Pembentukan Struktur Sekunder dan Tersier Pada Protein

Struktur protein
Ada 4 tingkat struktur protein yaitu struktur primer, struktur sekunder, struktur tersier dan struktur kuartener.
1. Struktur primer
Struktur primer adalah urutan asam-asam amino yang membentuk rantai polipeptida (Gambar 2.5). Struktur primer protein merupakan urutan asam amino penyusun proteinyangdihubungkan melalui ikatan peptida (amida). Frederick Sanger merupakan ilmuwan yangberjasa dengan temuan metode penentuan deret asam amino pada protein, denganpenggunaan beberapa enzim protease yang mengiris ikatan antara asam amino tertentu,menjadi fragmen peptida yang lebih pendek untuk dipisahkan lebih lanjut dengan bantuankertas kromatografik. Urutan asam amino menentukan fungsi protein, pada tahun 1957,Vernon Ingram menemukan bahwa translokasi asam amino akan mengubah fungsi protein, danlebih lanjut memicu mutasi genetik.

2. Struktur sekunder
Struktur sekunder protein bersifat reguler, pola lipatan berulang dari rangka protein.Dua pola terbanyak adalah alpha helix dan beta sheet.Struktur sekunder protein adalah struktur tiga dimensi lokal dari berbagai rangkaian asam amino pada protein yang distabilkan oleh ikatan hidrogen. Berbagai bentuk struktur sekunder misalnya ialah sebagai berikut:
o alpha helix (α-helix, “puntiran-alfa”), berupa pilinan rantai asam-asam amino berbentuk seperti spiral;
o beta-sheet (β-sheet, “lempeng-beta”), berupa lembaran-lembaran lebar yang tersusun dari sejumlah rantai asam amino yang saling terikat melalui ikatan hidrogen atau ikatan tiol (S-H);
o beta-turn, (β-turn, “lekukan-beta”); dan
o gamma-turn, (γ-turn, “lekukan-gamma”).[4]
Lihat Gambar 2.6.

3. Struktur tersier
Struktur tersier protein adalah lipatan secara keseluruhan dari rantai polipeptida sehingga membentuk struktur 3 dimensi tertentu.Sebagai contoh, struktur tersier enzim sering padat, berbentuk globuler.Struktur tersier yang merupakan gabungan dari aneka ragam dari struktur sekunder. Struktur tersier biasanya berupa gumpalan.Beberapa molekul protein dapat berinteraksi secara fisik tanpa ikatan kovalen membentuk oligomer yang stabil (misalnya dimer, trimer, atau kuartomer) dan membentuk struktur kuartener.

4. Struktur kuartener
Beberapa protein tersusun atas lebih dari satu rantai polipeptida.Struktur kuartener menggambarkan subunit-subunit yang berbeda dipak bersama-sama membentuk struktur protein.

PERMASALAHAN :

1. Jelaskan mengenai pola alpha helix dan beta sheet pada struktur protein sekunder dengan bahasamu sehingga mudah dimengerti! 

2. Sebutkan perbedaan paling mencolok dari struktur protein sekunder dan tersier!

3. Apa fungsi ikatan hidrogen pada struktur sekunder protein?

4. Apakah struktur tersier protein dapat dipecah kembali menjadi struktur sekunder?

Reaksi-Reaksi Spesifik Pada Nukleotida

Struktur Nukleotida

Mari kita memperbesar DNA. Kita memasuki inti sel, mengungkap kromosom, dan melihat untai ganda tipis. Perbesar Gambar lebih jauh, dan Anda akan melihat bahwa masing-masing helai terbuat dari kecil bahan bangunan yang disebut nukleotida. Dengan DNA tampak seperti tangga memutar, setiap blok bangunan, atau nukleotida, termasuk setengah anak tangga (setengah lainnya milik untai lainnya) dan sedikit dari bagian vertikal tangga. Nukleotida juga ada dengan sendirinya dan dapat menjadi bagian dari molekul penting lainnya selain DNA. Misalnya, energi pembawa ATP adalah bentuk nukleotida.

Komponen Nukleotida

Nukleotida selalu memiliki basa nitrogen, gula, dan satu atau lebih fosfat. Mari kita belajar tentang setiap bagian.
Basis nitrogen
Disebut basa untuk jangka pendek, ini mungkin adenin, timin, sitosin, guanin, atau urasil. Mereka diberi nama setelah fakta bahwa mereka basa, bukan asam, dan mereka masing-masing berisi beberapa atom nitrogen. Nukleotida dapat berpasangan satu sama lain: pasangan sitosin dengan guanin, dan pasangan adenin dengan timin (pada DNA) atau urasil (RNA).

Gula
Ada banyak jenis gula, namun ada dua yang penting di sini: Ribosa merupakan gula yang Anda akan melihatnya pada RNA. Ada versi ribosa yang memiliki atom oksigen yang hilang, dan kita menyebutnya gula deoksiribosa. Itulah jenis gula dalam nukleotida DNA. (Ingat bahwa DNA adalah singkatan dari Asam deoksiribonukleat.)
Q
Fosfat adalah atom fosfor terikat empat atom oksigen. Ikatan antara fosfat adalah energi yang sangat tinggi dan bertindak sebagai bentuk penyimpanan energi. Ketika ikatan rusak, energi yang dihasilkan dapat digunakan untuk melakukan pekerjaan.

METABOLISME NUKLEOTIDA

SECARA UMUM

Persyaratan untuk metabolisme nukleotida dan basis serumpun mereka dapat dipenuhi dengan baik asupan makanan atau sintesis de novo dari molekul berat rendah prekursor. Memang, kemampuan untuk menyelamatkan nukleotida dari sumber dalam tubuh dapat mengurangi apapun kebutuhan gizi untuk nukleotida, sehingga purin dan basa pirimidin tidak diperlukan dalam makanan. Jalur penyelamatan adalah sumber utama dari nukleotida untuk sintesis DNA, RNA dan enzim co-faktor.

Ekstraselular hidrolisis asam nukleat ditelan terjadi melalui tindakan bersama dari endonuklease, phosphodiesterases dan phosphorylases nukleosida. Endonuklease mendegradasi DNA dan RNA di situs internal menyebabkan produksi oligonucleotides. Oligonucleotides selanjutnya dicerna oleh phosphodiesterases bahwa tindakan dari ujung ke dalam menghasilkan nukleosida bebas. Dasar yang terhidrolisis dari nukleosida oleh aksi phosphorylases yang menghasilkan ribosa-1-fosfat dan bebas basa. Jika nukleosida dan / atau basa tidak kembali memanfaatkan lebih lanjut basa purin menjadi asam urat terdegradasi dan pirimidin untuk β-aminoiosobutyrate, NH₃ dan CO_2.

Baik menyelamatkan dan jalur sintesis de novo dari purin dan memimpin biosintesis pirimidin untuk produksi nukleosida-5′-fosfat melalui pemanfaatan suatu gula diaktifkan menengah dan kelas enzim yang disebut phosphoribosyltransferases. Gula aktif yang digunakan adalah 5-phosphoribosyl-1- pirofosfat, PRPP. PRPP dihasilkan oleh tindakan sintetase PRPP dan memerlukan energi dalam bentuk ATP seperti yang ditunjukkan:

Perhatikan bahwa reaksi ini melepaskan AMP. Oleh karena itu, 2 fosfat energi setara tinggi dikonsumsi selama reaksi.

BIOSINTESIS NUKLEOTIDA PURIN

Terjadinya sintesis purin dalam hati. Sintesis dari nukleotida purin dimulai dengan PRPP dan mengarah ke penuh pertama terbentuk nukleotida, inosine 5′-monophosphate (IMP). jalur ini adalah diagram di bawah ini. Basis purin tanpa terikat pada molekul ribosa terlampir adalah Hipoxantina. Basis purin dibangun di atas ribosa dengan beberapa amidotransferase dan reaksi transformylation. Sintesis IMP membutuhkan lima mol ATP, dua mol glutamin, satu mol glisin, satu mol CO _2, satu mol aspartate dan dua mol formate. Para moieties formil dilakukan pada tetrahydrofolate (THF) dalam bentuk N ^5,N ^{10-methenyl-THF} dan N^{10-formil-THF.}

Sintesis AMP dan GMP dari IMP

Sintesis pertama terbentuk sepenuhnya nukleotida purin, monophosphate inosine, IMP dimulai dengan 5-phospho-α-ribosyl-1-pirofosfat, PRPP. Melalui serangkaian reaksi menggunakan ATP, tetrahydrofolate (THF) derivatif, glutamin, glisin dan aspartate ini menghasilkan jalur IMP. Tingkat membatasi reaksi ini dikatalisis oleh glutamin amidotransferase PRPP, enzim ditunjukkan oleh 1 pada Gambar tersebut. Struktur nucleobase dari IMP (Hipoxantina) akan muncul.

IMP merupakan titik cabang untuk biosintesis purin, karena dapat dikonversi menjadi baik AMP atau GMP melalui dua jalur reaksi yang berbeda. jalur yang mengarah ke AMP memerlukan energi dalam bentuk GTP; yang mengarah ke GMP memerlukan energi dalam bentuk ATP. Pemanfaatan GTP dalam jalur untuk sintesis AMP memungkinkan sel untuk mengontrol proporsi AMP dan GMP untuk dekat kesetaraan. GTP akumulasi kelebihan akan menyebabkan sintesis AMP dipercepat dari IMP sebaliknya, dengan mengorbankan sintesis GMP. Sebaliknya, sejak konversi IMP untuk GMP memerlukan ATP, akumulasi kelebihan ATP menyebabkan sintesis percepatan GMP atas yang AMP.

KATABOLISME DAN SALVAGE DARI NUKLEOTIDA PURIN

Katabolisme dari nukleotida purin akhirnya mengarah ke produksi asam urat yang larut dan dikeluarkan dalam urin sebagai kristal natrium urat.

KATABOLISME NUKLEOTIDA PURIN

Sintesis nukleotida dari basa purin dan nukleosida purin terjadi dalam serangkaian langkah-langkah yang dikenal sebagai jalur penyelamatan. Dasar bebas purin, adenin, guanin, dan Hipoxantina, dapat dikonversi untuk nukleotida yang berhubungan dengan phosphoribosylation. Dua enzim transferase kunci yang terlibat dalam sisa dari purin: phosphoribosyltransferase adenosine (APRT), yang mengkatalisis reaksi berikut:

adenin + PRPP <-> AMP + PP _i

dan Hipoxantina-guanin phosphoribosyltransferase (HGPRT), yang mengkatalisis reaksi berikut:

Hipoxantina + PRPP <-> IMP + PP _i

guanin + PRPP <-> GMP + PP _i

Sebuah enzim penting kritis sisa barang purin dengan cepat membagi sel adalah adenosin deaminase (ADA) yang mengkatalisis deaminasi untuk inosine disebut adenosin. Defisiensi ADA dalam hasil dalam gangguan severe combined immunodeficiency, SCID (dan diuraikan di bawah).

SIKLUS METABOLISME NUKLEOTIDE PURIN

Siklus nukleotida purin melayani fungsi penting dalam latihan otot. Generasi fumarat menyediakan otot rangka hanya dengan sumbernya dari substrat anapleurotic untuk siklus TCA . Dalam rangka untuk operasi lanjutan siklus selama latihan, protein otot harus digunakan untuk memasok nitrogen amino bagi generasi aspartate. Generasi asparate terjadi oleh reaksi transaminasi standar yang interconvert asam amino dengan α-ketoglutarate untuk membentuk glutamat dan glutamat dengan oxaloacetate untuk membentuk aspartat. Myoadenylate deaminase adalah khusus isoenzyme AMP deaminase otot, dan kekurangan dalam memimpin deaminase myoadenylate untuk pasca-latihan kelelahan, kram dan mialgia.

BIOSINTESIS NUKLEOTIDA PIRIMIDIN

Sintesis pirimidin kurang kompleks dibandingkan dengan purin, karena dasar jauh lebih sederhana. . Basis menyelesaikan pertama adalah berasal dari 1 mol glutamin, satu mol ATP dan satu mol CO ₂ (yang merupakan karbamoilfosfat) dan satu mol aspartate. Sebuah mol tambahan glutamin dan ATP diperlukan dalam konversi UTP untuk CTP. Jalur biosintesis pirimidin adalah diagram di bawah ini.

Karbamoilfosfat digunakan untuk sintesis nukleotida pirimidin berasal dari glutamin dan bikarbonat, dalam sitosol, yang bertentangan dengan siklus urea carbamoyl fosfat berasal dari amonia dan bikarbonat dalam mitokondria. Reaksi siklus urea dikatalisis oleh sintetase karbamoilfosfat I (CPS-I) sedangkan prekursor nukleotida pirimidin disintesis oleh CPS-II. Carbamoyl phosphate is then condensed with aspartate in a reaction catalyzed by the rate limiting enzyme of pyrimidine nucleotide biosynthesis, aspartate transcarbamoylase (ATCase). karbamoilfosfat kemudian kental dengan aspartat dalam reaksi dikatalisis oleh enzim rate limiting biosintesis nukleotida pirimidin, transcarbamoylase aspartate (ATCase).

Sintesis karbamoilfosfat oleh CPS II

Sintesis UMP dari karbamoilfosfat. Carbamoyl fosfat digunakan dalam sintesis nukleotida pirimidin berbeda dari yang disintesis pada siklus urea, yang merupakan sintesis dari glutamin bukan amonia dan disintesis dalam sitosol.  Reaksi ini dikatalisis oleh fosfat II carbamoyl sintetase (CPS-II). Selanjutnya karbamoilfosfat dimasukkan ke dalam jalur biosintesis nukleotida pirimidin melalui aksi transcarbamoylase aspartate, ATCase (enzim # 1) yang merupakan rate limiting langkah dalam biosintesis pirimidin Setelah selesai sintesis UMP dapat terfosforilasi untuk UTP dan digunakan sebagai substrat untuk synthase CTP untuk sintesis nukleotida CTP uridina. Juga merupakan prekursor untuk sintesis de novo dari nukleotida timin.

Sintesis pirimidin berbeda dalam dua cara yang signifikan dari tahun purinPertama, struktur cincin dipasang sebagai basa bebas, tidak dibangun di atas PRPP. PRPP akan ditambahkan ke base pertama terbentuk sepenuhnya pirimidin (asam orotic), membentuk monophosphate orotate (OMP), yang kemudian dekarboksilasi menjadi UMP. Kedua, tidak ada cabang di jalur sintesis pirimidin.  UMP adalah fosforilasi dua kali untuk menghasilkan UTP (ATP merupakan donor fosfat). Yang pertama adalah fosforilasi dikatalisis oleh kinase uridylate dan yang kedua oleh nukleosida difosfat kinase mana-mana. Akhirnya UTP adalah aminated oleh aksi synthase CTP, menghasilkan CTP. Para nukleotida timin yang pada gilirannya diturunkan oleh sintesis de novo dari Dump atau dengan jalur selamatkan dari deoxyuridine atau deoxythymidine.

Sintesis CTP dari UTP

SINTESIS NUKLEOTIDA TIMIN

De novo jalan menuju dTTP sintesis pertama yang membutuhkan penggunaan Dump dari metabolisme baik UDP atau CDP. tempat pembuangan sampah diubah menjadi dTMP oleh aksi synthase timidilat. Kelompok metil (ingat timin yang 5-metil urasil) adalah disumbangkan oleh N ^{5, 10-metilen} THF N, mirip dengan sumbangan dari kelompok metil selama biosintesis dari purin.  Sifat unik dari tindakan synthase timidilat adalah bahwa THF dikonversi menjadi dihydrofolate (DBD), yang hanya menghasilkan reaksi seperti DBD dari THF. Agar reaksi synthase timidilat untuk melanjutkan, THF harus dibuat ulang dari DBD. Hal ini dilakukan melalui aksi reduktase dihydrofolate (DHFR). . THF kemudian dikonversi menjadi N ^5,N^10-THF melalui tindakan transferase hidroksimetil serin. Peran penting dalam biosintesis nukleotida DHFR timidin membuat target yang ideal untuk agen kemoterapi (lihat di bawah).

Sintesis dTMP dari Dump

Jalur penyelamatan untuk dTTP melibatkan sintesis enzim kinase timidin yang dapat menggunakan salah satu atau deoxyuridine timidin sebagai substrat:

timidin + ATP <-> TMP + ADP

deoxyuridine + ATP <-> ADP + Dump

Aktivitas timidin kinase (salah satu dari berbagai deoxyribonucleotide kinase) adalah unik karena berfluktuasi dengan siklus sel, naik ke puncak aktivitas selama fase sintesis DNA; itu dihambat oleh dTTP.

KATABOLISME DAN SALVAGE DARI NUKLEOTIDA PIRIMIDIN

Katabolisme dari nukleotida pirimidin akhirnya menyebabkan β-alanin (ketika CMP dan UMP yang rusak) atau β-aminoisobutyrate (ketika dTMP diturunkan) dan NH ₃dan CO _2. The β-alanin dan β-aminoisobutyrate berfungsi sebagai donor-NH ₂ di transaminasi dari α-ketoglutarate untuk glutamat.Reaksi selanjutnya mengubah produk untuk malonyl-KoA (yang dapat dialihkan ke sintesis asam lemak) atau methylmalonyl-KoA (yang dikonversikan ke succinyl-KoA dan dapat didorong dengan siklus TCA).

Sisa barang dari basa pirimidin memiliki signifikansi klinis kurang daripada purin, karena kelarutan dengan-produk katabolisme pirimidin. Namun, seperti yang ditunjukkan di atas, jalur penyelamatan untuk sintesis nukleotida timidin sangat penting dalam persiapan untuk pembelahan sel. Urasil dapat diselamatkan untuk membentuk UMP melalui tindakan bersama dari fosforilase uridina dan uridina kinase, seperti ditunjukkan:

urasil fosfat + ribosa-1-<-> uridina + P _i

uridina + ATP -> ADP + UMP

. Deoxyuridine juga merupakan substrat untuk fosforilase uridina. Pembentukan dTMP, dengan menyelamatkan dari dTMP membutuhkan fosforilase timin dan sebelumnya dihadapi kinase timidin:

timin <+ deoksiribosa-1-fosfat -> timidin + P _i

timidin + ATP -> ADP + dTMP

Sisa barang dari deoxycytidine ini dikatalisis oleh kinase deoxycytidine:

deoxycytidine + ATP <-> dCMP + ADP

Deoxyguanosine Deoxyadenosine dan juga substrat untuk kinase deoxycytidine, meskipun _m K untuk substrat ini jauh lebih tinggi daripada deoxycytidine.

Fungsi utama dari kinase pirimidin nukleosida adalah untuk menjaga keseimbangan selular antara tingkat pirimidin nukleosida dan monophosphates pirimidin nukleosida. Namun, karena keseluruhan selular dan konsentrasi plasma dari pirimidin nukleosida, serta mereka yang ribosa-1-fosfat, rendah, sisa barang dari pirimidin oleh kinase ini relatif tidak efisien.

Referensi :

Michael W. Michael W. King, Ph.D / IU School of Medicine / miking at iupui.edu Raja, Ph.D / IU School of Medicine / miking di iupui.edu

PERMASALAHAN :

1. Apa perbedaan mencolok antara DNA dan RNA?

2. Apa yang dimaksud dengan purin dan pirimidin?

3. Sebutkan pasangan nukleobasa baik itu pada DNA maupun RNA!

4. Jelaskan mengenai penamaan nukleotida!

Penentuan Stereokimia Pada Monosakarida

MONOSAKARIDA

A.      Pengertian

Monosakarida (dari Bahasa Yunani mono: satu, sacchar: gula) adalah senyawa karbohidratdalam bentuk gula yang tidak dapat dihidrolisis menjadi bentuk yang lebih sederhana. Beberapa monosakarida mempunyai rasa manis. Sifat umum dari monosakarida adalah larut air, tidak berwarna, dan berbentuk padat kristal. Contoh dari monosakarida adalah glukosa (dextrosa), fruktosa (levulosa),galactosa, xylosa dan ribosa. Monosakarida merupakan senyawa pembentuk disakarida (sepertisukrosa) dan polisakarida (seperti selulosa dan amilum).

Monosakarida digolongkan berdasarkan jumlah atom karbon yang dikandungnya (triosa,tetrosa, pentosa, heksosa, dan heptosa) dan gugus aktifnya, yang bisa berupa aldehida atau keton. Ini kemudian bergabung, menjadi misalnya aldoheksosa dan ketotriosa. Selanjutnya, tiap atom karbon yang mengikat gugus hidroksil (kecuali pada kedua ujungnya) bersifat optik aktif, sehingga menghasilkan beberapa karbohidrat yang berlainan meskipun struktur dasarnya sama. Sebagai contoh,galaktosa adalah aldoheksosa, namun memiliki sifat yang berbeda dari glukosa karena atom-atomnya disusun berlainan.

B. Ciri – Ciri Monosakarida

1)      Kristal monosakarida tidak berwarna dan larut dalam air tetapi tidak larut dalam pelarut non polar.

2)      Umumnya monosakarida berasa manis.

3)      Susunan atom pada monosakarida tidak bercabang.

4)  Satu atom dari atom karbon membentuk ikatan ganda dengan atom oksigen membentuk gugus karbonil.

5)   Bila gugus karbonil ini membentuk pada ujung rantai karbon, monosakarida ini memiliki aldehid sehingga disebut aldosa, dan apabila gugus karbonil terbentuk pada atom karbon yang lain, monosakarida ini adalah suatu keton dan disebut ketosa.

6)   Diantara monosakarida glukosa (aldosa) dan fruktosa (ketosa) adalah yang paling banyak terdapat dialam.

7)      larutannya bersifat optis aktif.

8)      larutan monosakarida yg baru dibuat mengalami perubahan sudut putaran disebut mutarrotasi.

9)      semua monosakarida merupakan reduktor sehingga disebut gula pereduksi

C. Macam – Macam Monosakarida

Monosakarida biasanya memiliki tiga sampai sembilan atom karbon, dan berdasarkan jumlah atom karbon penyusunnya, monosakarida dibedakan alas triosa, tetrosa, pentosa, heksosa, heptosa, oktosa, dan nonosa. Jadi, triosa adalah monosakarida yang mempunyai tiga atom karbon. Monosakarida yang paling banyak ditemukan di alam adalah pentosa dan heksosa. Meskipun demikian, triosa, beberapa tetrosa, dan beberapa heptosa juga berperanan penting dalam metabolisme hewan, manusia, dan tanaman.

Sebagian besar monosakarida dikenal sebagai heksosa, karena terdiri atas 6-rantai atau cincin karbon. Atom-atom hidrogen dan oksigen terikat pada rantai atau cincin ini secara terpisah atau sebagai gugus hidroksil (OH). Ada tiga jenis heksosa yang penting dalam ilmu gizi, yaitu glukosa, fruktosa, dan galaktosa. Ketiga macam monosakarida ini mengandung jenis dan jumlah atom yang sama, yaitu 6 atom karbon, 12 atom hidrogen, dan 6 atom oksigen. Perbedaannya hanya terletak pada cara penyusunan atom-atom hidrogen dan oksigen di sekitar atom-atom karbon. Perbedaan dalam susunan atom inilah yang menyebabkan perbedaan dalam tingkat kemanisan, daya larut, dan sifat lain ketiga monosakarida tersebut. monosakarida yang terdapat di alam pada umumnya terdapat dalam bentuk isomer dekstro (D). gugus hidroksil ada karbon nomor 2 terletak di sebelah kanan. Struktur kimianya dapat berupa struktur terbuka atau struktur cincin. Jenis heksosa lain yang kurang penting dalam ilmu gizi adalah manosa. Monosakarida yang mempunyai lima atom karbon disebut pentosa, seperti ribosa dan arabinosa.

Berikut macam-macam monosakarida : dengan ciri utamanya memiliki jumlah atom C berbeda-beda :

1)      Triosa ( C3)    : Gliserosa, Gliseraldehid, Dihidroksi aseton

2)      Tetrosa (C4)  : threosa, Eritrosa, xylulosa

3)      Pentosa (C5)  : Lyxosa, Xilosa, Arabinosa, Ribosa, Ribulosa

4)      Hexosa (C6)  : Galaktosa, Glukosa, Mannosa, fruktosa

5)      Heptosa (C7) : Sedoheptulosa

~ Aldosa (mis: Glukosa) memiliki gugus aldehid pada salah satu ujungnya.

~ Ketosa (mis: Fruktosa) biasanya memiliki gugus keto pada atom C2

D. Bentuk Cincin Monosakarida

Gugus karbonil aldehid bersifat reaktif dan dengan mudah mengalami nukleifilik yang diambil oleh atom oksigen dari gugus hidroksil untuk menghasilkan hemiasetal. Gugus hidroksil hemiasetal dapat bereaksi lebih jauh (dengan kondensasi) dengan gugus hidroksil dari alkohol menghasilkan acetal. Reaksi gugus karbonil ketosa hampir sama.

Bentuk hemiasetal dapat terjadi dalam gula molekul aldosa atau ketosa yang sama dimana karbonil fungsional bereaksi dengan salah satu gugus hidroksilnya. Hasilnya adalah enam-anggota cincin gula yang disebut piranosa. Dalam hal ini atom oksigen dari gugus hidroksil pada C-5 untuk bereaksi membentuk cincin, C-5 harus berotasi untuk membawa atom oksigennya ke atas/naik. Rotasi ini mem-bawa gugus hidroksimetil (C-6) ke posisi di atas cincin. Gambar cincin D-glukopiranosa di bawah ini menunjukkan proyeksi Haworth.

Gula dapat juga membentuk lima-anggota cincin yang disebut dengan furanosa, namun jarang terjadi. Ketika atom karbon dari gugus karbonil terlibat dalam formasi cincin, untuk menjadi hemiasetal (piranosa atau furanosa), ia menjadi kiral. Dengan gula-D konfigurasi yang memiliki gugus hidroksil di bawah cincin disebut dengan bentuk alpha.

Pembentukan Hemiasetal dan Hemiketal

Aldehid dan keton dapat bereaksi dengan alkohol membentuk hemiasetal dan hemiketal.

Hemiasetal dan hemiketal sikliks terbentuk jika gugus keton atau aldehid dan alkohol terbentuk dalam 1 molekul

Contoh : 4-Hidroksipentanal

Monosakarida mempunyai gugus karbonil (keton/aldehid) dan gugus hidroksil dalam tiap molekulnya. Oleh karena itu monosakarida dapat membentuk hemiasetal atau hemiketal sikliks.misalnya: glukosa dan fruktosa.

Pembentukan Cincin Piranosa

Pembentukan Cincin Furanosa

Stereokimia Monosakarida

Berdasarkan stereokimia, monosakarida terbagi menjadi beberapa golongan.Stereokimia adalah studi mengenai susunan spasial dari molekul. Salah satu bagian dari stereokimia adalah stereoisomer. Stereoisomer  mengandung   pengertian:

1)      memiliki kesamaan order dan jenis ikatan

2)      memiliki perbedaan susunan spasial

3)      memiliki perbedaan properti (sifat).

Struktur glukosa atau karbohidrat yang lain dapat digambarkan dalam tiga bentuk stereokimia:

1)      Proyeksi Fischer (rantai lurus/linier)

2)      Struktur Haworth (siklik/cincin sederhana)

3)      konformasi kursi

Namun para kimiawan sering menggambarkan struktur monosakarida siklik menggunakan proyeksi Haworth bukan proyeksi Fischer.

Proyeksi Haworth dan Proyeksi Fischer

Proyeksi Haworth tidak menggambarkan yang sesungguhnya karena cincin piranosa yang sesungguhnya membentuk kursi seperti sikloheksana tidak datar. Meski demikian proyeksi ini digunakan secara luas.

Proyeksi Fischer ~> Proyeksi Haworth :

Gugus Hidroksil yang ada dikanan pada proyeksi Fischer digambarkan dibawah pada proyeksi Haworth dan sebaliknya. Untuk gula D gugus -CH₂OH ujung selalu digambarkan diatas, gula L sebaliknya.

Enantiomer merupakan pasangan dari stereoisomer. Dalam hal ini terdapat aturan yaitu:

1)      Diberi awalan D dan L

2)      Keduanya merupakan gambar cermin yang tak mungkin saling tumpang tindih.

Notasi D Vs L

Notasi D dan L dilakukan karena adanya atom C dengan konfigurasi asimetris seperti pada gliseraldehida.

E. Sifat Monosakarida

a.    Reaksi dengan basa dan asam

Apabila glukosa dilarutkan ke dalam basa encer, beberapa jam kemudian dihasilkan campuran yang terdiri dari fruktosa, manosa, dan sebagian glukosa semula. Sedangkan, dalam basa encer, monosakarida sangat stabil, tetapi jika aldoheksosa dipanaskan dalam asam kuat, akan mengalami dehidrasi dan diperoleh bentuk hidroksimetil furtural. Dalam bentuk yang sama, pentose juga akan berubah menjadi bentuk furtural.

b.    Gula pereduksi

Sebagian karbohidrat  bersifat gula pereduksi. Sifat gula pereduksi ini disebabkan adanya gugus aldehida dan gugus keton yang bebas, sehingga dapat mereduksi ion-ion logam. Gugus aldehida pada aldoheksosa mudah teroksidasi menjadi asam karboksilat dalam pH netral oleh zat pengoksidasi atau enzim. Dalam zat pengoksidasi kuat, gugus aldehida dan gugus alkohol primer akan teroksidasi membentuk asam dikarboksilat atau asam ardalat. Gugus aldehida atau gugus keton monosakarida dapat direduksi secara secara kimia menjadi gula alkohol, misalnya D-sorbito yang berasal dari D-glukosa.

c.    Pembentukan glikosida

Monosakarida dapat membentuk glikosida dan asetal. Jika gugus hidroksil pada sebuah molekul gula bereaksi dengan hidroksil dari hemiasetal atau hemiaketal molekul gula yang lain, maka akan terbentuk glikosida yang disebut disakarida. Ikatan ini dinamakan ikatan glikosida yang berfungsi untuk menghubungkan sejumlah besar unit monosakarida menjadi polisakarida.

d.   Pembentukan ester

Semua monosakarida atau polisakarida dapat terasetilasi oleh asam asetat anhidrida yang berlebihan membentuk O-asetil-α-D-glukosa. Gugus asetil yang berikatan secara ester ini bisa dihidrolisis oleh asam atau basa. Sifat ini sering juga digunakan untuk penentuan struktur karbohidrat. Senyawa ester yang penting dalam dalam metabolisme adalah ester fosfat.

e.    Fenilosazon dan Osazon

Monosakarida dapat bereaksi dengan larutan fenil hidrazin dalam suasana asam pada suhu 100^oC, membentuk ozazon. Senyawa ini tidak larut dalam air dan mudah mengkristal. Glukosa, fruktosa, dan manosa akan menghasilkan fenolsazon yang sama, selanjutnya, akan terbentuk asazon yang berwarna, mengkristal secara khas, dan dapat digunakan untuk menentukan jenis karbohidrat.

F. Kelarutan

Monosakarida larut dalam air tetapi tidak larut dalam pelarut nonpolar, hal ini karena monosakarida memiliki komponen terluar tiap molekulnya yaitu atom O dan H yang bisa "menempel" dengan atom O dan H dari air. Atom O dari monosakarida menempel dengan atom H dari air, dan atom H dari monosakarida menempel dengan atom O dari air.

Pelarut organik hampir semuanya hanya memiliki komponen atom terluar berupa atom H, sehingga tidak bisa menempel dengan atom O dari monosakarida. Eter yang memiliki atom O, seluruh lengan elektronnya sudah berikatan kuat dengan atom C yang ada di sebelah kanan dan kirinya sehingga tidak bisa menempel dengan atom H yang ada di monosakarida.

G. Ring Isomer Rantai Lurus

Kelompok aldehid atau keton dari monosakarida rantai lurus akan bereaksi reversibel dengan gugus hidroksil pada atom karbon yang berbeda untuk membentuk, hemiacetal atau hemiketal membentuk cincin heterosiklik dengan jembatan oksigen antara dua atom karbon. Cincin dengan lima dan enam atom disebut bentuk furanose dan pyranose, masing-masing, dan ada dalam kesetimbangan dengan bentuk rantai lurus.

Selama konversi dari rantai lurus bentuk ke bentuk siklik, atom karbon yang mengandung oksigen karbonil, yang disebut karbon anomeric, menjadi pusat stereogenic dengan dua konfigurasi yang mungkin: Atom oksigen mungkin mengambil posisi di atas atau di bawah bidang cincin . Pasangan yang mungkin dihasilkan dari stereoisomer yang disebut anomers. Dalam''''anomer α,-OH substituen pada karbon anomeric terletak di sisi berlawanan (trans) dari cincin dari sisi cabang OH CH _2.

Bentuk alternatif, di mana CH ₂ OH dan substituen hidroksil anomeric berada pada sisi yang sama (cis) dari pesawat dari cincin, disebut β''''anomer. Anda dapat mengingat bahwa anomer β adalah cis oleh mnemonic itu, "Itu selalu lebih baik untuk sampai βe". Karena cincin dan rantai lurus bentuk interconvert mudah, baik anomers ada dalam kesetimbangan. Ia memiliki banyak kegunaan seperti peran penting dalam industri kertas dan tekstil, dan digunakan sebagai bahan baku untuk produksi dari rayon (viscose melalui proses), selulosa asetat, seluloid, dan nitroselulosa. Kitin memiliki struktur yang serupa, tetapi mengandung nitrogen cabang samping, meningkatkan kekuatannya. Hal ini ditemukan di arthropoda exoskeletons dan dalam dinding sel dari beberapa jamur. Ia juga memiliki kegunaan ganda, termasuk benang bedah.

H. Isomerisasi Monosakarida

Aldosa dan ketosa sederhana terdiri dari jumlah atom karbon yang sama merupakan isomer satu sama lain, karena itu, heksosa dan hexulosa keduanya memiliki rumus empiris yang sama C₆H₁₂O ₆ dan dapat diinterkonversi dengan isomerisasi. Isomerisasi monosakarida melibatkan kedua gugus karbonil dan gugus hidroksil yang berdekatan. Dengan reaksi ini, satu aldosa berubah menjadi aldosa yang lain (dengan konfigurasi C-2 yang berlawanan) dan ketosa yang sesuai, sedangkan ketosa berubah menjadi dua aldosa yang sesuai. Oleh karena itu, dengan isomerisasi, D-glukosa, D-mannosa, dan D-fruktosa dapat diinterkonversi. Isomerisasi dapat dikatalisis dengan basa atau enzim.

I. Monosakarida – Monosakarida Penting

Beberapa monosakarida penting bagi tubuh kita di antaranya adalah :

1)      D-gliseraldehid (karbohidrat paling sederhana)

Karbohidrat ini hanya memiliki 3 atom C (triosa), berupa aldehid (aldosa) sehingga dinamakan aldotriosa.

D-gliseraldehid (perhatikan bahwa gula ini hanya memiliki 3 atom C sehingga disebut paling sederhana)

2)      D-glukosa (karbohidrat terpenting dalam diet)

            Glukosa merupakan aldoheksosa, yang sering kita sebut sebagai dekstrosa, gula anggur ataupun gula darah. Gula ini terbanyak ditemukan di alam. Terutama pada buah-buahan, sayur-sayuran, madu, sirup jagung dan tetes tebu. Di dalam tubuh glukosa didapat dari hasil akhir pencemaan amilum, sukrosa, maltosa dan laktosa.

D-glukosa (perhatikan bahwa glukosa mengalami siklisasi membentuk struktur cincin)

Glukosa dijumpai di dalam aliran darah (disebut Kadar Gula Darah) dan berfungsi sebagai penyedia nergy bagi seluruh sel-sel dan jaringan tubuh. Pada keadaan fisiologis Kadar Gula Darah sekitar 80-120 mg %. Kadar gula darah dapat meningkat melebihi normal disebut hiperglikemia, keadaan ini dijumpai pada penderita Diabetes Mellitus.

3)      D-fruktosa (termanis dari semua gula)

Gula ini berbeda dengan gula yang lain karena merupakan ketoheksosa. Disebut juga gula buah ataupun levulosa. Merupakan jenis sakarida yang paling manis, banyak dijjumpai pada mahkota bunga, madu dan hasil hidrolisa dari gula tebu. Di dalam tubuh fruktosa didapat dari hasil pemecahan sukrosa.

D-fruktosa (perhatikan bahwa fruktosa mengalami siklisasi membentuk struktur cincin)

4)      D-galaktosa (bagian dari susu)

Gula ini tidak ditemukan tersendiri pada sistem biologis, namun merupakan bagian dari disakarida laktosa.

D-galaktosa (perhatikan bahwa galaktosa mengalami siklisasi membentuk struktur cincin)

Perbedaan pokok antara D-glukosa dan D-galaktosa (perhatikan daerah berarsis lingkaran)

5)      D-ribosa (digunakan dalam pembentukan RNA)

Karena merupakan penyusun kerangka RNA maka ribosa penting artinya bagi genetika bukan merupakan sumber energi. Jika atom C nomor 2 dari ribosa kehilangan atom O, maka akan menjadi deoksiribosa yang merupakan penyusuna kerangka DNA.

D-ribosa (perhatikan gula ini memiliki 5 atom C)

J. REAKSI-REAKSI MONOSAKARIDA

1)      Mutarotasi

Perubahan secara sponstan dari putaran optic disebut mutarotasi. Mutarotasi terjadi lambat sekali dalam larutan netral, tetapi berjalan cepat hanya beberapa detik dalam Susana asam atau basa. Mutarotasi terjadi karena  kesetimbangan dari dua anomer gula. Semua gula yang mempunyai gugusan semi asetal menghasilkan mutarotasi. Jika gugusan hidroksil semi asetal (atau hemikeltal) diubah menjadi asetal, mutarotasi tidak terlibat.

2)      Oksidasi

Aldehid dan alcohol primer kedua duanya dapat dioksidasi menjadi asam karboksilat.

Aldosa mengandung gugusan aldehid dan gugusan alcohol primer; dalam kondisi reaksi yang layak kedua gugusan dapat dioksidasi menjadi gugus karboksil. Asam aldonat, aldehid lebih mudah dioksidasi darri pada alcohol. Sebagai akibatnya, kita dapat mengoksidasi gugusan aldehid dari karbohidrat tanpa mengoksidasi gugusan hidroksil alcohol. Hasil oksidasi adlaha suatu karboksilat, yang dapat diubah menjadi asam karboksilat. Suatu monosakarida dengan gugusan karboksil pada atom karbon satu disebut asam aldonat.

Asam aldarat, reaksi aldoheksosa dengan oksidator yang lebih kuat seperti asam nitrat encer yang panas menyebabkan kedua gugusan aldehid dan gugusan CH2OH yang diujung dioksidasi menjadi gugusan karbonil. Asam dikarboksilat yang terjadi disebut asam aldarat.

3)      Pembentukan Ester

Gugusan hidroksil dari monosakarida dapat mengalami reaksi seperti alcohol. Misalnya, monosakarida dapat membentuk ester dengan asam organic dan anorganik. Apabila ditambah dengan asetat anhidrid, suatu pereaksi yang digunakan untuk membentuk ester asetat, terbentuk suatu pentasetat.

K. Kegunaan Glukosa Dalam Tubuh

1)      Glukosa, monosakarida paling penting dalam metabolisme tubuh. Glukosa yang terkandung dalam nutrisi masuk kedalam sistem sirkulasi darah untuk ditransfer ke sel-sel tubuh atau diubah pada hati menjadi molekul yang lain.

2)      Glukosa, sumber energi utama bagi sel-sel hewan dan berupakan satu-satunya sumber bagi embrio.

3)      Glukosa diubah menjadi molekul-molekul yang lain memiliki fungsi tertentu, seperti glikogen untuk cadangan energi. Ribosa pada asam nukleat, galaktosa pada susudan kompleks pada lemak dan protein.

4)      Beberapa penyakit yang berhubungan dengan metabolisme karbohidrat adalah diabetes melitus, galaktosemia, glycogen storage disease dan milk intolerance.

PERMASALAHAN :
1. Jelaskan perbedaan dari glukosa dan fruktosa ! Padahal memiliki rumus molekul yang sama.
2. Sebutkan dan jelaskan pembagian monosakarida berdasarkan jumlah atom karbonnya!
3. Jelaskan isomer dari monosakarida!