ini menjelaskan asal usul istilah "karbohidrat" karena komponennya adalah atom karbon ("carbo") dan atom air (oleh karena itu, "hidrat"). Meskipun karbohidrat dibentuk terutama oleh tiga atom ini, ada beberapa karbohidrat dengan nitrogen, fosfor atau sulfur.

Dalam bentuk dasarnya, karbohidrat adalah gula sederhana atau monosakarida. Gula sederhana ini dapat digabungkan bersama untuk membentuk karbohidrat yang lebih kompleks.

Kombinasi dua gula sederhana adalah disakarida. Oligosakarida mengandung antara dua hingga sepuluh gula sederhana, dan polisakarida adalah karbohidrat terbesar, terdiri dari lebih dari sepuluh unit monosakarida.

Struktur karbohidrat menentukan bagaimana energi disimpan dalam ikatannya selama pembentukannya melalui fotosintesis, dan juga bagaimana ikatan ini terputus selama respirasi sel.

Klasifikasi

Monosakarida

Monosakarida adalah unit dasar karbohidrat, itulah sebabnya mereka adalah struktur sakarida yang paling sederhana. Secara fisik, monosakarida adalah padatan kristal tanpa warna. Sebagian besar memiliki rasa manis.

Dari sudut pandang kimia, monosakarida dapat berupa aldehida atau keton, tergantung pada di mana gugus karbonil (C = O) terletak di karbohidrat linier. Secara struktural, monosakarida dapat membentuk rantai linear atau cincin tertutup.

Karena monosakarida memiliki gugus hidroksil, sebagian besar larut dalam air dan tidak larut dalam pelarut non-polar.

Bergantung pada jumlah karbon yang Anda miliki dalam struktur Anda, monosakarida akan memiliki nama yang berbeda, misalnya: triose (jika Anda memiliki 3 atom C), pentose (jika Anda memiliki 5C) dan seterusnya.

Disakarida

Disakarida adalah gula ganda yang terbentuk dengan menggabungkan dua monosakarida dalam proses kimia yang disebut sintesis dehidrasi, karena molekul air hilang selama reaksi. Ini juga dikenal sebagai reaksi kondensasi.

Dengan demikian, disakarida adalah zat apa pun yang terdiri dari dua molekul gula sederhana (monosakarida) yang dihubungkan bersama melalui ikatan glikosidik..

Asam memiliki kemampuan untuk memutuskan ikatan ini, karena alasan ini, disakarida dapat dicerna dalam perut.

Disakarida umumnya larut dalam air dan manis ketika tertelan. Tiga disakarida utama adalah sukrosa, laktosa dan maltosa: sukrosa berasal dari pengikatan glukosa dan fruktosa; laktosa berasal dari penyatuan glukosa dan galaktosa; dan maltosa berasal dari penyatuan dua molekul glukosa.

Oligosakarida

Oligosakarida adalah polimer kompleks yang dibentuk oleh beberapa unit gula sederhana, yaitu antara 3 hingga 9 monosakarida.

Reaksinya sama dengan yang membentuk disakarida, tetapi juga berasal dari pemecahan molekul gula yang lebih kompleks (polisakarida).

Kebanyakan oligosakarida ditemukan pada tanaman dan bertindak sebagai serat larut, yang dapat membantu mencegah sembelit. Namun, manusia tidak memiliki enzim untuk mencernanya sebagian besar, kecuali untuk maltotriosa.

Untuk alasan ini, oligosakarida yang tidak dicerna pada awalnya di usus kecil dapat terdegradasi oleh bakteri yang biasanya menghuni usus besar melalui proses fermentasi. Prebiotik memenuhi fungsi ini, berfungsi sebagai makanan bagi bakteri menguntungkan.

Polisakarida

Polisakarida adalah polimer sakarida terbesar, mereka dibentuk oleh lebih dari 10 (hingga ribuan) unit monosakarida yang disusun secara linier atau bercabang. Variasi dalam penataan ruang inilah yang memberi banyak sifat pada gula ini.

Polisakarida dapat terdiri dari monosakarida yang sama atau dengan kombinasi monosakarida yang berbeda. Jika mereka dibentuk oleh unit berulang gula yang sama, mereka disebut homopolysaccharides, seperti glikogen dan pati, yang masing-masing merupakan karbohidrat penyimpanan hewan dan tumbuhan..

Jika polisakarida terdiri dari unit gula yang berbeda mereka disebut heteropolysaccharides. Sebagian besar hanya mengandung dua unit yang berbeda dan biasanya dikaitkan dengan protein (glikoprotein, seperti gamma globulin dalam plasma darah) atau lipid (glikolipid, seperti gangliosida).

Fungsi

Empat fungsi utama karbohidrat adalah: menyediakan energi, menyimpan energi, membangun makromolekul dan mencegah degradasi protein dan lemak.

Karbohidrat terdegradasi oleh pencernaan dalam gula sederhana. Ini diserap oleh sel-sel usus kecil dan diangkut ke semua sel tubuh di mana mereka akan teroksidasi untuk energi dalam bentuk adenosin trifosfat (ATP).

Molekul gula yang tidak digunakan dalam produksi energi pada waktu tertentu, disimpan sebagai bagian dari polimer cadangan seperti glikogen dan pati.

Nukleotida, unit dasar asam nukleat, memiliki molekul glukosa dalam strukturnya. Beberapa protein penting dihubungkan dengan molekul karbohidrat, misalnya: follicle stimulating hormone (FSH) yang mengintervensi proses ovulasi..

Karena karbohidrat adalah sumber utama energi, degradasi yang cepat mencegah biomolekul lain terdegradasi untuk mendapatkan energi. Jadi, ketika kadar gula normal, protein dan lipid dilindungi dari degradasi.

Beberapa karbohidrat larut dalam air, mereka berfungsi sebagai makanan pokok di seluruh dunia, dan oksidasi molekul-molekul ini adalah sumber utama produksi energi di sebagian besar sel non-fotosintesis..

Karbohidrat yang tidak larut berhubungan dengan pembentukan struktur yang lebih kompleks yang berfungsi sebagai perlindungan. Sebagai contoh: selulosa membentuk dinding sel tanaman bersama dengan hemiselulosa dan pektin. Kitin membentuk dinding sel jamur dan exoskeleton dari arthropoda.

Juga, peptidoglikan membentuk dinding sel bakteri dan cyanobacteria. Jaringan ikat hewan dan sendi tulang dibentuk oleh polisakarida.

Banyak karbohidrat terikat secara kovalen dengan protein atau lipid, membentuk struktur yang lebih kompleks, secara kolektif disebut glikokonjugat. Kompleks ini bertindak sebagai label yang menentukan lokasi intraseluler atau nasib metabolisme molekul-molekul ini

Makanan yang mengandung karbohidrat

Karbohidrat adalah komponen penting dari diet sehat, karena mereka adalah sumber energi utama. Namun, beberapa makanan memiliki karbohidrat sehat yang menawarkan nutrisi dalam jumlah lebih besar, misalnya:

Pati

Makanan yang mengandung pati adalah sumber utama karbohidrat. Pati ini pada umumnya adalah karbohidrat kompleks, artinya, mereka dibentuk oleh banyak gula yang bergabung bersama membentuk rantai molekul yang panjang. Karena alasan ini, pati membutuhkan waktu lebih lama untuk dicerna.

Ada berbagai macam makanan yang mengandung pati. Biji-bijian termasuk makanan dengan kandungan pati tinggi, misalnya: kacang, lentil dan nasi. Sereal juga mengandung karbohidrat ini, misalnya: gandum, gandum, gandum dan turunannya (tepung dan pasta) .

Kacang-kacangan dan kacang-kacangan juga mengandung karbohidrat dalam bentuk pati. Selain itu, sayuran seperti: kentang, ubi, jagung, dan labu juga kaya akan kandungan pati.

Penting untuk dicatat bahwa banyak karbohidrat adalah sumber serat. Artinya, serat pada dasarnya adalah jenis karbohidrat yang hanya bisa dicerna tubuh sebagian.

Mirip dengan karbohidrat kompleks, serat karbohidrat cenderung dicerna secara perlahan.

Buah dan sayuran

Buah dan sayuran memiliki kandungan karbohidrat yang tinggi. Berbeda dengan pati, buah dan sayuran mengandung karbohidrat sederhana, yaitu karbohidrat dengan satu atau dua sakarida yang dihubungkan bersama.

Karbohidrat ini, karena sederhana dalam struktur molekulnya, dicerna lebih mudah dan lebih cepat daripada yang kompleks. Ini memberikan gambaran tentang berbagai tingkat dan jenis karbohidrat yang dimiliki makanan.

Dengan demikian, beberapa buah-buahan memiliki lebih banyak konten karbohidrat per porsi, misalnya, pisang, apel, jeruk, melon dan anggur memiliki lebih banyak karbohidrat beberapa sayuran seperti bayam, brokoli dan kale, wortel, jamur dan terong.

Susu

Mirip dengan sayuran dan buah-buahan, produk susu adalah makanan yang mengandung karbohidrat sederhana. Susu memiliki gula sendiri yang disebut laktosa, disakarida yang rasanya manis. Satu cangkir ini sama dengan sekitar 12 gram karbohidrat.

Ada banyak versi susu dan yogurt di pasaran. Terlepas dari apakah Anda mengonsumsi versi penuh atau berkurang lemak dari produk susu tertentu, jumlah karbohidrat akan sama.

Permen

Permen adalah sumber karbohidrat yang terkenal. Ini termasuk gula, madu, permen, minuman buatan, kue, es krim, di antara banyak makanan penutup lainnya. Semua produk ini mengandung gula konsentrasi tinggi.

Untuk bagiannya, beberapa makanan olahan dan olahan mengandung karbohidrat kompleks, misalnya: roti, nasi dan pasta putih. Penting untuk dicatat bahwa karbohidrat olahan tidak bergizi seperti karbohidrat yang dimiliki buah dan sayuran.

Metabolisme karbohidrat

Metabolisme karbohidrat adalah serangkaian reaksi metabolik yang melibatkan pembentukan, degradasi, dan konversi karbohidrat dalam sel..

Metabolisme karbohidrat sangat dilestarikan dan dapat diamati bahkan dari bakteri, contoh utama adalah Lac Operon. E. coli.

Karbohidrat penting dalam banyak jalur metabolisme seperti fotosintesis, reaksi pembentukan karbohidrat yang paling penting di alam..

Dari karbon dioksida dan air, tanaman menggunakan energi matahari untuk mensintesis molekul karbohidrat.

Sementara itu, sel hewan dan jamur memecah karbohidrat, dikonsumsi dalam jaringan tanaman, untuk energi dalam bentuk ATP oleh proses yang disebut pernapasan sel.

Pada vertebrata, glukosa diangkut ke seluruh tubuh melalui darah. Jika simpanan energi seluler rendah, glukosa terdegradasi oleh reaksi metabolisme yang disebut glikolisis untuk menghasilkan sedikit energi dan beberapa perantara metabolisme.

Molekul glukosa yang tidak diperlukan untuk produksi energi langsung disimpan sebagai glikogen di hati dan otot, melalui proses yang disebut glikogenesis.

Beberapa karbohidrat sederhana memiliki jalur degradasi sendiri, seperti beberapa karbohidrat yang lebih kompleks. Laktosa, misalnya, membutuhkan aksi enzim laktase yang memutus ikatannya dan melepaskan monosakarida fundamentalnya, glukosa dan galaktosa.

Glukosa adalah karbohidrat utama yang dikonsumsi oleh sel, yang merupakan sekitar 80% dari sumber energi.

Glukosa didistribusikan ke sel, di mana ia dapat masuk melalui transporter spesifik untuk didegradasi atau disimpan sebagai glikogen.

Tergantung pada kebutuhan metabolik sel, glukosa juga dapat digunakan untuk mensintesis monosakarida lainnya, asam lemak, asam nukleat dan asam amino tertentu.

Fungsi utama metabolisme karbohidrat adalah untuk mempertahankan kontrol kadar gula darah, inilah yang dikenal sebagai homeostasis internal..

Referensi

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Biologi Molekuler Sel (Ed. 6). Ilmu Garland.
  2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biokimia (Edisi ke-8). W. H. Freeman dan Perusahaan.
  3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biologi (2nd ed.) Pendidikan Pearson.
  4. Dashty, M. (2013). Sekilas tentang biokimia: Metabolisme karbohidrat. Biokimia Klinis, 46(15), 1339-1352.
  5. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Biologi Sel Molekuler (Edisi ke-8). W. H. Freeman dan Perusahaan.
  6. Maughan, R. (2009). Metabolisme karbohidrat. Operasi, 27(1), 6-10.
  7. Nelson, D., Cox, M. & Lehninger, A. (2013). Prinsip Lehninger Biokimia (6th). W.H. Freeman dan Perusahaan.
  8. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biologi (Ed. 7). Cengage Learning.
  9. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Dasar-dasar Biokimia: Kehidupan di Tingkat Molekul (Edisi ke-5). Wiley.