Monosakarida dan Penentuan Stereokimia

MONOSAKARIDA DAN PENENTUAN STEREOKIMIA

PENGERTIAN MONOSAKARIDA

Monosakarida (dari Bahasa Yunani mono: satu, sacchar: gula) adalah senyawa karbohidrat dalam bentuk gula yang tidak dapat dihidrolisis menjadi bentuk yang lebih sederhana. Beberapa monosakarida mempunyai rasa manis. Sifat umum dari monosakarida adalah larut air, tidak berwarna, dan berbentuk padat kristal. Contoh dari monosakarida adalah glukosa (dextrosa), fruktosa (levulosa), galactosa, xylosa danribosa. Monosakarida merupakan senyawa pembentuk disakarida (seperti sukrosa)  dan polisakarida (sepertiselulosa dan amilum).

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.

Monosakarida terdiri dari pentosa dan heksosa. Contoh pentosa antara lain adalah ribosa, deoksiribosa dan ribulosa. Adapun heksosa contohnya glukosa, galaktosa dan fruktosa. jumlah atom penyusunnya tersebut mempengaruhi pemanaan masing-masing monosakarida, yaitu :

1.      Gula tiga karbon (Triosa)

Senyawa ini merupakan zat antara yang penting dalam lintasan metabolik fotosintesis dan respirasi sel. Yang termasuk ke dalam golongan ini adalah gliseraldehid dan dihidroksiaseton.

2.      Gula empat karbon (Tetrosa)

Gula ini tidak banyak ditemui, walaupun beberapa bentuk berperan dalam proses fotosintesis dan respirasi.

3.      Gula lima karbon (Pentosa)

Senyawa ini sangat penting dalam fotosintesis dan respirasi. Dua jenis pentose (ribose dan deoksiribosa) juga membentuk unsure pembangun utama untuk asam nukleat, yang penting bagi semua kehidupan.

4.      Gula enam karbon (heksosa)

Gula ini sering ikut serta dalam tahap respirasi dan fotosintesis dan menjadi bangun utama dari banyak macam karohidrat lain termasuk pati dan selualosa. Kunci dari heksosa adalah glukosa dan fruktosa.

5.      Gula tujuh-karbon (heptosa)

Salah satu jens heptosa adalah zat antara dalam fotosintesis dan respirasi. Jika tidak dalam bentuk itu, gula ini jarang didapati.

Berikut rumus struktur monosakarida :

Sifat-Sifat monosakarida

1)      semua monosakarida zat padat putih, mudah larut dalam air.

2)      larutannya bersifat optis aktif.

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

4)      contoh larutan alfaglukosa yang baru dibuat mempunyai putaran jenis + 113` akhirnya tetap pada + 52,7`.

5)      umumnya disakarida memperlihatkan mutarrotasi, tetapi polisakarida tidak.

6)      semua monosakarida merupakan reduktor sehingga disebut gula pereduksi

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

Kelarutan

Monosakarida larut dalam air tetapi tidak larut dalam pelarut nonpolar, hal ini karena monosakarida memiliki komponen terluar tiap molekulnya yaitu atom O dan H yang bisa "menempel" dengan atom O dan H dari air. Atom O dari monosakarida menempel dengan atom H dari air, dan atom H dari monosakarida menempel dengan atom O dari air.

Pelarut organik hampir semuanya hanya memiliki komponen atom terluar berupa atom H, sehingga tidak bisa menempel dengan atom O dari monosakarida. Eter yang memiliki atom O, seluruh lengan elektronnya sudah berikatan kuat dengan atom C yang ada di sebelah kanan dan kirinya sehingga tidak bisa menempel dengan atom H yang ada di monosakarida.

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

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

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

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.

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

Namun para kimiawan sering menggambarkan struktur monosakarida siklik menggunakan proyeksi Haworth bukan proyeksi Fischer.

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 ~> 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.

PERMASALAHAN :

1.      Apa fungsi dari monosakarida dan berikan contoh klasifikasinya dalam kehidupan sehari-hari?

2.      mengapa semua monosakarida dikatakan sebagai gula pereduksi?

3.      Mengapa diantara monosakarida glukosa (aldosa) dan fruktosa (ketosa) adalah yang paling banyak terdapat dialam?

4.      Monosakarida larut dalam air tetapi tidak larut dalam pelarut nonpolar, mengapa demikian?