Analisis Biokimia Karbohidrat: Tinjauan Struktural, Klasifikasi, dan Metode Identifikasi Laboratorium

Karbohidrat memegang peranan vital dalam kehidupan manusia, terutama sebagai penyedia energi utama bagi tubuh. Meskipun protein dan lemak juga berkontribusi sebagai sumber energi, dominasi karbohidrat dalam pola makan manusia menjadikannya bahan bakar primer bagi metabolisme. Dalam dunia medis dan kedokteran gigi, pemahaman mendalam mengenai struktur, jenis, dan reaksi kimia karbohidrat sangat penting untuk memahami proses fisiologis tubuh serta patofisiologi penyakit tertentu, seperti diabetes mellitus atau karies gigi.

Artikel ini akan mengulas secara komprehensif mengenai sifat fisik dan kimia karbohidrat, klasifikasi molekulernya, hingga metode identifikasi laboratorium yang umum digunakan.

Pengertian dan Struktur Dasar

Secara etimologis, istilah "karbohidrat" berasal dari kata "karbon" dan "hidrat" (air). Dahulu, para ilmuwan menduga bahwa senyawa ini merupakan hidrat dari karbon karena rasio atom hidrogen dan oksigennya (2:1) menyerupai molekul air. Meskipun secara struktur kimia hal ini tidak sepenuhnya tepat karena karbohidrat tidak mengandung molekul air bebas, istilah ini tetap digunakan hingga sekarang.

Struktur karbohidrat ditentukan oleh gugus fungsi yang dimilikinya, yaitu gugus hidroksil (-OH) serta gugus aldehida atau keton. Struktur ini mempengaruhi sifat fisika karbohidrat, salah satunya adalah aktivitas optik. Sebagai contoh, kristal glukosa murni yang dilarutkan dalam air akan memutar cahaya terpolarisasi ke arah kanan. Fenomena perubahan rotasi optik seiring berjalannya waktu hingga mencapai kestabilan disebut sebagai mutarotasi.

Sir Walter Norman Haworth (1937), seorang peraih Nobel Kimia, mengusulkan bahwa struktur karbohidrat dapat membentuk cincin segi enam (piran) atau segi lima (furan), yang kini dikenal sebagai Proyeksi Haworth.

Klasifikasi Karbohidrat

Berdasarkan ukuran molekulnya, karbohidrat diklasifikasikan menjadi tiga golongan utama: monosakarida, oligosakarida, dan polisakarida.

1. Monosakarida

Monosakarida adalah karbohidrat paling sederhana yang tidak dapat dihidrolisis menjadi bentuk yang lebih kecil.

• Glukosa (Dekstrosa): Merupakan aldoheksosa yang banyak terdapat dalam buah-buahan dan madu. Dalam tubuh manusia, kadar glukosa darah normal berkisar antara 70–100 mg/100 ml. Glukosa adalah gula pereduksi yang bereaksi positif terhadap reagen Benedict, Fehling, dan Barfoed.

• Fruktosa (Levulosa): Dikenal sebagai ketoheksosa dengan rasa yang lebih manis daripada glukosa dan sukrosa. Fruktosa bereaksi spesifik dengan pereaksi Seliwanoff (resorsinol-HCl) yang menghasilkan warna merah, menandakan adanya gugus ketosa.

• Galaktosa: Jarang ditemukan bebas di alam, biasanya berikatan dengan glukosa membentuk laktosa (gula susu). Galaktosa memiliki rasa yang kurang manis dibandingkan glukosa. Oksidasi galaktosa dengan asam nitrat pekat menghasilkan asam musat, yang memiliki bentuk kristal khas untuk identifikasi.

• Pentosa: Termasuk di dalamnya adalah Ribosa dan Deoksiribosa yang merupakan komponen vital penyusun asam nukleat (DNA dan RNA).

2. Oligosakarida

Golongan ini terdiri dari gabungan beberapa molekul monosakarida (biasanya 2 hingga 10). Yang paling umum adalah Disakarida:

• Sukrosa: Gula pasir yang kita kenal sehari-hari, tersusun dari glukosa dan fruktosa. Sukrosa tidak memiliki sifat mereduksi (non-reducing sugar) karena gugus fungsionalnya saling berikatan. Namun, jika dihidrolisis (dipecah), sukrosa akan menghasilkan "gula invert" yang terdiri dari glukosa dan fruktosa.

• Laktosa: Gula yang terdapat dalam susu, tersusun dari glukosa dan galaktosa. Berbeda dengan sukrosa, laktosa memiliki sifat mereduksi.

• Maltosa: Terbentuk dari dua molekul glukosa. Maltosa sering ditemukan sebagai hasil antara dalam proses pencernaan amilum (pati).

Selain disakarida, terdapat pula Trisakarida seperti Rafinosa (galaktosa-glukosa-fruktosa) dan Tetrasakarida seperti Stakiosa. Keduanya tidak memiliki sifat mereduksi dan tidak digunakan tubuh sebagai sumber karbohidrat utama.

3. Polisakarida

Polisakarida adalah makromolekul kompleks yang terdiri dari banyak unit monosakarida. Umumnya senyawa ini tidak berasa manis dan tidak memiliki sifat mereduksi.

• Amilum (Pati): Cadangan energi utama pada tumbuhan.

• Glikogen: Cadangan energi utama pada hewan dan manusia, disimpan di hati dan otot. Strukturnya mirip amilopektin namun lebih bercabang.

• Selulosa: Komponen struktural dinding sel tumbuhan. Manusia tidak memiliki enzim untuk mencerna selulosa, namun serat ini penting untuk pencernaan.

• Mukopolisakarida: Heteropolisakarida yang mengandung gula amino, contohnya Asam Hialuronat pada jaringan ikat dan Heparin (antikoagulan darah).

Uji Identifikasi Biokimia Karbohidrat

Dalam laboratorium, keberadaan dan jenis karbohidrat dapat diidentifikasi melalui berbagai reaksi kimia spesifik yang memanfaatkan sifat pereduksi maupun reaksi pembentukan warna.

Uji Daya Mereduksi (Benedict, Fehling, Barfoed)

Banyak karbohidrat (kecuali sukrosa dan polisakarida) memiliki gugus aldehida atau keton bebas yang dapat mereduksi ion logam.

• Uji Benedict: Reagen yang mengandung kuprisulfat, natrium karbonat, dan natrium sitrat ini lebih peka daripada Fehling. Adanya gula pereduksi (seperti glukosa) akan mereduksi ion Cu²⁺ menjadi endapan Cu₂O yang berwarna hijau, kuning, atau merah bata tergantung konsentrasi gula.

• Uji Barfoed: Digunakan untuk membedakan monosakarida dan disakarida. Monosakarida mereduksi pereaksi ini lebih cepat dibandingkan disakarida.

Uji Molish (Dehidrasi Asam)

Ini adalah uji umum untuk semua jenis karbohidrat. Asam pekat (H₂SO₄) akan menda-hidrasi karbohidrat membentuk furfural, yang kemudian bereaksi dengan alfa-naftol membentuk cincin berwarna ungu.

Uji Seliwanoff

Spesifik untuk mendeteksi gugus ketosa (seperti pada fruktosa). Fruktosa akan bereaksi dengan resorsinol dalam suasana asam menghasilkan kompleks berwarna merah ceri. Glukosa (aldosa) tidak memberikan reaksi positif atau bereaksi sangat lambat.

Uji Osazon

Pemanasan karbohidrat dengan fenilhidrazin akan membentuk kristal osazon yang memiliki bentuk mikroskopis spesifik (seperti jarum atau serabut). Ini berguna untuk membedakan jenis gula berdasarkan bentuk kristalnya.

Relevansi Klinis

Pemahaman mengenai reaksi-reaksi di atas memiliki implikasi medis. Misalnya, prinsip reduksi Benedict digunakan dalam pemeriksaan glukosa urine untuk mendeteksi diabetes. Selain itu, pemahaman tentang hidrolisis sukrosa dan laktosa sangat relevan dalam memahami metabolisme energi dan masalah pencernaan seperti intoleransi laktosa.

Bagi praktisi kesehatan gigi, pengetahuan tentang karbohidrat—terutama sukrosa dan glukosa—sangat krusial mengingat peranannya sebagai substrat bagi bakteri mulut dalam proses pembentukan asam yang menyebabkan karies gigi.

---

Referensi: McGilvery & Goldstein (1996), Harper et al (1979).