Struktur dan Fungsi Karbohidrat PDF

Struktur dan fungsi karbohidrat Oleh : Dr. Fitri Handajani,dr, M. Kes ◼ Karbohidrat banyak berperan pada semua bentuk kehidupan ◼ Karbohidrat sebagai sumber energi, bahan bakar dan zat antara metabolisme ◼ Gula ribosa dan deoksiribosa membentuk sebagian kerangka struktur RNA dan DNA ◼ Pol...

Struktur dan fungsi karbohidrat Oleh : Dr. Fitri Handajani,dr, M. Kes ◼ Karbohidrat banyak berperan pada semua bentuk kehidupan ◼ Karbohidrat sebagai sumber energi, bahan bakar dan zat antara metabolisme ◼ Gula ribosa dan deoksiribosa membentuk sebagian kerangka struktur RNA dan DNA ◼ Polisakarida adalah elemen struktur dinding sel bakteri dan tumbuh-tumbuhan serta rangka luar artropoda ◼ Karbohidrat berikatan dengan banyak lipid dan protein  KLASIFIKASI KARBOHIDRAT Monosakarida: -triosa:gliserosa, dihidroksiaseton -tetrosa : eritrosa, eritrulosa -pentosa: ribosa, ribulosa -heksosa : glukosa, fruktosa Disakarida : maltosa, sukrosa Oligosakarida : maltotriosa Polisakarida : pati, dekstrin Monosakarida ◼ Merupakan karbohidrat yang tidak dapat dihidrolisis menjadi karbohidrat sederhana ◼ Memiliki rumus kimia empiris (CH2O)n dengan n terkecil adalah 3 ◼ Molekul terkecil dari monosakarida adalah triose dengan rumus kimia C3H6O3 Aldosa dan ketosa ◼ Monosakarida dibagi menjadi 2 kelompok yaitu aldosa dan ketosa, ini tergantung pada gugusan yang dimiliki ◼ Aldosa memiliki gugus aldehid, sedangkan ketosa memiliki gugus keton ◼ Ada dua jenis triosa, yaitu gliseraldehid dan dehiroksiaseton ◼ Isomer adalah molekul yang memiliki rumus kimia yang sama, tetapi strukturnya tidak ekuivalen dan sifat kimia dan faalnya berbeda ◼ Gliseraldehid dan dihidroksiaseton merupakan tautomer, keduanya merupakan isomer yang memiliki perbedaan pada lokasi Hidrogen dan ikatan rangkapnya dan dapat dikonversi oleh enediol unstable Klasifikasi gula yang penting ENANTIOMER ◼ Gliseraldehid mempunyai dua tipe isomer yang disebut enantiomer (bayangan cermin), yaitu L dan D gliseraldehid ◼ Atom kedua dari gliseraldehid mengikat empat substituen yang berbeda yang disebut Chiral carbon, seperti alfa karbon pada beberapa asam amino ◼ Enantiomer disebut juga optical isomer ◼ Proyeksi fisher tentang molekul : atom yang terikat pada atom karbon asimetrik dengan ikatan horizontal berada di depan bidang kertas dan yang terikat dengan ikatan vertikal terdapat di belakang ◼ Banyak enantiomer monosakarida adalah D-enantiomer  STRUCTURAL PROJECTIONS OF MONOSACCHARIDES ◼ FISCHER by Emil Fischer (Nobel Prize in Chemistry 1902) ▪ 2-D representation for showing the configuration of a stereocenter ▪ Horizontal lines project forward while vertical lines project towards the rear ▪ D (R or +) or L (S or -) DIASTEREOMER ◼ Monosakarida yang memiliki lebih dari satu atom chiral carbon, dapat memiliki dua type stereoisomer, yaitu enentiomer dan diastereomer ◼ Diastereomer, merupakan isomer yang memiliki perbedaan konfigurasi dua atau lebih atom carbon yang asimetri dan bukan merupakan bayangan cermin yang lengkap TETROSE ◼ Aldotetrose mempunyai dua atom carbon chiral, atom dengan n chiral maka akan memiliki 2n stereoisomer. Aldotetrose memiliki 4 stereoisomer, yaitu threose dan erythrose yang merupakan diastereomer dan memiliki 2 enantiomer (D dan L) Aldotetrose ◼ Ketotetrose yang disebut eritrulose, hanya mempunyai satu enantiomer, karena hanya memiliki satu chiral carbon. Pada umumnya penamaan ketosa adalah derivat dari aldosanya dan diberi tambahan ul ◼ Ketotetrose adalah D-eritrulose dan L- eritrulose Ketotetrose Pentosa yang penting secara fisiologis Pentose diastereomer dan enantiomer ◼ Aldopentose mempunyai tiga pusat chiral, mempunyai 23 atau 8 stereoisomer, dengan 4 pasang enantiomer ◼ Seri D-aldopentose adalah D-ribose, D- arabinose, D-Xylose dan D-Lyxose Aldopentoses Struktur cincin ◼ Dengan adanya 5 atau 6 rantai karbon merupakan komponen yang potensial untuk membentuk struktur cincin yang sangat stabil melalui formasi internal hemiasetal Heksosa yang penting secara fisiologis CINCIN HEXOSA ALDOHEXOSA ◼ Memiliki formasi cincin hemiasetal ◼ Ada 2 macam : Pyranosa (segi 6) dan furanosa (segi 5) ◼ C1 bereaksi dengan gugus hidroksil pada C5 membentuk hemiasetal intra molekul. Cincin 6 yang dihasilkan disebut piranosa ◼ C2 fruktosa bereaksi dengan gugus hidroksil C5 membentuk hemiketal intra molekul. Cincin 5 ini disebut furanosa (membentuk cincin segi 5) ◼ Seperti isomer, perbedaan konfigurasi pada 1 atom C disebut anomer, contoh nya pada α-D-Glukopiranosa dan β-D-Glukopiranosa PROYEKSI HAWORTH ◼ Tanda α berarti bahwa gugus hidroksil yang terikat C1 berada dibawah bidang cincin ◼ Tanda β berarti bahwa gugus hidroksil berada diatas bidang cincin ◼ Karbon C1 disebut atom karbon anomerik, bentuk α merupakan bentuk anomer dari bentuk β ◼ HAWORTH by Walter Haworth (Nobel Prize in Chemistry 1937) ▪ A way to view furanose (5-membered ring) and pyranose (6-membered ring) forms of monosaccharides ▪ The ring is drawn flat and viewed through its edge with the anomeric carbon on the the right and the oxygen atom on the rear Konformasi isomer ◼ Cincin enam piranosa tidak dapat terletak dalam satu bidang, karena geometri tetrahedralnya atom karbonnya yang jenuh. ◼ Bentuk β-D-glukopiranosa terutama dalam bentuk kursi, sebab semua posisi aksial ditempati oleh atom hidrogen Review terminologi Bentuk isomer karbohidrat FOSFAT ESTER ◼ Merupakan derivat monosakarida yang banyak berperan pada jalur metabolisme ◼ Merupakan gula terfosforilasi dalam komponen senyawa sebagai berikut : ATP, AMP dan asam nukleat ◼ Pada contoh diatas senyawa tersebut memiliki energi bebas yang kurang negatif dibanding energi bebas yang diperlukan untuk menghidrolisis ATP (-31 kJ/mol), sehingga ATP dapat menjadi donor fosfat pada gula tersebut. ◼ Fosfat ester juga dapat menjadi komponen aktivator pada beberapa reaksi metabolisme, seperti glukosa 6 fosfat pada jalur glikolisis ◼ Pada jalur glikolisis terdapat gula terfosforilasi lainnya yaitu : dihidroksi aseton fosfat dan gliseraldehid 3-fosfat ◼ Fosforilasi juga digunakan untuk membuat gula anion. Muatan negatif yang dihasilkan oleh fosforilasi juga mencegah gula ini menembus membran sel secara spontan. Fosforilasi membantu menahan biomolekul di dalam sel ◼ Fosforilasi juga berfungsi sebagai pembentuk zat antara yang reaktif untuk pembentukan ikatan O- dan N-glikosidik DISAKARIDA ◼ Sukrosa, laktosa, dan maltosa merupakan disakarida yang terbanyak ◼ Sukrosa (gula pasir yang umum) dihidrolisis menjadi glukosa dan fruktosa dan dikatalisis oleh sukrase ◼ Sukrosa tidak mempunyai gugus pereduksi bebas (aldehid/keton) disakarida Disakarida yang penting ◼ Laktosa dihidrolisis oleh laktase menjadi galaktosa dan glukosa, keduanya terikat oleh ikatan β-1,4 glikosidik. ◼ Maltosa dihidrolisis oleh maltase menjadi dua unit glukosa,keduanya terikat oleh ikatan α-1,4 glikosidik ◼ Sukrase, laktase dan maltase terdapat pada permukaan luar lapisan sel epitel usus halus GLIKOGEN ◼ Merupakan bentuk simpanan glukosa pada binatang yang mudah di mobilisasi ◼ Pada tumbuhan disebut pati ◼ Glikogen merupakan polimer residu glukosa bercabang sangat besar. Unit glukosa tersebut sebagian besar berikatan melalui α-1,4-glikosidik, cabang dibentuk oleh oleh ikatan α-1,6-glikosidik Glycogen Glikogen  Glycogen G ◼ Long straight glucose G G chains (a1-4) G G G G G ◼ Branched every 4-8 G G G glc residues (a 1-6) G G  1-6 link G G ◼ More branched than  1-4 link G G starch G G ◼ Less osmotic pressure ◼ Bentuk cadangan glukosa pada tumbuhan disebut pati, yang mempunyai dua bentuk yaitu amilosa dan amilopektin ◼ Amilosa merupakan tipe pati yang tidak bercabang, terdiri dari residu glukosa dalam ikatan α-1,4-glikosidik ◼ Amilopektin, bentuk pati yang bercabang, mempunyai satu ikatan α-1,6-glikosidik per tiga puluh ikatan α-1,4-glikosidik, jadi mirip glikogen dengan tingkat percabangan lebih rendah DEKSTRAN ◼ Polisakarida simpanan pada ragi dan bakteri terdiri dari residu gula, hampir semua ikatannya adalah α-1,6-glikosidik, kadang cabang dibentuk oleh ikatan α-1,2; α-1,3 atau α-1,4 glikosidik tergantung spesies ◼ Merupakan polimer glukopiranosa ◼ Dekstran digunakan pada terapi pengganti plasma pada pengobatan shok hipovolumik SELULOSA ◼ Polisakarida utama pada tumbuhan ◼ Lebih berperan pada fungsi struktural dibandingkan peran gizi ◼ Polimer tidak bercabang dari residu glukosa yang berikatan melalui ikatan β-1,4 glikosidik ◼ Serat-serat dibentuk oleh rantai paralel ◼ Selulosa dapat dicerna melalui enzim selulase, enzim ini terdapat pada jamur, protozoa dan hewan pemamah biak ◼ Mamalia tidak memiliki selulase CH2OH CH2OH 4 1 O 4 1 OH OH HO OH OH cellulose GAG (Glikosaminoglikan) ◼ Merupakan polisakarida yang terbuat dari pengulangan unit disakarida yang mengandung derivat gula amino, yaitu glukosamin dan galaktosamin ◼ Contohnya adalah kondroitin sulfat dan keratan sulfat pada jaringan ikat, dermatan sulfat pada kulit Empat kelompok utama GAG 1. ASAM HIALURONAT D-glukoronat- GlcNAc - tidak mengandung sulfat - tidak berikatan secara kovalen dg protein - rantai panjang - terdapat pada : cairan sinovial, ECM jar. Ikat - fungsi : migrasi sel (pada embrio dan penyembuhan luka dg cara menarik banyak air), melicinkan gerak sendi  2. Kondroitin sulfat dan dermatan sulfat ◼ Kondroitin sulfat D-glukoronat-GalNAc.sulfat - sulfat pada C4 atau C6 galaktosamin - GAG terbanyak - tersebar pada jaringan mamalia - predominan pada jaringan tulang rawan, kornea, kulit, arteri ◼ Dermatan sulfat L-iduronat-GalNAc.sulfat - tersebar pada jar mamalia - predominan pada jaringan ikat fibrous -sulfat pada C4 atau C6 galaktosamin atau C2 asam iduronat - terdapat pada jaringan : kulit pembuluh darah dan jantung 3. Heparin dan Heparan sulfat ◼ Heparin - D-glukoronat atau L-iduronat α-sulfo-D-Glukosamin atau GlcNAc - intrasel : darah dan jaringan ikat - ekstrasel : sel mast dan basofil - terutama di membran basalis dan membran sel - mempunyai kemampuan bereaksi dengan protein, penting untuk pertumbuhan , sebagai antikoagulan, perkembangan dan repair ◼ Heparan sulfat - sulfat dan asam iduronat sedikit - gugus asetil dan asam glukoronat banyak - terdapat pada jaringan paru, arteri, membran sel, lamina basalis 4. Keratan sulfat Gal-GlcNAc. Sulfate - tidak mengandung asam uronat - terdapat pada jaringan tulang rawan, kornea  Hyaluronates: composed of D-glucuronate + GlcNAc linkage is (1, 3) Dermatan sulfates: composed of L-iduronate (many are sulfated) + GalNAc-4- sulfate linkages is (1, 3) Chondroitin 4-and 6-sulfates : composed of D-glucuronate + GalNAc-4- or 6-sulfate linkages is (1, 3) (the figure contains GalNAc 4- sulfate)  Heparin and Heparan sulfates: composed of D-glucuronate-2- sulfate (or iduronate-2-sulfate) + N-sulfo-D-glucosamine-6- sulfate linkage is (1, 4) (heparans have less sulfate than heparins) Keratan sulfates: composed of galactose + GlcNAc-6-sulfate linkage is (1, 4)  Characteristics of Glukosaminoglycans GAG Localization Comments synovial fluid, vitreous humor, large polymers, Hyaluronate ECM of loose connective tissue shock absorbing Chondroitin most abundant cartilage, bone, heart valves sulfate GAG contains higher Heparan basement membranes, acetylated sulfate components of cell surfaces glucosamine than heparin component of intracellular granules of mast cells more sulfated than Heparin lining the arteries of the lungs, liver heparan sulfates and skin Dermatan skin, blood vessels, heart valves sulfate Keratan cornea, bone, cartilage aggregated sulfate with chondroitin sulfates POLISAKARIDA PADA DINDING SEL BAKTERI ◼ Secara alamiah dinding sel bakteri dibagi menjadi dua yaitu : yang menyerap warna pada pengecatan dengan pewarnaan gram yang disebut gram positif dan gram negatif, yang tidak menyerap warna ◼ Bakteri gram positif memiliki dinding sel dengan beberapa lapis peptidoglikan di permukaan dan di bagian luar dilapisi lipid cell membrane ◼ Bakteri gram negatif hanya memiliki satu lapis peptidoglikan dan di bagian luar dilapisi lipid cell membrane GLIKOPROTEIN ◼ Definisi : protein gabungan (conjugated protein ) dengan karbohidrat sebagai gugus prostetik ◼ Terdapat pada hampir semua organisme ◼ Letak : sitosol, membran plasma, ekstrasel ◼ Kandungan karbohidrat dalam glikoprotein 90% berat  FUNGSI RANTAI OLIGOSAKARIDA DARI GLIKOPROTEIN ◼ Mengendalikan sifat fisikokimia seperti : kelarutan, viskositas, muatan dan denaturasi ◼ Perlindungan terhadap proteolisis ◼ Mempengaruhi proteolisis protein ke produk yang lebih kecil ◼ Ikut serta dlm aktivitas biologik spt pd hCG ◼ Mempengaruhi pengenalan, penembusan membran, migrasi intraseluler dan sekresi ◼ Mempengaruhi pembentukan dan diferensiasi embrional ◼ Mempengaruhi tempat metastase sel kanker  ANTIGEN PADA GOLONGAN DARAH ◼ Hampir semua manusia dapat memproduksi sakarida tipe O, tetapi penambahan galaktosa ( untuk membuat tipe B), atau N asetilgalaktosamin (untuk membuat tipe A) atau keduanya membutuhkan penambahan enzim ◼ Seseorang yang mempunyai golongan darah AB memiliki tipe A dan B oligosakarida pada permukaan selnya Selamat belajar