Makromolekul Pada Makhluk Hidup, (Air, Karbohidrat, Monosakarida, Oligosakarida, Polisakarida)

Makromolekul Pada Makhluk Hidup, Air, Karbohidrat, Monosakarida, Oligosakarida, Polisakarida

Makromolekul Pada Makhluk Hidup


Makromolekul atau molekul besar memiliki berat molekul berkisar seribu bahkan ratusan ribu. Molekul ini disusun molekul‐molekul kecil yang saling bergabung membentuk struktur yang sangat besar, dan sifat‐sifatnya berbeda dengan molekul‐molekul penyusunnya. Banyak senyawa yang dihasilkan dari proses metabolisme mahluk hidup, berupa makromolekul baik yang berbentuk polimer ataupun molekul besar yang memiliki struktur molekul yang kompleks. Molekul yang terdapat dalam makhluk hidup seringa juga disebut dengan Biomolekul.

Biomolekul merupakan senyawa yang tersusun dari atom karbon, oksigen, hidrogen, nitrogen, sulfur dan posfor. Unit terkecil dari organisme hidup adalah sel dimana di dalamnya terdapat biomolekul seperti: air, karbohidrat, protein, lipida dan asam nukleat serta deoksiribosa dan ribosa asam nukleat.

Air

Air merupakan senyawa yang paling melimpah di muka bumi memiliki rumus kimia H2O. Sebuah molekul air tersusun atas dua atom hidrogen yang terikat secara kovalen pada satu atom oksigen, perhatikan Gambar berikut.

Molekul Air dengan Orientasi ruang dan sudut ikatannya
Molekul Air dengan Orientasi ruang dan sudut ikatannya

Air bersifat tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau pada kondisi standar yaitu 1 atm dan 0 °C. Air merupakan suatu pelarut yang penting, yang memiliki kemampuan untuk melarutkan banyak zat kimia lainnya, seperti garam‐garam, gula, asam, beberapa jenis gas dan banyak macam molekul organik.

Air merupakan molekul yang spesifik, untuk molekul yang sejenis atau atom disekitar atom oksigen, seperti nitrogen, flor, dan Posfor, sulfur dan klor, jika berikatan dengan hidrogen membentuk senyawa dalam bentuk gas. Hidrogen berikatan dengan oksigen membentuk air dalam fasa cair, karena oksigen lebih bersifat elektronegatif daripada elemen‐elemen lain tersebut (kecuali flor).

Atom oksigen menarik elektron‐elektron ikatan jauh lebih kuat dari pada yang dilakukan oleh atom
hidrogen, sehingga kedua atom hidrogen bermuatan parsial positif (σ+) dan atom oksigen bermuatan parsial negatif (σ‐). Adanya muatan pada tiap‐tiap atom tersebut membuat molekul air memiliki momen dipol.

Gaya tarik‐menarik listrik antar molekul air ditimbulkan oleh dipol, hal membuat masing‐masing molekul saling berdekatan, dan sulit untuk dipisahkan. Gaya tarikmenarik ini disebut sebagai ikatan hidrogen.

Dalam ilmu fisika gaya tarik antar molekul sejenis dikatakan sebagai kohesi. Sedangkan adhesi gaya tarik menarik antar molekul yang berbeda jenisnya. Adanya kohesi juga menyebabkan tegangan permukaan air cukup besar. Hal ini dapat diamati jika kita meneteskan air pada permukaan yang tak dapat terbasahi atau terlarutkan, maka air tersebut akan berkumpul sebagai sebuah tetesan. Hal yang sama juga bisa kita amati bagaimana air di atas daun talas.

Pada kasus lain terjadi gaya adhesi yang sama kuatnya dengan gaya kohesinya. Hal ini dapat kita amati, jika kita letakkan air pada permukaan gelas yang amat bersih atau bepermukaan amat halus air dapat membentuk suatu lapisan tipis (thin film).

Dalam sel‐sel biologi dan organel‐organel, air bersentuhan dengan membran dan permukaan protein yang bersifat hidrofilik; yaitu, permukaan‐permukaan yang memiliki ketertarikan kuat terhadap air. Air juga berperan dalam pembentukan ikatan khususnya pada molekul‐molekul polimer.

Dengan adanya sifat polaritas dan mudah terionisasi, air dapat berinteraksi dan melarutkan banyak senyawa kimia sehingga air sering dikatakan sebagai pelarut universal. Kelarutan suatu zat dalam air ditentukan oleh kemampuan suatu zat untuk menandingi kekuatan gaya tarik‐menarik listrik (gaya intermolekul dipol‐dipol) antara molekul molekul air. Jika suatu zat tidak mampu menandingi gaya
tarik‐menarik antar molekul air, maka molekul‐molekul tersebut tidak larut dalam air dan tetap sebagai endapan.

Air berada dalam kesetimbangan dinamis antara fase cair dan padat di bawah tekanan dan temperatur standar. Air terionisasi menghasilkan sebuah ion hidrogen (H+) dan sebuah ion hidroksida (OH–).

Karbohidrat

Karbohidrat merupakan molekul yang banyak terdapat di alam. Pembentukan karbohidrat melalui proses fotosintesis dan merupakan sumber energi hayati dari hasil konversi energi matahari ke dalam bentuk energi kimia. Karbohidrat selain sebagai sumber utama energi organisme hidup, juga merupakan sumber karbon untuk sintesis biomolekul dan sebagai bentuk energi polimerik.

Karbohidrat berasal dari hidrat suatu karbon dengan rumus empiris Cx(H2O)y, merupakan polihidroksi‐aldehid (‐C=O) polihidroksi–keton (‐C‐C=O(COH) dan turunannya. Karbohidrat yang dibangun oleh polihdroksi dan gugus aldehid disebut dengan aldosa, sedangkan yang disusun oleh polihidroksi dan gugus keton dikenal dengan ketosa.

Molekul karbohidrat yang paling sederhana adalah polihidroksi aldehida dan polihidroksi keton yang
mempunyai tiga hingga enam atom karbon. Atom C memiliki kerangka tetrahedral yang membentuk sudut 105,9°, menyebabkan molekul karbohidrat cukup sulit berbentuk rantai lurus. Berdasarkan kerangka tetrahedral inilah, molekul polihidroksi ini lebih stabil dalam struktur siklik.

Klasifikasi Karbohidrat
Klasifikasi Karbohidrat

Karbohidrat sederhana dibangun oleh 5 (lima) atom C disebut dengan pentosa. Sedangkan yang dibangun oleh 6 (enam) atom C dikenal dengan heksosa. Selain dibentuk oleh sejumlah atom C yang mengandung gugus polihidroksi, strukturnya karbohidrat semakin kompleks dengan adanya atom karbon asimetri, yaitu atom karbon yang mengikat empat atom atau molekul yang berbeda pada struktur tetrahedralnya. 

Kehadiran C asimetri menyebabkan molekul karbohidrat bersifat optik aktif, yaitu mampu memutar bidang cahaya terpolarisasi. Pada karbohidrat juga dijumpai keisomeran optik, molekul‐molekul yang
komposisinya identik tetapi berbeda orientasinya dalam ruang dan keaktifan optiknya.

Karbohidrat yang paling sederhana ditemukan di alam mengandung tiga atom C disebut triosa. Jika dengan gugus aldehida dinamakan aldotriosa (HOCH2‐CHOHCHO) dan dan dengan gugus keton disebut dengan ketotriosa (HOCH2‐CO‐CH2OH).

Karbohidrat dapat berupa monosakarida atau gula sederhana atau berupa gabungan dari monosakarida yang dapat membentuk polisakarida dengan beberapa unit sampai beberapa ribu unit monosakarida. Atas dasar jumlah rantai monomernya maka karbohidrat dapat digolongkan menjadi tiga yaitu monosakarida, Oligosakarida dan polisakarida. Sebagai sumber energi utama bagi tubuh manusia, karbohidrat menyediakan energi sebesar 4 kalori atau 17 kilojoule per‐gramnya.

Pemecahan karbohidrat menghasilkan mono dan disakarida, terutama glukosa. Melalui proses glikolisis, glukosa segera terlibat dalam produksi adenosin tri phospat (ATP), pembawa energi sel.

Monosakarida

Monosakarida merupakan sakarida sederhana yang tidak dapat dihidrolisis menjadi satuan terkecil walaupun dalam suasana yang lunak sekalipun. Monosakarida paling sederhana adalah gliseraldehid atau aldotriosa dan isomerinya adalah dihidroksiaseton atau ketotriosa Kedua senyawa tersebut merupakan suatu triosa karena mengandung tiga atom karbon. Jadi suatu monosakarida, tidak hanya dapat dibedakan berdasarkan gugus‐gugus fungsionalnya melainkan juga dari jumlah atom karbonnya.

Monosakarida yang paling banyak ditemukan dalam tubuh organisme adalah monosakarida yang dibangun dengan 6 (enam) atom C yang dikenal sebagai Glukosa. Pada molekul ini terdapat lima gugus hidroksil dan satu gugus aldehid yang terikat pada atom karbon. Glukosa memiliki dua isomer yaitu manosa dan Galaktosa, perbedaan antara Glukosa dengan Manosa terletak pada gugus hidroksi pada atom C nomor 2. Demikian pula halnya perbedaan antara Glukosa dan Galaktosa terletak pada gugus hidroksinya, gugus OH disebelah kanan untuk galaktosa sedangkan glukosa terletak disebelah kiri.

Glukosa dengan rumus molekul C6H12O6, adalah monosakarida yang mengandung enam atom karbon. Glukosa merupakan polihidroksi aldehida (memiliki gugus CHO). Lima karbon dan satu oksigennya membentuk siklik yang disebut "cincin piranosa", bentuk siklik ini paling stabil untuk aldosa beratom karbon enam.

Glukosa dengan rumus molekul C6H12O6, adalah monosakarida yang mengandung enam atom karbon. Glukosa merupakan polihidroksi aldehida (memiliki gugus CHO). Lima karbon dan satu oksigennya membentuk siklik yang disebut "cincin piranosa", bentuk siklik ini paling stabil untuk aldosa beratom karbon enam.

Dalam cincin piranosa, atom karbon mengikat gugus samping hidroksil dan hidrogen kecuali untuk atom C no.5, yang terikat pada gugus CH2OH sebagai atom karbon nomor 6. Struktur cincin ini berada dalam kesetimbangan pada pH 7, struktur D‐Glukosa dalam bentuk cincin piranosa. Selain memiliki isomer, Glukosa juga memiliki enansiomer yaitu isomer cermin terhadap dirinya yaitu D‐glukosa dan L‐glukosa. Namun kenyataannya yang ditemukan pada organisme, hanya yang dalam bentuk D‐isomer. Dalam bentuk rantai lurus kita dapat dengan mudah membedakan Bentuk D atau L konformasi isomer pada karbon nomor 5 atau pada atom C asimetris. Notasi D berasal dari kata Dextro berarti kanan, dan notasi L berarti levo atau kiri, sebagai penanda digunakan gugus hidroksilnya.

Sedangkan pada cincin piranosa juga memiliki dua bentuk yang khas, yaitu posisi dari gugus hidroksil pada atom karbon pertama. Jika gugus hidroksil berposisi di bawah hidrogennya, maka disebut dengan bentuk α (alfa). Demikianpula sebaliknya jika gugus hidroksilnya berposisi di atas hidrogennya, disebut dengan bentuk β (beta). Glukosa di dalam air akan membentuk keseimbangan dalam dua bentuk, yaitu bentuk α ‐D–Glukosa dan β ‐ D–Glukosa, dengan komposisi 36 : 64. Proses perubahan dari α ‐D–Glukosa ke β ‐D–Glukosa atau sebaliknya disebut dengan disebut mutarotasi.

Glukosa merupakan sumber tenaga utama bagi makhluk hidup. Glukosa diserap ke dalam peredaran darah melalui saluran pencernaan. Sebagian glukosa ini kemudian langsung menjadi bahan bakar sel otak, sedangkan yang lainnya menuju hati dan otot, yang menyimpannya sebagai glikogen.

Glikogen merupakan sumber energi cadangan yang akan dikonversi kembali menjadi glukosa pada saat dibutuhkan kembali. Perombakan karbohidrat yang menghasilkan bentuk lain selain glukosa seperti: fruktosa dan galaktosa, akan diangkut ke hati, dan dikonversi atau diubah menjadi glukosa. Fruktosa merupakan monosakarida yang memiliki enam atom karbon merupakan isomer dari glukosa, namun memiliki gugus aldehid. Fruktosa terasa lebih manis dari glukosa dan banyak terdapat dalam buah‐buahan. Untuk membedakan struktur molekul glukosa dengan fruktosa.

Glukosa juga memiliki keunggulan yaitu tidak mudah bereaksi secara nonspesifik dengan gugus amino suatu protein dengan cara mereduksinya. Reaksi ini dikenal dengan glikosilasi yang dapat merusak fungsi berbagai enzim. Hal ini disebabkan karena glukosa berada dalam bentuk isomer siklik yang kurang reaktif. Beberapa dampak glikosilasi protein adalah komplikasi akut seperti diabetes, gagal ginjal, dan kerusakan saraf periferal.

Oligosakarida

Oligosakarida merupakan gabungan dari molekulmolekul monosakarida yang jumlahnya antara 2 (dua) sampai dengan 8 (delapan) molekul monosakarida. Sehingga oligosakarida dapat berupa disakarida, trisakarida dan lainnya. Oligosakarida secara eksperimen banyak dihasilkan dari proses hidrolisa polisakarida dan hanya beberapa oligosakarida yang secara alami terdapat di alam. Oligosakarida yang paling banyak digunakan dan terdapat di alam adalah bentuk disakarida seperti maltosa, laktosa dan sukrosa.

Sering terjadi salah kaprah dalam mengenal definisi gula, karena umumnya gula bagi masyarakat adalah gula pasir. Padahal gula pasir adalah suatu disakarida. Molekul disakarida yang disusun oleh dua molekul monosakarida yang dihubungkan oleh ikatan glikosida.

Ikatan glikosida terjadi dari kondensasi gugus hidroksil dua molekul monosakarida, yaitu berasal dari gugus hidroksil dari atom Carbon yang pertama dengan salah satu gugus hidroksil pada atom karbon
nomor 2, 4, atau 6, yang berasal dari monosakarida yang kedua.

Kita ambil contoh bagaimana sebuah α–D–Glukosa dan β–D–Glukosa membentuk disakarida, Pada kedua molekul ini ikatan glikosida atom karbon nomor 1 dari α‐ D‐glukosa dan atom karbon nomor 4 dari β‐Dglukosa lain. Ikatan yang terbentuk dinamakan ikatan 1 4 glikosida. Pembentukan ikatan glikosida merupakan jembatan oksigen yaitu R‐OR, reaksi ini juga selalu diikuti dengan pelepasan molekul air.

Disakarida yang banyak terdapat di alam seperti maltosa yang terbentuk dari 2 molekul glukosa melalui ikatan glikosida. Pada maltosa, jembatan oksigen terbentuk antara atom karbon nomor 1 dari D‐glukosa dan atom karbon nomor 4 dari D‐glukosa lain. Ikatan yang terbentuk dinamakan ikatan α (1→4) glikosida, secara lengkap dinyatakan dengan α‐D‐glukopiranosil (1→4) β‐Dglukopiranosa. Dalam bentuk sederhana Glc(α1→4β)Glc. Maltosa diperoleh dari hasil hidrolisa pati dan banyak dimanfaatkan sebagai pemanis.

Sukrosa (gula pasir) terbentuk dari satu molekul α‐D‐glukosa dan β‐D‐fruktosa, yaitu β‐D‐fruktofuranosil (2→1) α‐Dglukopiranosa atau Fru(α2↔1β)Glc. Sukrosa biasa diperoleh di alam sebagai gula tebu dan gula bit. Khususnya pada pada ekstrak gula dari bit, sukrosa tidak murni melainkan bercampur dengan oligosakarida yang lain seperti rafinosa dan stakiosa.

Secara alami, laktosa terdapat pada air susu dan sering disebut dengan gula susu. Molekul ini tersusun dari satu molekul D‐glukosa dan satu molekul D‐galaktosa melalui ikatan β(1→4) glikosidik, untuk struktur ikatannya. Laktosa yang terfermentasi akan berubah menjadi asam laktat. Dalam tubuh Laktosa dapat menstimulasi penyerapan kalsium.

Monosakarida dan oligosakarida serta poli alkohol lainnya umumnya memiliki rasa manis. Sukrosa memiliki rasa manis dan terasa nyaman di lidah kita, walaupun kita menggunakannya dalam konsentrasi tinggi. Berbeda dengan β–D mannosa memiliki terasa manis dan pahit. Sedangkan gentiobiosa memiliki rasa pahit.

Polisakarida

Polisakarida merupakan polimer yang disusun oleh rantai monosakarida. Berdasarkan fungsinya polisakarida dapat digolongkan menjadi dua bagian yaitu polisakarida struktural dan polisakarida nutrien.

Sebagai komponen struktural, polisakarida berperan sebagai pembangun dan penyusun komponen organel sel serta sebagai molekul pendukung intrasel. Polisakarida yang termasuk golongan ini adalah selulosa (ditemukan dalam dinding sel tanaman), kitin yang dibangun oleh turunan glukosa yaitu glukosamin diketemukan pada cangkang udang, kepiting dan lainnya.

Selulosa sebagai salah satu polisakarida struktural merupakan polimer yang tidak bercabang, terbentuk dari monomer β‐Dglukosa yang terikat bersama‐sama dengan ikatan β (1 → 4) glikosida. Jumlah rantai atau β‐D‐glukosa beraneka ragam, untuk beberapa jenis mencapai ribuan unit glukosa. Ikatan β (1→4) glikosida yang dimiliki selulosa membuatnya lebih cenderung membentuk rantai lurus, hal ini disebabkan ikatan glikosida yang terbentuk hanya sejenis yaitu β (1→4) glikosida,

Pati adalah polisakarida nutrien yang tersedia melimpah pada sel tumbuhan dan beberapa mikroorganisme. Pati umumnya berbentuk granula dengan diameter beberapa mikron. Granula pati mengandung campuran dari dua polisakarida berbeda, yaitu amilum dan amilopektin. Jumlah kedua poliskarida ini tergantung dari jenis pati. Pati yang ada dalam kentang, jagung dan tumbuhan lain.mengandung amilopektin sekitar 75 – 80% dan amilum sekitar 20‐25%. Komponen amilum merupakan polisakarida rantai lurus tak bercabang terdiri dari molekul DGlukopiranosa yang berikatan α (1→ 4) glikosida. Struktur rantai lurus ini membentuk untaian heliks, seperti tambang.

Jika kita mereaksikan amilum dengan Iodium akan menghasilkan warna biru terang. Hal ini disebabkan terjadinya kompleks koordinasi antar ion Iodida di antara heliks. Intensitas warna biru akan dihasilkan dari interaksi tersebut dan bergantung pada kandungan amilum yang terdapat dalam pati. Sehingga teknik ini sering digunakan untuk menguji keberadaan amilum dalam sebuah sampel. Amilopektin merupakan polimer yang tersusun atas monomoer D‐glukopiranosa yang berikatan α (1→ 4) glikosida dan juga mengandung ikatan silang α (1→6) glikosida. Adanya ikatan silang ini menyebabkan molekul amilopektin.

Polisakarida yang banyak digunakan dalam industri makanan adalah agar, alginate, carragenan dan Carboxymethyl Cellulose (CMC). Agar merupakan hasil isolasi polisakarida yang terdapat dalam rumput laut dan banyak dimanfaatkan sebagai media biakan mikroba. Agar juga merupakan bahan baku/tambahan dalam industri pangan. Hal ini dikarenakan adanya beberapa sifat dan kegunaan agar seperti; tidak dapat dicerna, membentuk gel, tahan panas serta dapat digunakan sebagai emulsifier (pengemulsi) dan stabilizer (penstabil) adonan yang berbentuk koloid.

Alginat diperoleh dari ekstraksi alga coklat (Phaeophyceae) dalam kondisi alkali. Alginat berfungsi sebagai penstabil dan pembentuk gel. Carrageenan banyak digunakan untuk menaikkan kekentalan dan menstabilkan emulsi. Sejumlah 0,03 % carrageenan biasanya ditambahkan pada coklat untuk mencegah pemisahan lemak dan menstabilkan suspensi partikel kakao.

Carboxymethyl Cellulose (CMC) merupakan hasil modifikasi selulosa dengan menambahkan gugus karboksi metil, CMC disintesa dari selulosa dengan menambahkan kloroasetat dalam suasana basa. CMC berfungsi sebagai pengikat dan dipergunakan untuk memperbaiki tekstur produk‐produk seperti : jelly, pasta, keju, dan ice cream.

Link Terkait : Rangkuman Materi Polimer

Loading...