Monosakarida adalah karbohidrat paling sederhana dan diklasifikasikan menurut apakah mereka berasal dari aldehida atau keton.
Serta jumlah atom yang terkandung dalam molekul tersebut.
Heksosa mengandung enam atom karbon , dan ditemukan dalam makanan, sedangkan pentosa, ribosa, dan deoksiribosa mengandung lima atom karbon dan diproduksi selama metabolisme makanan.
Tiga gula umum: glukosa, galaktosa, dan fruktosa, memiliki rumus molekul yang sama: C6H12O6.
Heksosa unik seperti glukosa dan galaktosa tidak memerlukan pencernaan dan dapat diserap langsung ke dalam aliran darah.
Karena enam atom karbonnya, masing-masing adalah heksosa .
Meskipun ketiganya memiliki rumus molekul yang sama, susunan atomnya berbeda dalam setiap kasus.
Zat seperti ketiganya, yang memiliki rumus molekul identik tetapi rumus strukturnya berbeda, dikenal sebagai isomer struktur.
Glukosa
Karena glukosa adalah unit dari mana pati, selulosa, dan glikogen dibuat, dan karena peran khusus dalam proses biologis, mungkin ada lebih banyak kelompok glukosa di alam daripada kelompok organik lainnya.
Hal ini sangat penting di alam sebagai salah satu sumber energi utama bagi organisme hidup, baik tumbuhan maupun hewan.
Molekul glukosa pertama kali diisolasi pada tahun 1747 oleh ahli kimia Jerman Andreas Marggraf, yang memperolehnya dari kismis.
Nama glukosa pertama kali digunakan pada tahun 1838 oleh Jean Dumas pada awal abad.
Nama “glukosa” berasal dari kata Yunani dan Prancis untuk “manis,” mengacu pada keharusan, yang merupakan pemerasan manis pertama dari anggur ketika digunakan untuk membuat anggur.
Emil Fischer menyelidiki struktur dan sifat molekul, memenangkan Hadiah Nobel Kimia pada tahun 1902 untuk karyanya.
Bahan bakar alam (fungsi)
Glukosa adalah sumber energi yang siap pakai, karena atom karbonnya mudah teroksidasi untuk membentuk karbon dioksida, melepaskan energi dalam prosesnya.
Glukosa adalah gula yang dihasilkan oleh tumbuhan selama fotosintesis dan beredar dalam darah manusia dan hewan lain sebagai sumber energi.
Namun, tidak seperti bahan bakar hidrokarbon lainnya, yang tidak larut dalam air, banyak gugus OH dalam glukosa memungkinkannya untuk dengan mudah mengikat hidrogen dengan molekul air, membuatnya sangat larut dalam air.
Hal ini memungkinkan bahan bakar glukosa untuk dengan mudah diangkut dalam sistem biologis, misalnya dalam aliran darah hewan atau dalam getah tanaman.
Padahal, rata-rata orang dewasa memiliki antara 5 dan 6 gram glukosa dalam darahnya, yang akan menyuplai kebutuhan energi tubuh hanya dalam waktu 15 menit, setelah itu kadarnya harus diisi kembali dari senyawa yang telah disimpan di dalam tubuh yaitu hati.
Karena glukosa ditemukan dalam buah-buahan matang, nektar bunga, daun, getah, dan darah, glukosa telah diberi beberapa nama umum selama bertahun-tahun, seperti gula pati, gula darah, gula dalam anggur, dan gula jagung.
Nama sistematik (IUPAC) adalah -2, 3, 4, 5,6-Pentahidroksiheksanal.
Struktur glukosa
Glukosa disebut monosakarida, karena terdiri dari satu unit, tetapi unit gula individu dapat dirakit untuk membentuk rantai, seperti unit monomer berkumpul untuk membentuk polimer panjang.
Jika dua unit bergabung, disakarida terbentuk, contohnya adalah maltosa atau gula malt, laktosa atau gula susu, yang hanya ditemukan dalam susu mamalia, dan sukrosa yang merupakan gula meja, gula tebu atau gula bit.
Dimungkinkan untuk menggabungkan tiga unit glukosa untuk membentuk trisakarida, atau 4 untuk menghasilkan tetrasakarida, atau jumlah yang sangat besar untuk membuat polisakarida.
Karbohidrat kompleks ini adalah polimer yang digunakan baik untuk menyimpan energi maupun untuk membentuk bagian dari jaringan struktural organisme hidup.
Karena glukosa memiliki 6 atom karbon, ia diklasifikasikan sebagai heksosa. Secara khusus, ini adalah contoh aldoheksosa.
Ini adalah jenis monosakarida atau gula sederhana. Ini dapat ditemukan dalam bentuk linier atau siklus (paling umum).
Rumus sederhananya adalah CH2O, yang menunjukkan bahwa ada dua atom hidrogen untuk setiap atom karbon dan oksigen dalam molekul.
Gugus hidrogen dan -OH dapat berputar di sekitar atom karbon dalam glukosa, yang mengarah ke isomerisasi.
D-isomer, D-glukosa, ditemukan di alam dan digunakan untuk respirasi seluler pada tumbuhan dan hewan.
L-isomer, L-glukosa, tidak umum di alam, meskipun dapat dibuat di laboratorium.
Glukosa murni adalah bubuk putih atau kristal dengan massa molar 180,16 gram per mol dan kepadatan 1,54 gram per sentimeter kubik.
Titik leleh padatan tergantung pada apakah glukosa berada dalam konformasi alfa atau beta.
Titik leleh -D-glukosa adalah 146 ° C (295 ° F, 419 K). Titik leleh -D-glukosa adalah 150 ° C (302 ° F, 423 K).
Contohnya adalah pati, yang merupakan bentuk penyimpanan glukosa yang digunakan oleh tanaman. Ini ditemukan dalam butiran di daun, akar, dan bijinya.
Pati alami adalah campuran dari dua jenis polisakarida, amilosa dan amilopektin.
Amilosa adalah rantai lurus besar yang unit glukosanya dihubungkan oleh ikatan 1:4.
Di sisi lain, amilopektin terdiri dari banyak rantai amilosa yang dihubungkan bersama untuk membentuk struktur yang sangat bercabang.
Percabangan terjadi setiap 20 sampai 24 unit glukosa dan merupakan hasil dari ikatan 1:6 antar unit glukosa.
Amilopektin
Glikogen adalah molekul polimer yang digunakan untuk menyimpan glukosa pada hewan.
Ini mewakili sekitar 5% dari berat hati dan 0,5% dari berat otot dalam tubuh.
Struktur glikogen mirip dengan amilopektin karena merupakan molekul bercabang kuat yang mengandung rantai linier unit glukosa yang terhubung.
Ketika makanan dikonsumsi, glukosa yang dihasilkan dari pemecahan karbohidrat memasuki aliran darah.
Jika sejumlah besar glukosa tetap berada dalam darah, keseimbangan osmotik antara darah dan cairan sel akan terganggu dan sel akan rusak.
Namun, ini tidak terjadi, karena glukosa tidak tinggal di aliran darah, tetapi diubah menjadi glikogen di hati.
Molekul glikogen yang besar dan bercabang sangat ideal untuk penyimpanan karena tidak larut dan tidak dapat melewati membran sel.
Glukosa memiliki bentuk siklik yang paling stabil dari semua aldoheksosa karena hampir semua gugus hidroksi (-OH)-nya berada pada posisi ekuator. Pengecualian adalah gugus hidroksi pada karbon anomerik.
Glukosa larut dalam air, di mana ia membentuk larutan tidak berwarna. Ini juga larut dalam asam asetat, tetapi hanya sedikit dalam alkohol.
Ketika tingkat glukosa dalam darah turun dari yang digunakan dalam aktivitas sehari-hari sel, glikogen secara bertahap dipecah menjadi unit glukosa yang masuk kembali ke darah untuk menggantikan apa yang telah dikonsumsi.
Selulosa
Selulosa adalah polimer glukosa lain yang ditemukan di dinding sel tumbuhan. Lebih dari 50% dari total bahan organik di dunia adalah selulosa.
Misalnya, kayu mengandung sekitar 50% selulosa, dan kapas hampir 100% selulosa.
Ini adalah molekul linier yang kuat dan kaku, dan karakteristik ini memungkinkannya untuk digunakan sebagai pendukung struktural utama untuk tanaman.
Unit glukosa diikat erat oleh ikatan, tetapi kali ini setiap detik unit glukosa dibalik.
Ikatan ini disebut ikatan b, 1:4, dan tubuh manusia tidak memiliki enzim yang diperlukan untuk memutuskan ikatan ini.
Oleh karena itu, setiap selulosa yang kita makan melewati saluran pencernaan tidak tercerna, dan bertindak sebagai pakan ternak.
Namun, hewan yang diberi makan rumput seperti sapi dapat mencerna selulosa karena mereka memiliki perut ekstra untuk menahan rumput dalam jangka waktu yang lama saat dipecah oleh aksi bakteri khusus.
Gula darah
“Tingkat gula darah” adalah sumber energi langsung untuk respirasi sel.
Glukosa, yang juga dikenal sebagai dekstrosa, adalah gula yang cukup manis yang ditemukan dalam sayuran dan buah-buahan.
Ketika glukosa difermentasi oleh enzim zymase, dalam ragi, itu menghasilkan pembentukan karbon dioksida dan etil alkohol.
Ini adalah struktur dasar bahwa semua karbohidrat pada akhirnya direduksi, untuk transportasi melalui aliran darah dan untuk digunakan oleh sel-sel tubuh.
Dua rute yang berbeda terlibat dalam metabolisme glukosa: anaerobik dan aerobik.
Proses anaerobik terjadi di sitoplasma dan hanya cukup efisien.
Siklus aerobik terjadi di mitokondria dan menghasilkan pelepasan energi terbesar. Seperti namanya, bagaimanapun, itu membutuhkan oksigen.
Metabolisme glukosa
Pertama-tama, penting untuk dicatat bahwa glukosa adalah unsur utama untuk metabolisme manusia.
Organisme menggunakan glukosa untuk respirasi dan fermentasi sebagai pengganti karbohidrat lain.
Alasannya mungkin karena glukosa lebih kecil kemungkinannya untuk bereaksi dengan gugus amino dalam protein.
Reaksi antara karbohidrat dan protein, yang disebut glikasi, adalah bagian alami dari penuaan dan konsekuensi dari beberapa penyakit seperti diabetes, yang mempengaruhi fungsi protein.
Sebaliknya, glukosa dapat ditambahkan secara enzimatik ke protein dan lipid melalui proses glikosilasi, yang membentuk glikolipid dan glikoprotein aktif.
Meskipun dengan diet “seimbang” yang normal, konsentrasi glukosa dalam darah dari waktu ke waktu merupakan faktor kunci yang perlu dipertimbangkan dalam metabolisme: akumulasi dan pemecahan lemak.
Ketika darah memiliki konsentrasi glukosa yang tinggi untuk jangka waktu yang lama, pankreas mengaktifkan insulin, yang memberi sinyal pada sel untuk mengonsumsi glukosa.
Ini menempatkan mereka dalam penyimpanan sementara, yang disebut glikogen, dan meletakkan segala sesuatu yang lain dalam penyimpanan jangka panjang di dalam sel-sel lemak atau lemak tubuh.
Di sisi lain, ketika darah memiliki konsentrasi glukosa rendah untuk jangka waktu yang cukup, proses ini terbalik.
Pankreas melepaskan protein yang disebut glukagon, glikogen habis, sekelompok hormon lain (epinefrin, kortisol, testosteron) dimasukkan ke dalam sistem, dan trigliserida diekstraksi dari sel-sel lemak Anda dan diubah menjadi Asetil Co-A, yang merupakan kuncinya prekursor untuk proses yang digunakan tubuh untuk menghasilkan “energi” – ATP untuk sel.
Jadi dalam hal pencernaan, proses utama yang perlu dipertimbangkan adalah penyerapan glukosa di dalam dan melalui dinding usus.
Penting untuk dicatat bahwa tingkat mendapatkan glukosa bebas ke dalam aliran darah cukup tinggi ketika glukosa dilepaskan ke dalam tabung usus.
Sebagian besar glukosa diperoleh melalui gula meja biasa, tetapi juga diperoleh dari pati yang terkandung dalam makanan seperti roti, pasta, jagung, kentang, dan lain-lain.
Konsentrasi normal glukosa dalam darah adalah sekitar 0,1%, tetapi jauh lebih tinggi pada penderita diabetes.
Ketika glukosa mengalami proses oksidasi di dalam tubuh, proses ini disebut metabolisme, dalam proses ini glukosa melepaskan produk seperti karbon dioksida, air dan beberapa senyawa nitrogen, melepaskan energi yang dibutuhkan sel untuk fungsi dasarnya.
Dalam tubuh manusia, glukosa memasok sekitar 3,75 kilokalori energi per gram.
Ini dimetabolisme menjadi karbon dioksida dan air, menghasilkan energi dalam bentuk kimia sebagai ATP.
Meskipun diperlukan untuk banyak fungsi, glukosa sangat penting karena memasok sebagian besar energi untuk otak manusia.
Efisiensi energi dapat digunakan untuk bekerja atau untuk menjaga suhu tubuh.
Langkah pertama dalam pemecahan glukosa di semua sel adalah glikolisis, yang menghasilkan piruvat, yang merupakan titik awal untuk semua proses respirasi seluler lainnya.