BIOKIMIA PANGAN 4 (STKIP Muhammadiyah Sorong 2012)

Karbohidrat

Gula: Struktur dan stereokimia

Ketika kata mulai karbohidrat dikenal, awalnya disebut senyawa dari rumus umum Cn(H₂O) n. Namun, hanya gula sederhana, atau monosakarida yang cocok dengan rumus ini. Jenis karbohidrat yang lain, oligosakarida dan polisakarida, didasarkan pada unit monosakarida dan memiliki rumus umum yang sedikit berbeda. Oligosakarida terbentuk ketika beberapa (oligos Yunani) monosakarida yang terkait, yaitu polisakarida terbentuk ketika banyak monosakarida (polys Yunani) terikat bersama-sama. Reaksi yang menambahkan unit monosakarida ke molekul karbohidrat termasuk meningkatkan hilangnya satu molekul H₂O untuk setiap kaitan/ikatan baru terbentuk, perhitungan untuk perbedaan rumus umum.

Karbohidrat biasa banyak ditemui dalam bentuk polisakarida, termasuk glikogen, yang ditemukan pada hewan, dan pati dan selulosa yang ditemui pada tanaman. Karbohidrat memainkan sejumlah peran penting dalam biokimia. Pertama, mereka merupakan sumber energi utama. Kedua, oligosakarida memainkan peran kunci dalam proses yang terjadi pada permukaan sel, terutama pada interaksi sel-sel dan kekebalan tubuh. Selain itu, polisakarida komponen struktural penting dari beberapa kelas organisme. Selulosa adalah komponen utama dari
rumput dan pohon, dan polisakarida lainnya adalah komponen utama dari sel dinding bakteri.

Bentuk dari semua karbohidrat adalah gula sederhana yang disebut
monosakarida. Monosakarida dapat menjadi aldehida polihidroksi (aldosa) atau keton polihidroksi (ketose). Monosakarida paling sederhana berisi tiga atom karbon dan disebut triosa (berarti tri "tiga"). Gliseraldehida adalah aldosa dengan tiga karbon (aldotriose an), dan dihidroksiaseton adalah ketose dengan tiga atom karbon (ketotriose a). Gambar. 1 menunjukkan molekul-molekul.

Aldoses dengan empat, lima, enam, dan tujuh atom karbon disebut masing-masing dengan sebutan aldotetroses, aldopentoses, aldohexoses, dan aldoheptoses. Yang sesuai
ketoses adalah ketotetroses, ketopentoses, ketohexoses, dan ketoheptoses. Gula dengan enam karbon adalah yang paling berlimpah di alam, tetapi dua gula lima-karbon, ribosa dan deoksiribosa, masing-masing terjadi pada struktur RNA dan DNA. Gula empat-karbon dan karbon tujuh berperan dalam fotosintesis dan jalur metabolisme lainnya.

Kita telah melihat bahwa beberapa molekul tidak superimposable pada gambar cermin mereka dan bahwa gambar-gambar ini adalah isomer cermin optik (stereoisomer) satu sama lainnya. Sebuah atom karbon kiral (asimetris) adalah sumber isomer optik, seperti yang terjadi dengan asam amino. karbohidrat sederhana itu yang berisi karbon kiral adalah gliseraldehida, yang bisa eksis dalam dua bentuk isomer yang bayangan cermin satu sama lain [Gambar
1 (2) dan (3)]. Perhatikan bahwa dua bentuk berbeda dalam posisi gugus hidroksil terikat pada karbon pusat. (Dihidroksiaseton tidak berisi atom karbon kiral dan tidak ada dalam nonsuperimposable bentuk bayangan cermin.) Kedua bentuk gliseraldehida ditujukan oleh D-gliseraldehida dan L-gliseraldehida. Bayangan cermin stereoisomer juga disebut enantiomer, dan
D-gliseraldehida dan L-gliseraldehida adalah enantiomer satu sama lain. Tertentu
konvensi digunakan untuk gambar dua dimensi dari tiga dimensi struktur stereoisomer. gambaran putus-putus merupakan ikatan yang diarahkan menjauh dari subjek penganmat, di bawah bidang kertas, dan bergaris padat mewakili ikatan diarahkan ke arah pengamat dan keluar dari bidang kertas.

(Atas) Sebuah perbandingan glyceraldehydes (sebuah aldotriose) dan dihidroksiaseton (ketotriose a).
(Tengah) Struktur D-gliseraldehida dan model ruang D-gliseraldehida

(Bawah) Struktur L-gliseraldehida dan model ruang-L-gliseraldehida.

GAMBAR . 1. Struktur dari karbohidrat sederhana, triosa. (Leonard Lessin/ Waldo Feng/Mt. Sinai CORE)

Konfigurasi susunan tiga dimensi dari gugus sekitar atom karbon kiral, dan stereoisomer berbeda satu sama lain dalam konfigurasi. Sistem D, L untuk menunjukkan stereokimia banyak digunakan oleh ahli biokimia. Ahli kimia organik cenderung menggunakan salah satu yang lebih baru, yang ditunjuk sistem R, S. Tidak ada korespondensi satu-satu antara kedua sistem. Sebagai contoh, beberapa D-isomer adalah R, dan beberapa S. Kedua enantiomer dari gliseraldehida adalah stereoisomer hanya mungkin tiga-karbon gula, tetapi kemungkinan peningkatan stereoisomerisme setelah jumlah atom karbon meningkat. Untuk menunjukkan struktur yang dihasilkan molekul, kita perlu mengatakan lebih lanjut tentang konvensi untuk dua dimensi
perspektif struktur molekul, yang disebut metode proyeksi Fischer. Kimiawan Jerman Emil Fischer, yang mendirikan struktur banyak gula. Kita akan menggunakan beberapa enam karbon gula umum untuk tujuan ilustrasi. Dalam proyeksi Fischer, ikatan ditulis secara vertikal pada dua dimensi kertas merupakan ikatan yang diarahkan di belakang kertas dalam tiga dimensi,
sedangkan ikatan ditulis horizontal merupakan ikatan yang diarahkan di depan
kertas dalam tiga dimensi. Gambar. 2 menunjukkan bahwa yang sangat paling teroksidasi
karbon hal ini, yang terlibat dalam ditulis gugus-aldehida di "atas" dan ditunjuk karbon 1, atau C-1. Dalam ketose yang ditampilkan, keton kelompok menjadi C-2, atom karbon sebelah gula

GAMBAR. 2. Penomoran atom karbon dalam gula. (a) Contoh dari aldosa (D-glukosa) dan
sebuah ketose (D-fruktosa), menunjukkan penomoran atom karbon. (b) perbandingan struktur D-glukosa dan L-glukosa.

Paling umum "atas." adalah aldoses daripada ketoses, sehingga pembicaraan ini fokus terutama pada aldoses. Atom-atom karbon lainnya diberi nomor secara berurutan dari sebutan "atas." dari konfigurasi sebagai L atau D tergantung pada pengaturan di kiral karbon dengan jumlah tertinggi. Dalam kasus kedua glukosa dan fruktosa, adalah C-5. Dalam proyeksi Fischer dari konfigurasi D, gugus hidroksil bernomor tertinggi pada karbon kiral, sedangkan gugus hidroksil di sebelah kiri dari karbon tertinggi bernomor kiral untuk konfigurasi L.

Mari kita lihat apa yang terjadi pada karbon lain ditambahkan untuk gliseraldehida untuk
gula empat karbon. Dengan kata lain, apa saja stereoisomer mungkin untuk aldotetrose. Para aldotetroses (Gambar. 3) memiliki dua karbon kiral, C-2 dan C-3, dan ada 22 atau empat, mungkin stereoisomer. Dua dari isomer memiliki konfigurasi D, dan dua memiliki konfigurasi L. Kedua isomer D memiliki konfigurasi yang sama di C-3, tetapi mereka berbeda dalam konfigurasi (susunan gugus-OH) pada karbon kiral lainnya, C-2. Kedua isomer disebut D-erythrose dan D-threose. Mereka tidak superimposable satu sama lain, tetapi tidak bayangan cermin mereka satu sama lain. Seperti nonsuperimposable, stereoisomer tidak bayangan cermin disebut diastereomer. Kedua isomer L adalah L-erythrose dan L-threose. L-Erythrose adalah enantiomer (bayangan cermin) dari D-erythrose, dan L-threose adalah enantiomer D-threose. L-Threose adalah diastereomer dari kedua D-dan L-erythrose, dan L-erythrose adalah diastereomer dari kedua D-dan L-threose. Diastereomer yang berbeda satu sama lain dalam konfigurasi hanya pada satu kiral karbon disebut epimers; D-erythrose dan D-threose adalah epimers.

(Atas) diastereomer D-erythrose dan D-threose.

(Bawah) Enantiomer D-dan L-erythrose dan D dan L-threose. karbon bernomor itu adalah
penunjukan D atau L tergantung pada konfigurasi bernomor tertinggi di atom karbon kiral.

Gambar. 3. Stereoisomer dari sebuah aldotetrose.

Aldopentoses memiliki tiga karbon kiral, dan ada 23, atau 8 stereoisomer, empat bentuk D dan empat bentuk L. Aldohexoses memiliki empat karbon kiral dan 24 atau 16 stereoisomer, delapan bentuk D dan delapan bentuk L (Gambar. 4). Beberapa stereoisomer yang mungkin jauh lebih umum di alam daripada yang lain, dan pusat-pusat diskusi biokimia pada gula terjadi alami. Misalnya, gula D, bukan gula L, mendominasi di alam. Sebagian besar gula yang kita temui di alam, terutama dalam makanan, mengandung baik lima atau enam atom karbon. Kita akan membahas D-glukosa (suatu aldohexose) dan D-ribosa (aldopentose an) lebih jauh dari gula lainnya.

Aldoses berisi tiga sampai enam karbon atom, dengan ditampilkan penomoran dari atom karbon. Perhatikan bahwa angka menunjukkan hanya setengah kemungkinan isomer. Untuk setiap isomer  yang ditampilkan, ada suatu enantiomer yang tidak ditampilkan, seri L.

Gambar. 4. Hubungan antara stereokimia monosakarida.

Glukosa merupakan sumber energi di mana-mana, dan ribosa memainkan peran penting dalam struktur asam nukleat. Gula, terutama mereka yang telah lima atau enam atom karbon, biasanya ada dalam bentuk molekul siklik bukan sebagai bentuk rantai terbuka.
Siklisasi ini berlangsung sebagai akibat dari interaksi antara gugus fungsional pada karbon jauh, seperti C-1 dan C-5, untuk membentuk siklik hemiacetal (dalam aldohexoses). Kemungkinan lain (Gambar. 5) adalah interaksi antara C-2 dan C-5 untuk membentuk hemiketal siklik (dalam ketohexoses). Dalam kedua kasus, karbonil yang menjadi pusat karbon kiral baru yang disebut karbon anomeric. Siklik gula ini dapat mengambil salah satu dari dua bentuk yang berbeda, α dan β, dan disebut anomers satu sama lain. Proyeksi Fischer dari anomer α-dari gula D memiliki anomeric yang gugus hidroksil ke kanan karbon anomeric (C-OH), dan β-anomer dari gula D memiliki gugus hidroksil anomeric ke kiri anomeric karbon (Gambar. 6). Spesies karbonil bebas dapat mudah membentuk baik α atau β--anomer, dan anomers dapat dikonversi dari satu bentuk
ke bentuk yang lain melalui spesies karbonil bebas. Dalam beberapa molekul biokimia,
setiap anomer dari gula yang diberikan dapat digunakan, tetapi, dalam kasus lain, hanya satu anomer yang terjadi. Sebagai contoh, pada organisme hidup, hanya ditemukan β-D-ribosa dan β-D-deoksiribosa masing-masing pada RNA dan DNA.

Gambar. 5. Bentuk linier dari D-glukosa mengalami suatu reaksi intramolekul untuk membentuk hemiacetal siklik.

 

β-D-Glucopyranose

Rumus proyeksi Fischer berguna untuk menjelaskan gula yang stereokimia, tetapi ikatan panjang dan sudut tikungan kanan tidak memberikan gambaran realistis tentang situasi ikatan dalam bentuk siklik, juga tidak akurat mewakili bentuk keseluruhan dari molekul. Rumus proyeksi Haworth  lebih berguna untuk tujuan itu. Dalam proyeksi Haworth, struktur siklik
gula ditunjukkan pada gambar perspektif sebagai beranggota lima atau enam cincin planar. Sebuah cincin beranggota lima disebut furanose karena kemiripannya dengan furan, sebuah cincin beranggota enam disebut pyranose karena dari kemiripannya dengan pyran [Gambar. 7 (a) dan (b)]. Formula siklik ini mendekati bentuk molekul yang sebenarnya lebih baik untuk furanoses daripada pyranoses. Furanoses beranggota lima-cincin dalam kenyataannya sangat hampir planar, tapi pyranoses beranggota enam cincin benar-benar ada dalam larutan dalam
konformasi kursi [Gambar. 7 (c)]. Konformasi kursi banyak ditampilkan dalam buku pelajaran kimia organik. Struktur semacam ini sangat berguna dalam diskusi bentuk molekul. Konformasi kursi dan proyeksi Haworth cara alternatif untuk mengungkapkan informasi yang sama. Meskipun rumus Haworth adalah perkiraan, mereka merupakan singkatan berguna
untuk struktur reaktan dan produk dalam banyak reaksi yang kita lihat. Proyeksi Haworth mewakili stereokimia gula lebih realistis dibandingkan proyeksi Fischer, dan skema Haworth
cukup untuk tujuan pemahaman kita. Itulah sebabnya ahli biokimia menggunakannya, meskipun
ahli kimia organik lebih suka bentuk kursi.

Gambar. 6. Proyeksi Fischer formula dari tiga bentuk glukosa. Perhatikan bahwa bentuk α dan β
dapat dikonversi ke satu sama lain melalui bentuk rantai terbuka. Konfigurasi pada karbon 5 menentukan bentuk D.

Gambar. 7. Representasi Haworth struktur gula. (a) perbandingan struktur furan dengan representasi Haworth dari furanoses. (b) perbandingan struktur dari pyran dengan representasi Haworth dari pyranoses. (c) α-D-glukopiranosa pada representasi Haworth (kiri), dalam konformasi kursi (tengah), dan model ruang (kanan). (Leonard Lessin / Waldo Feng / Mt. Sinai CORE)

Untuk gula D, kelompok yang ditulis di sebelah kanan karbon dalam proyeksi Fischer
memiliki arah ke bawah dalam proyeksi Haworth, setiap kelompok yang ditulis ke kiri dalam proyeksi Fischer memiliki arah ke atas dalam proyeksi Haworth. Gugus terminal-CH₂OH, yang berisi atom karbon dengan jumlah tertinggi dalam skema penomoran, akan ditampilkan dalam sebuah arah ke atas. Struktur α-dan β-D-glukosa, yang keduanya pyranoses, dan dari β-D-ribosa, yang merupakan sebuah furanose, menggambarkan hal ini (Gambar. 8). Perhatikan bahwa,
dalam α-anomer, yang gugus hidroksilnya pada karbon anomeric adalah di sisi berlawanan
dari cincin dari gugus terminal -CH₂OH (yaitu, menunjuk ke bawah). Dalam β-anomer, adalah pada sisi yang sama dari cincin (mengarah ke atas). Konvensi yang sama berlaku untuk α-dan β-anomers dari furanoses.

Reaksi dari Monosakarida

Reaksi oksidasi dan reduksi gula memainkan peran kunci dalam biokimia. Oksidasi gula menyediakan energi bagi organisme untuk melaksanakan proses hidup mereka; hasil energi tertinggi dari karbohidrat terjadi ketika gula benar-benar teroksidasi menjadi CO₂ dan H₂O dalam proses aerobik. Kebalikan dari oksidasi lengkap dari gula adalah CO₂ dan H₂O membentuk gula pada sebuah proses yang terjadi dalam fotosintesis. Gugus aldehida dapat teroksidasi untuk memberikan gugus karboksil yang merupakan karakteristik dari asam, dan reaksi ini adalah dasar dari uji tes keberadaan aldoses. Ketika aldehid dioksidasi, beberapa zat pengoksidasi harus direduksi. Aldoses disebut gula pereduksi karena dari jenis reaksi; ketoses juga dapat mengurangi gula karena mereka isomer dengan aldoses. Dalam bentuk siklik, senyawa yang dihasilkan oleh oksidasi dari aldosa adalah sebuah lakton (ester siklik menghubungkan gugus karboksil dan salah satu alkohol gula, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 9).

Gambar. 9. Oksidasi gula ke lakton. Contoh reaksi oksidasi gula: oksidasi á-D-glukosa hemiacetal untuk memberikan suatu lakton. Deposisi perak bebas sebagai cermin perak menunjukkan bahwa reaksi telah terjadi.

Dua jenis reagen yang digunakan di laboratorium untuk mendeteksi keberadaan
reduksi gula. Yang pertama adalah reagen Tollens, yang menggunakan ion kompleks perak
amonia, Ag(NH3)²⁺, Sebagai agen oksidasi. Sebuah cermin perak diendapkan pada dinding tabung reaksi jika ada gula tereduksi, sebagai akibat dari  Ag⁺ dalam ion kompleks yang direduksi menjadi logam perak bebas (Gambar. 10). Sebuah metode lebih baru untuk mendeteksi glukosa, tetapi tidak mereduksi gula lain, yakni berdasarkan penggunaan dari enzim oksidase glukosa, yang spesifik untuk glukosa.

Gambar.10. Sebuah cermin perak dihasilkan oleh aldehida. Setelah penambahan pereaksi Tollens untuk aldehida, cermin perak telah disimpan di dalam botol ini.

Selain gula teroksidasi, ada beberapa gula tereduksi yang penting. Di gula deoksi, atom hidrogen digantikan dengan salah satu gugus hidroksil dari gula. Salah satunya gula deoksi adalah L-fucose (L-6-deoxygalactose), yang ditemukan dalam porsi karbohidrat dari beberapa glikoprotein (Gambar. 11), termasuk antigen darah kelompok ABO. Nama glikoprotein menunjukkan bahwa zat ini adalah protein terkonjugasi yang mengandung beberapa kelompok karbohidrat (glykos adalah Yunani untuk "manis") selain rantai polipeptida. Contoh yang lebih penting dari gula deoksi adalah D-2-deoksiribosa, gula yang ditemukan dalam DNA (Gambar. 11).

Gambar. 11. Struktur dari dua gula deoksi. Struktur gula lama ditunjukkan untuk perbandingan.

Ketika gugus karbonil dari gula reduksi menjadi gugus hidroksil, senyawa yang dihasilkan adalah salah satu polihidroksi alkohol dikenal sebagai alditols. Dua senyawa semacam ini adalah xylitol dan sorbitol, masing-masing turunan dari gula xylulose dan sorbose memiliki nilai komersial sebagai pemanis dalam permen karet dan permen tanpa gula.

Gugus-gugus hidroksil dari gula berperilaku persis seperti semua alkohol lainnya dalam arti bahwa mereka dapat bereaksi dengan asam dan asam turunannya untuk membentuk ester. Ester fosfat sangat penting karena mereka biasa intermediet di pemecahan karbohidrat untuk menghasilkan energi. Ester fosfat sering dibentuk oleh transfer gugus fosfat dari ATP (adenosin trifosfat) untuk memberikan gula terfosforilasi dan ADP (adenosin difosfat), seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 12. Reaksi ini memainkan peran penting dalam metabolisme gula.

Gambar.. 12. Formasi ester Fosfat bahasa Dari Gula. ATP adalah donor Gugus Fosfat. Enzim menentukan interaksi dengan-CH₂OH pada karbon 6.

Hal ini dimungkinkan untuk kelompok gula hidroksil (ROH) terikat pada karbon anomeric untuk bereaksi dengan hidroksil yang lain (R'-OH) untuk membentuk suatu hubungan glikosidik (R'-O-R). Sebuah hubungan glikosidik bukan eter (notasi R'-O-R adalah menyesatkan) karena glikosida dapat dihidrolisis dengan alkohol awal. Jenis reaksi melibatkan karbon anomeric gula dalam bentuk siklik. (Ingat bahwa karbon anomeric adalah karbon karbonil dari bentuk rantai terbuka dari gula dan adalah salah satu yang menjadi pusat kiral dalam bentuk siklik). Dengan cara lain yang sedikit berbeda, karbon hemiacetal dapat bereaksi dengan alkohol seperti sebagai metil alkohol untuk memberikan asetal penuh, atau glikosida (Gambar. 13). Ikatan yang baru yang terbentuk disebut ikatan glikosidik. Ikatan glikosidik adalah O-glikosida, dengan setiap gula terikat pada atom oksigen molekul lain. Glikosida berasal dari furanoses disebut furanosides, dan mereka berasal dari pyranoses disebut pyranosides.

Gambar. 13. Contoh pembentukan glikosida α Metil alkohol (CH₃OH) dan á-D-glukopiranosa bereaksi untuk membentuk glikosida yang sesuai.

Ikatan glikosidik antara unit monosakarida merupakan dasar untuk pembentukan
dari oligosakarida dan polisakarida. Glikosidik dapat menjadi berbagai bentuk; karbon anomeric satu gula dapat terikat ke salah satu dari gugus -OH pada gula kedua untuk membentuk hubungan α- atau β-glikosidik. Banyak kombinasi yang berbeda ditemukan di alam. Gugus-OH diberi nomor sehingga mereka dapat dibedakan, dan skema penomoran berikut dari atom karbon. Notasi untuk hubungan glikosidik antara dua gula menentukan anomeric bentuk gula yang terlibat dalam ikatan dan juga menentukan atom karbon mana dari dua gula yang dihubungkan menjadi satu. Dua cara di mana dua α-D-glukosa molekul dapat dihubungkan bersama adalah α (1,3,4) dan α (1,3,6). Pada contoh pertama, karbon α-anomeric (C-1) dari molekul glukosa pertama tergabung dalam ikatan glikosidik pada atom karbon keempat (C-4) dari molekul glukosa kedua, sedangkan C-1 dari molekul glukosa pertama ini terkait dengan C-6 dari molekul glukosa kedua dalam contoh kedua (Gambar. 14).

Gambar.14. Dua perbedaan disaccharides - D-Glucose. Dua campuran kimiawi ini  mempunyai karakter yang berbeda sebab salah satu mempunyai ikatan (1,3,4) dan lainnya  mempunyai suatu ikatan (1,3,6).

Kemungkinan lain dari ikatan glikosidik, kali ini antara dua molekul β-D-glukosa, adalah keterkaitan, β,β (1,3,1). Bentuk anomeric di kedua karbon C-1 harus ditentukan karena hubungan tersebut adalah antara dua karbon anomeric, masing-masing adalah C-1 (Gambar. 15).

Gambar. 15. Suatu disaccharide D-glucose. Karbon kedua-duanya anomeric ( C-1) dilibatkan dalam ikatan glycosidic.

Ketika oligosakarida dan polisakarida terbentuk sebagai hasil dari ikatan glikosidik, sifat kimianya tergantung pada monosakarida yang dihubungkan bersama-sama dan juga pada bentuk ikatan glikosidik tertentu (yaitu, yang anomer dan atom karbon yang dihubungkan bersama). Perbedaan antara selulosa dan pati tergantung pada ikatan glikosidik yang terbentuk antara monomer glukosa. Karena variasi dalam hubungan glikosidik, baik rantai linier dan bercabang dapat dibentuk polimer. Jika residu monosakarida internal yang digabungkan dalam bentuk polisakarida hanya dua ikatan glikosidik maka polimer yang dihasilkan akan berbentuk linear. (Tentu saja, residu akhir akan terlibat hanya satu gabungan glikosidik) Beberapa residu internal dapat membentuk tiga ikatan glikosidik, yang mengarah pada pembentukan struktur rantai cabang (Gambar.1 6).

Kita telah melihat bahwa karbon anomeric sering terlibat dalam hubungan glikosidik, dan juga bahwa tes untuk keberadaan gula-khusus untuk gula-reduksi membutuhkan reaksi dari gugus pada karbon anomeric. Karbon internal anomeric di oligosakarida tidak bebas untuk tes untuk gula reduksi. Ini hanya jika residu akhirnya adalah hemiacetal bebas dari sebuah glikosida akan ada hasil yang positif untuk sebuah gula pereduksi (Gambar. 17). Tingkat deteksi dapat menjadi penting untuk seperti ujian. Sampel yang hanya berisi beberapa molekul polisakarida besar, setiap molekul dengan ujung pereduksi tunggal, mungkin menghasilkan tes negatif karena belum ada yang cukup reduksi berakhir untuk dideteksi.

(atas) Polyglucosa yang Rantai linier terjadi di amylose. Semua ikatan glycosidic adalah α (1— 4).

(bawah) Polimer rantai cabang terjadi di amylopectin dan glycogen. Rantai cabang polyglucose- ikatan glycosidic adalah α (1— 6) at branched points, but all glycosidic bonds along the chain are α (1— 4).

Gambar. 16 Polimer rantai lurus dan cabang dari α-D-glucose. Polyglucose chain lurus/linear.

Gambar. 17. Gula tereduksi. Suatu disaccharida dengan suatu hemiacetal akhir bebas adalah suatu gula tereduksi oleh karena adanya suatu aldehid anomeric bebas carbonil atau gugus aldehid potensial.

Gula amino adalah kelas menarik dari senyawa yang terkait dengan monosakarida. Kita tidak akan masuk ke pembentukan kimia mereka, tetapi akan berguna jika memiliki beberapa pengetahuan tentang mereka ketika kita membahas polisakarida. Dalam gula jenis ini, sebuah gugus amino (-NH₂) atau salah satu derivatifnya digantikan dengan gugus hidroksil dari gula induk. Pada N-asetil gula amino, gugus amino itu sendiri membawa gugus asetil (CH₃-CO-) sebagai substituen a. Dua contoh penting adalah N-asetil-β-D-glukosamin dan asam N-asetil-β-muramic turunannya, yang memiliki sisi rantai tambah asam karboksilat (Gambar. 18). Kedua senyawa merupakan komponen dari dinding sel bakteri. Kami tidak menentukan apakah asam N-acetylmuramic tergolong serangkaian konfigurasi L atau D, dan kita tidak menentukan α atau β-anomer. Tipe ini biasa dalam prakteknya disebut dengan singkatan β-D-glukosa dan turunannya; Konfigurasi D dan bentuk β-anomeric sangat umum, kita tidak perlu menentukan mereka sepanjang waktu kecuali kita ingin membuat acuan pada beberapa titik tertentu. Posisi gugus amino ini juga meninggalkan sesuatu yang tidak ditentukan karena pembahasan gula amino biasanya berpusat pada beberapa senyawa yang strukturnya sudah dikenal.

Gambar. 18. Struktur N-asetil-β-D-glukosamin dan N-acetylmuramic asam.

Pentingnya oligosakarida

Oligomer gula sering terjadi sebagai disakarida, yang dibentuk dengan menghubungkan
dua unit monosakarida dengan ikatan glikosidik. Tiga yang paling penting contoh oligosakarida adalah disakarida. Mereka adalah sukrosa, laktosa, dan maltosa (Gambar. 19). Dua disakarida lain, isomaltosa dan selobiosa, adalah ditampilkan untuk perbandingan.

Sukrosa adalah gula meja umum, yang diekstrak dari tebu dan gula bit. Unit-unit monosakarida yang membentuk sukrosa adalah α-D-glukosa dan β-D-fruktosa. Glukosa (sebuah aldoheksosa) adalah pyranosa, dan fruktosa (α-ketohexose) adalah α-furanosa. α-karbon C-1 dari glukosa ini terkait dengan β karbon C-2 dari fruktosa (Gambar.19) dalam hubungan α-glikosidik yang memiliki notasi, β (1,3,2). Sukrosa bukan gula pereduksi karena kedua gugus anomeric terlibat dalam hubungan glikosidik. Glukosa bebas adalah gula reduksi, dan fruktosa bebas juga dapat memberikan tes positif sebagai gula reduksi, meskipun itu adalah keton dari aldehida dalam bentuk rantai terbuka. Fruktosa dan ketosa secara umum dapat bertindak sebagai gula pereduksi karena mereka dapat isomer dengan aldosa dalam reaksi penataan ulang yang agak rumit.

Ketika hewan mengkonsumsi sukrosa, maka sukrosa terhidrolisis menjadi glukosa dan fruktosa, yang kemudian terdegradasi oleh proses metabolisme untuk menghasilkan energi. Manusia mengkonsumsi jumlah besar sukrosa, dan kelebihan konsumsi dapat berkontribusi untuk masalah kesehatan, kenyataan ini telah menyebabkan pencarian untuk agen pemanis lainnya. Salah satu yang telah diusulkan adalah fruktosa sendiri. Hal ini lebih manis dari sukrosa, karena itu, jumlah yang lebih kecil (berat) dari fruktosa dari sukrosa dapat menghasilkan
efek pemanis sama dengan lebih sedikit kalori. Akibatnya, sirup jagung tinggi fruktosa sering digunakan dalam pengolahan makanan. Kemunculan fruktosa mengakibatkan perubahan tekstur makanan, dan reaksi terhadap perubahan cenderung tergantung pada preferensi konsumen. Pemanis buatan telah diproduksi di laboratorium dan sering diduga memiliki memiliki efek samping berbahaya; kontroversi berikutnya memberikan kesaksian fasih dengan keinginan manusia pada permen. Sakarin, misalnya, telah ditemukan menyebabkan kanker pada hewan di laboratorium, memiliki cyclamates, tetapi hasil penerapan ini untuk karsinogenesis masih dipertanyakan. Aspartame (NutraSweet) telah diduga menyebabkan masalah neurologis, terutama pada individu yang metabolismenya tidak bisa mentolerir fenilalanin.

Pemanis buatan lain merupakan turunan dari sukrosa. Zat ini adalah sucralosa, yang dipasarkan dengan nama dagang Splenda, dua cara perbedaan dengan dari sukrosa (Gambar. 20). Perbedaan pertama adalah tiga dari gugus hidroksil telah diganti dengan tiga atom klor. Yang keduanya berkonfigurasi pada karbon atom dari cincin 4 pyranosa beranggota enam glukosa yang terbalik, menghasilkan turunan galaktosa. Tiga gugus hidroksil yang telah digantikan oleh atom klorin adalah mereka terikat pada atom karbon 1 dan 6 dari bagian fruktosa dan 4 atom karbon dari gugus galaktosa. Sucralosa tidak dimetabolisme oleh tubuh, dan, akibatnya, tidak memberikan kalori. Pengujian dilakukan selama ini, serta bukti anekdotal, menunjukkan bahwa Sucralosa adalah pengganti gula yang aman. Kemungkinan untuk penggunaan dalam waktu dekat cukup luas. Kita dapat dengan aman memprediksi bahwa pencarian pemanis nonfattening akan berlanjut dan itu akan disertai dengan beberapa pendapat yang kontroversi.

Laktosa adalah suatu disakarida terdiri dari β-D-galaktosa dan D-glukosa. Galaktosa adalah C-4 epimer glukosa. Dengan kata lain, satu-satunya perbedaan antara glukosa dan galaktosa adalah inversi di C-4. Keterkaitan glikosidik β adalah (1,3,4), antara anomeric karbon C-1 bentuk β dari galaktosa dan C-4 karbon glukosa (Gambar . 19). Karena karbon anomeric glukosa tidak terlibat dalam hubungan glikosidik, dapat berbentuk baik α atau β. Dua anomeric bentuk laktosa bisa spesifik, dan istilah yang mengacu pada residu glukosa; galaktosa harus ada sebagai anomer β-, karena bentuk β dari galaktosa diperlukan oleh struktur laktosa. Laktosa adalah gula reduksi karena gugus di karbon anomeric dari bagian glukosa tidak terlibat dalam sebuah hubungan glikosidik, sehingga ia bebas untuk bereaksi dengan zat pengoksidasi. Maltosa adalah disakarida yang diperoleh dari hidrolisis pati. Ini terdiri dua residu D-glukosa dalam hubungan α (1,3,4). Maltosa berbeda dari selobiosa, disakarida yang diperoleh dari hidrolisis selulosa, hanya di ikatan glikosidik. Dalam selobiosa, dua residu D-glukosa yang terikat bersama dalam sebuah ikatan β (1,3,4) (Gambar. 19). Mamalia dapat mencerna maltosa, tetapi tidak bisa mencerna selobiosa. Ragi, khususnya ragi, mengandung enzim yang menghidrolisis pati dalam barley malt yang pertama maltosa dan kemudian menjadi glukosa, yang difermentasi pada proses peragian bir. Maltosa juga digunakan dalam minuman lain, seperti susu malt.

Gambar. 19. Struktur disakarida penting. Perhatikan bahwa notasi-HOH berarti konfigurasi dapat berupa   α atau β. Ketika gula D diambil dalam orientasi ini, jika gugus-OH berada di atas ring, konfigurasi disebut α. Konfigurasi disebut  β jika gugus-OH di bawah ring. Juga tercatat bahwa sukrosa tidak memiliki atom karbon bebas anomeric.

 

Sucrose

GAMBAR . 20. Struktur sucralosa. Perhatikan bahwa sucralosa (dipasarkan dengan nama dagang Splenda) berbeda dari sukrosa dalam substitusi klor selama tiga hidroksil.

Mohon maaf pada tulisan ini ada salah penulisan  yakni angka tiga (3) sebenarnya adalah tanda panah atau tanda strip contoh (1,3,4) sebenarnya adalah (1-4).