Materi Makromolekul Secara Lengkap
Setiap hari kita pasti mengonsumsi nasi, daging, susu, dan makanan lainnya sebagai suatu kebutuhan bagi tubuh. Makanan yang kita konsumsi tersebut dikategorikan menjadi beberapa jenis, yaitu karbohidrat, protein dan lemak. Ketiga jenis makanan tersebut tentunya memiliki peran yang berbeda-beda bagi tubuh kita.
Tahukah kamu, semua jenis makanan yang kita konsumsi tersebut digolongkan ke dalam makromolekul atau molekul besar? Kenapa karbohidrat, protein dan lemak termasuk makromolekul? Apa yang membedakan karbohidrat, protein dan lemak ditinjau dari struktur kimianya?
Untuk memahaminya, mari kita simak pembahasan mengenai makromolekul yang akan menjelaskan karbohidrat, protein, dan lemak dari berbagai tinjauan, diantaranya struktur kimia, monomer penyusunnya, cara mengujinya dan kegunaannya untuk tubuh kita.
Daftar Isi
Pengertian dan Rumus Umum Karbohidrat
Karbohidrat merupakan makromolekul yang terdiri dari atom karbon, hidrogen, dan oksigen dengan rumus umum Cn(H2O)m. Karbohidrat disebut juga sebagai senyawa poli hidroksi aldehida atau polihidroksi keton dan turunannya.
Poli hidroksi aldehida dan poli hidroksi keton berkaitan dengan adanya gugus – OH (hidroksi), –CHO (aldehida), dan – CO – (keton) dalam rumus struktur. Keberadaan gugus-gugus fungsi tersebut berkaitan dengan monomer penyusun dari karbohidrat.
Untuk memahami dan mengenal karbohidrat lebih jauh, mari lanjutkan pembahasan mengenai klasifikasi karbohidrat yang dibagi menjadi 3 jenis, yaitu monosakarida, disakarida, dan polisakarida.
Monosakarida
Monosakarida merupakan karbohidrat paling sederhana dan tidak bisa mengalami proses hidrolisis atau pemecahan menjadi karbohidrat lain. Berdasarkan gugus fungsinya, monosakarida dibedakan menjadi karbohdrat aldosa yang memiliki gugus fungsi aldehida (– CHO) dan karbohidrat ketosa yang memiliki gugus fungsi keton (– CO –) .
Monosakarida paling sederhana ialah gliseraldehida (karbohidrat dengan gugus aldehida) dan dihidroksiaseton (karbohidrat dengan gugus keton). Berikut gambar struktur dari gliseraldehida dan dihidroksiaseton:
Selain gliseraldehida dan dihdroksiketon, monosakarida lainnya yang familiar adalah glukosa, fruktosa, galaktosa, dan monosakarida lainnya. Berikut penjelasan beberapa monosakarida beserta strukturnya.
1. Glukosa merupakan monosakarida yang termasuk golongan aldosa (karbohidrat dengan gugus fungsi – COH). Gambar rumus struktur Fischer (kiri) dan rumus struktur Haworth (kanan) dari glukosa adalah:
2. Fruktosa merupakan monosakarida yang termasuk golongan ketosa (karbohidrat dengan gugus fungsi – CO – ). Gambar rumus struktur Fischer (kiri) dan rumus struktur Haworth (kanan) dari glukosa adalah:
3. Galaktosa juga termasuk momosakarida yang termasuk golongan aldosa (karbohidrat dengan gugus fungsi – COH). Gambar rumus struktur Fischer (kiri) dan rumus struktur Haworth (kanan) dari glukosa adalah:
Jika diperhatikan, glukosa dan galaktosa memiliki kemiripan dalam strukturnya. Namun keduanya tentu saja berbeda, perbedaan terletak pada atom C nomor 4 mengenai posisi H dan OH (perhatikan struktur galaktosa pada C nomor 4 kemudian bandingkan dengan C nomor 4 pada struktur glukosa).
Monosakarida-monosakrida tersebut dapat bergabung membentuk karbohidrat jenis lain, yaitu oligosakarida dan polisakarida. Mari lanjutkan ke pembahasan tentang karbohidrat oligosakarida.
Oligosakarida
Oligosakarida merupakan karbohidrat yang tersusun dari dua atau lebih monosakarida, secara umum monosakarida yang terbagung dalam suatu oligosakarida maksimal berjumlah delapan monosakarida.
Oligosakarida yang paling banyak dibahas diantaranya disakarida, yaitu karbohidrat yang terbentuk dari dua buah monosakarida. Berikut penjelasan mengenai disakarida beserta rumus sturkturnya.
1. Laktosa merupakan disakarida yang tersusun dari dua buah monosakarida, yaitu galaktosa dan glukosa dengan rumus struktur sebagai berikut:
2. Maltosa merupakan disakarida yang tersusun dari dua buah monosakarida yang sama, yaitu dua buah glukosa dengan rumus struktur sebagai berikut:
3. Sukrosa merupakan disakarida yang tersusun dari dua buah monosakarida yang berbeda, yaitu fruktosa dan glukosa dengan rumus struktur sebagai berikut:
Baca juga: Mengenal Unsur Golongan Halogen
Polisakarida
Polisakarida merupakan karbohidrat dari banyak monosakarida, berikut ini tiga contoh karbohidrat yang termasuk polisakarida yaitu selulosa, amilum, dan glikogen.
1. Selulosa merupakan polisakarida yang monomer paling sederhananya adalah glukosa. Berikut rumus struktur dari selulosa:
2. Amilum merupakan polisakarida yang monomer paling sederhanya adalah glukosa. Meskipun selulosa dan amilum memiliki monomer yang sama, namun keduanya memiliki perbedaan pada jenis ikatan antar glukosanya. Berikut rumus stuktur dari amilum:
3. Glikogen merupakan polisakarida yang monomer paling sederhananya berupa glukosa. Perbedaan glikogen dengan amilum dan selulosa yaitu adanya percabangan
Setelah membahas mengenai kalsifikasi karbohidrat, mulai dari monosakarida, oligosakarida sampai polisakarida. Sekarang mari kita lanjutkan pembahasan mengenai uji karbohidrat.
Uji Karbohidrat
Uji karbohidrat merupakan uji untuk mengidentifikasi adanya karbohidrat dalam suatu makanan/ minuman. Untuk menguji adanya karbohidrat dapat dilakukan dengan beberapa uji sebagai berikut:
Uji Molisch
Uji molisch merupakan uji umum pada karbohidrat, uji molisch dilakukan dengan cara menambahkan beberapa tetes larutan alfanaftol pada larutan atau sampel yang akan diuji, kemudian ditambahkan asam sulfat pekat secukupnya. Jika terbentuk dua lapisan cairan dengan batas kedua lapisan berwarna merah-ungu, maka sampel tersebut mengandung karbohidrat.
Uji Fehling
Uji fehling dilakukan untuk mengetahui adanya gula pereduksi pada sampel. Uji ini menitik beratkan dalam membedakan karbohidrat aldosa (gula pereduksi) dan karbohidrat ketosa (gula non pereduksi). Jika terbentuk endapan warna merah bata maka mengindikasikan karbohidrat tersebut mengandung gugus aldosa, sebaliknya jika tidak terbentuk endapan merah bata, maka karbohidrat tersebut mengandung gugus ketosa.
Uji Iodin
Uji iodin dilakukan untuk mengetahui jenis polisakarida pada sampel yang diuji. Penambahan iodin pada sampel akan menghasilkan perubahan warna. Jika terbentuk warna biru-ungu, maka sampel tersebut mengandung amilum. Jika terbentuk warna cokelat merah, maka sampel mengandung glikogen. Jika terbentuk warna cokelat, maka sampel tersebut mengandung selulosa.
Gimana sudah paham penjelasan tentang karbohidrat? Mari kita lanjutkan pembahasan pada makromolekul selanjutnya yaitu protein.
Pengertian Protein
Protein merupakan polimer yang tersusun dari monomer berupa asam amino, unsur penyusun utama dalam suatu protei terdiri dari karbpn (C), hidrogen (H), oksigen (O), dan nitrogen (N). Selain unsur utama tersebut, protein juga disusun oleh beberapa unsur lain seperti sulfur (S), fosfor (P), dan beberapa protein mengandung iodin, mangan, tembaga, dan besi.
Asam Amino
Asam amino merupakan monomer penyusun protein yang memiliki rumus umum sebagai berikut:
Pada suatu asam amino terdapat gugus – COOH dan – NH2, sementara R merupakan pembeda anatara asam amino satu dengan asam amino lainnya. Berdasarkan struktur asam amino tersebut, asam amino memiliki sifat khas sebagai berikut:
1. Memiliki sifat amfoter. Sifat amfoter pada asam amino dikarenakan pada asam amino memiliki gugus asam yaitu – COOH dan gugus basa yaitu – NH2. Jika asam amino direaksikan dengan asam, maka akan dinetralkan dengan gugus basa. Sebaliknya, jika direaksikan dengan basa, maka akan dinetralkan dengan gugus asam.
2. Membentuk ion zwitter. Adanya gugus – COOH dan – NH2 menjadikan pada asam amino dapat terjadi reaksi asam basa intramolekul seperti gambar berikut:
3. Memiliki sifat optis. Pada asam amino (alanin) memiliki sifat optis karena terdapat C khiral, yaitu C yang mengikat 4 buah atom berbeda seperti gambar berikut:
Struktur dan Bentuk Protein
Berdasarkan struktur dan bentuknya, terdapat 4 struktur protein, yaitu struktur primer, sekunde, tersier, dan kuartener.
1. Struktur primer. Struktur primer berkaitan dengan struktur linear pada rantai protein. Pada struktur primer tidak terjadi antaraksi dengan rantai protein yang lain. Selain itu, pada struktur primer juga tidak terjadi antaraksi antara asam amino dalam rantai protein.
2. Struktur sekunder. Struktur sekunder membentuk lipatan (folding) beraturan, seperti alpha heliks dan betha sheet. Hal tersebut sebagai akibat terjadinya ikatan hidrogen di antara gugus-gugus polar pada asam amino penyusun rantai protein.
3. Struktur tersier. Struktur tersier membentuk lipatan struktur alpha heliks dan betha sheet. Selain itu, pada struktur tersier terjadi juga gaya antaraksi yaitu gaya van der Waals. Pada struktur tersier juga terdapat antaraksi gugus non polar yang dapat mendorong terjadi suatu lipatan.
4. Struktur kuantener. Struktur kuantener membentuk molekul kompleks yang tidak terbatas hanya pada satu rantai protein. Lebih dari itu, pada struktur kuantener juga membentuk beberapa rantai protein. Gaya antaraksi pada struktur kuanterner terdiri dari ikatan hidrogen, gaya van der Waals, dan gaya antaraksi gugus nonpolarSelain itu terjadi juga gaya antaraksi antar rantai protein melalui antaraksi polar, nonpolar, dan van der Waals.
Uji Protein
Uji pada protein merupakan cara untuk mengidentifikasi adanya kandungan protein pada makanan yang menjadi sampel. Berikut penjelasan beberapa uji untuk mengidentifikasi protein.
- Uji biuret. Uji biuret merupakan uji umum mengidentifikasi keberadaan protein atau asam amino. Makanan yang mengandung protein akan menghasilkan warna ungu jika diuji dengan pereaksi biuret.
- Uji Millon. Uji Millon merupakan uji untuk mengidentifikasi adanya asam amino yang memiliki gugus fenol (diantaranya tirosin). Jika dilakukan pengujian secara millon, maka protein yang mengandung asam amino dengan gugus fenol ini akan menghasilkan perubahan warna endapan putih menjadi warna merah.
- Uji Xantoproteat. Uji xantoproteat merupakan uji untuk mengidentifikasi adanya asam amino yang memiliki cincin benzena. Asam amino tersebut diantaranya fenilalanin dan triftofan. Indikasi hasil pengujian xantoproteat ini akan menghasilkan warna jingga jika sampel yang diuji mengandung asam amino yang memiiki cincin benzena.
- Uji Belerang. Uji belerang dilakukan untuk mengidentifikasi keberadaan adanya belerang pada asam amino. Jika sampel makanan mengandung asam amino yang memiliki belerang, maka akan terjadi perubahan warna yaitu hitam.
Pengertian dan Struktur Lemak
Lemak merupakan suatu senyawa ester dari gliserol dengan asam-asam karboksilat dengan rantai C panjang. Asam yang menyusun lemak disebut sebagai asam lemak. Asam lemak yang terdapat di alam diantaranya asam olenat, asam linoleat, dan asam palmitat.
Berikut stuktur umum dari molekul lemak:
Berdasarkan struktur molekul lemak tersebut terlihat bahwa setiap satu molekul gliserol akan mengikat tiga buah molekul asam lemak sehingga lemak itu sering disebut juga trigliserida.
Klasifikasi Lemak Berdasarkan Tingkat Kejenuhan
Berdasarkan tingkat kejenuhan pada ikatannya, lemak dibedakan menjadi lemak jenuh dan lemak tidak jenuh. Berikut penjelasan perbedaan keduanya:
- Asam lemak jenuh. Asam lemak jenuh merupakan asam lemak yang semua ikatan antar atom karbon pada rantai penyusun lemaknya berupa ikatan tunggal atau jenuh. Contoh dari asam lemak jenuh diantaranya asam palmitat, asam stearat, dan asam laurat.
- Asam lemak tidak jenuh. Asam lemak tidak jenuh merupakan asam lemak yang memiliki ikatan rangkap pada rantai atom karbon yang menyusunnya. Contoh asam lemak tidak jenuh diantaranya asam linoleat dan asam oleat.
Sifat Lemak
Pada penjelasan ini akan dibahas mengenai sifat lemak, baik secara fisika maupun kimia. Adapun penjelasannya sebagai berikut:
- Secara wujud zat, pada suhu kamar berupa zat padat untuk lemak yang berasal dari hewan dan berupa zat cair untuk lemak yang berasal dari tumbuhan.
- Lemak dengan rantai C pendek memiliki kelarutan dalam air yang lebih baik dibandingkan dengan lemak dengan rantai C yang panjang.
- Semua lemak memiliki kelarutan yang baik dalam larutan non polar, seperti benzena dan klorofom.
- Secara kimia, lemak dapat mengalami reaksi penyabunan, selain itu juga lemak dapat mengalami reaksi halogenasi dan hidrogenasi.
Uji Lemak
Untuk mengidentifikasi lemak dapat dilakukan dengan beberap cara, yaitu sebagai berikut:
- Uji Akroelin. Uji ini bertujuan untuk mengidentifikasi adanya gliserol dalam suatu sampel yang mengandung lemak. Indikasi adanya gliserol dalam lemak ditandai dengan munculnya bau yang menyengat dari hasil pembakaran dan pemanasan sampel lemak.
- Uji Membedakan lemak jenuh dan lemak tidak jenuh. Uji ini menggunakan bromin untuk memastikan adanya ikatan rangkap pada rantai karbon. Jika terjadi perubahan warna menandakan adanya ikatan jenuh pada lemak, sementara jika tidak terjadi perubahan warna, maka tidak ada ikatan jenuh pada lemak.
Gimana sudah paham perbedaan karbohidrat, protein dan lemak ditinjau dari berbagai hal? Jadi makanan yang setiap hari kita konsumsi itu memiliki karakteristik dan struktur kimia yang berbeda-beda. Tentu saja perbedaan tersebut menyebabkan setiap jenis makanan tersebut memiliki peran yang berbeda juga dalam tubuh kita.
Setiap jenis makanan dibutuhkan oleh tubuh kita dengan porsi tertentu, jadi upayakan seimbanga dalam mengonsumsi makanan jenis karbohidrat, protein, dan lemak. Semoga menambah wawasan pembahasan makromolekul ini.
Referensi:
Budi, Utami., dkk. 2009. Kimia Untuk SMA Kelas XII. Jakarta: Pusat kurikulum dan perbukuan Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan.
Sunarya, Y., dan Setiabudi, A. 2009. Mudah dan Aktif Belajar Kimia Kelas XII. Jakarta: Pusat kurikulum dan perbukuan Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan.
Unggul, S. 2017. Kimia SMA Kelas XII. Jakarta: Erlangga.
