OLIGOSAKARIDA

OLIGOSAKARIDA

Oligosakarida merupakan gabungan dari molekul-molekul monosakarida yang jumlahnya antara 2 (dua) sampai dengan 8 (delapan) molekul monosakarida. Sehingga oligosakarida dapat berupa disakarida, trisakarida dan lainnya. Oligosakarida secara eksperimen banyak dihasilkan dari proses hidrolisa polisakarida dan hanya beberapa oligosakarida yang secara alami terdapat di alam. Oligosakarida yang paling banyak digunakan dan terdapat di alam adalah bentuk disakarida seperti maltosa, laktosa dan sukrosa.

Sering terjadi salah kaprah dalam mengenal definisi gula, karena umumnya gula bagi masyarakat adalah gula pasir. Padahal gula pasir adalah suatu disakarida. Molekul disakarida yang disusun oleh dua molekul monosakarida yang dihubungkan oleh ikatan glikosida.

Ikatan glikosida terjadi dari kondensasi gugus hidroksil dua molekul monosakarida, yaitu berasal dari gugus hidroksil dari atom Carbon yang pertama dengan salah satu gugus hidroksil pada atom karbon nomor 2, 4, atau 6, yang berasal dari monosakarida yang kedua.

Kita ambil contoh bagaimana sebuah α–D–Glukosa dan β–D–Glukosa membentuk disakarida, Pada kedua molekul ini ikatan glikosida atom karbon nomor 1 dari α- D-glukosa dan atom karbon nomor 4 dari β-D-glukosa lain. Ikatan yang terbentuk dinamakan ikatan 1- 4 glikosida, perhatikan Bagan 14.12. Secara umum reaksi ini dapat digambarkan dengan sederhana dengan pola reaksi berikut ini:

Bagan 14.12. Ikatan glikosida pada molekul maltosa

Pembentukan ikatan glikosida merupakan jembatan oksigen yaitu R-OR, reaksi ini juga selalu diikuti dengan pelepasan molekul air.

Disakarida yang banyak terdapat di alam seperti maltosa yang terbentuk dari 2 molekul glukosa melalui ikatan glikosida. Pada maltosa, jembatan oksigen terbentuk antara atom karbon nomor 1 dari D-glukosa dan atom karbon nomor 4 dari D-glukosa lain. Ikatan yang terbentuk dinamakan ikatan α (1→4) glikosida, secara lengkap dinyatakan dengan β-D-glukopiranosil (1→4)E-D-glukopiranosa. Dalam bentuk sederhana Glc(α1↔4β)Glc, perhatikan lagi Bagan 14.12. Maltosa diperoleh dari hasil hidrolisa pati dan banyak dimanfaatkan sebagai pemanis.

Sukrosa (gula pasir) terbentuk dari satu molekul α-D-glukosa dan β-D-fruktosa, yaitu β-D-fruktofuranosil (2→1) α-D-glukopiranosa atau Fru(α2↔1β)Glc seperti yang ditunjukan pada Gambar 14.13.

Gambar 14.13. Ikatan glikosida pada molekul sukrosa

Sukrosa biasa diperoleh di alam sebagai gula tebu dan gula bit. Khususnya pada pada ekstrak gula dari bit, sukrosa tidak murni melainkan bercampur dengan oligosakarida yang lain seperti rafinosa dan stakiosa.

Secara alami, laktosa terdapat pada air susu dan sering disebut dengan gula susu. Molekul ini tersusun dari satu molekul D-glukosa dan satu molekul D-galaktosa melalui ikatan β(1→4) glikosidik, untuk struktur ikatannya dapat dilihat pada Gambar 14.14. Laktosa yang terfermentasi akan berubah menjadi asam laktat. Dalam tubuh Laktosa dapat menstimulasi penyerapan kalsium.

Gambar 14.14. Ikatan glikosida pada molekul laktosa.

Monosakarida dan oligosakarida serta poli alkohol lainnya umumnya memiliki rasa manis. Sukrosa memiliki rasa manis dan terasa nyaman di lidah kita, walaupun kita menggunakannya dalam konsentrasi tinggi. Berbeda dengan β–D mannosa memiliki terasa manis dan pahit. Sedangkan gentiobiosa memiliki rasa pahit.

Bahan untuk pemanis yang sering digunakan oleh industri adalah sukrosa, starch syrup (campuran glukosa, maltosa dan malto oligosakarida), glukosa, gula invert, fruktosa, laktosa dan gula alkohol (sorbitol, mannitol, xylitol). Jika kita membandingkan rasa manis diantara molekul oligosakarida dan monosakarida, apabila kita gunakan standart 100 adalah sukrosa maka dapat kita susun tabel tingkat kemanisan sebagai berikut.

Tabel 14.1 Tingkat Kemanisan Relatif beberapa Gula terhadap Sukrosa.

Oligosakarida

Oligosakarida merupakan komponen makanan fungsional yang paling popular di Jepang. Oligosakarida adalah karbohidrat sederhana, banyak dikonsumsi dalam bentuk minuman ringan, biskuit, gula-gula/bonbon, dan produk susu. Oligosakarida fungsional adalah polisakarida pendek dengan struktur kimia yang unik sehingga tidak dapat dicerna oleh enzim-enzim pada percernaan manusia. Jadi, seperti serat pangan, akhirnya akan sampai di dalam usus besar. Dengan demikian, akan merupakan media yang baik untuk pertumbuhan bakteri bifidobacteria yang menguntungkan di dalam usus besar (kolon), sehingga oligosakarida disebut sebagai prebiotik. Manfaat dari konsumsi oligosakarida ialah karena oligosakarida dapat meningkatkan populasi bifidobacteria dalam kolon. Dengan peningkatan jumlah bakteri ini, akan menekan pertumbuhan bakteri pembusuk yang merugikan, yakni Escherichia coli dan Streptococcus faecalis. Efek yang sama juga dapat dicapai dengan mengkonsumsi produk makanan yang mengandung bakteri asam laktat dalam keadaan hidup seperti Yogurt, yang disebut probiotik. Bakteri asam laktat dan sejenisnya relatif tahan terhadap asam lambung sehingga dapat sampai di kolon, dan selanjutnya akan menekan pertumbuhan bakteri yang merugikan.

Metabolit-metabolit toksis hasil fermentasi protein yang mencapai kolon oleh bakteri pembusuk dalam kolon meliputi ammonia dan senyawa amina (toksis terhadap hati), nitrosamin, fenol dan kresol, indol dan skatol (karsinogen) asam-asam empedu sekunder (karsinogen pada kolon), estrogen (karsinogen pada payudara), dll. Pada dasarnya, senyawa-senyawa nitrogen ini bersifat basa. Karena 40-50% padatan feses adalah bakteri, jumlah metabolit toksis hasil fermentasi ini tidak boleh diabaikan. Berdasarkan laporan hasil penelitian, dalam setiap 300 g feses basah terdapat 186 mg ammonia; 1,4 mg fenol; 12,2 mg para-kresol; 8,5 mg indol; dan 3,3 mg skatole. Juga terbentuk N-dimetilnitrosamin sekitar 0,067-0,67 mg per hari per 75 kg berat badan. Jumlah ini hanya 10-100 kali lebih kecil dari dosis karsinogenik pada tikus. Bakteri-bakteri yang terlibat dalam pembentukan zat-zat toksis ini melalui fermentasi adalah bakteri pembusuk Escherichia coli, Clostridia, Streptococcus faecalis, dan Proteus. Bakteri pembusuk ini biasanya tidak suka dalam kondisi yang asam10,15,16. Secara fisiologis, oligosakarida dapat mencegah penyakit kanker dan meningkatkan kesehatan melalui beberapa mekanisme.

Peningkatan jumlah bifidobakteria sesudah mengkonsumsi oligosakarida akan terjadi. Selanjutnya, akan mencegah pertumbuhan bakteri patogen yang masuk dari luar tubuh dan bakteri saluran pencernaan yang merugikan. Karena, konsumsi oligosakarida akan memproduksi asam lemak rantai pendek (terutama asam asetat dan asma laktat dengan perbandingan 3:2) dan kemampuan untuk menghasilkan zat yang bersifat sebagai antibiotik. Hampir semua zat yang diproduksi oleh bakteri bersifat asam sebagai hasil fermentasi karbohidrat oligosakarida. ^15,16,17 Dengan terbentuknya zat-zat antibakteri dan asam maka pertumbuhan bakteri patogen seperti Salmonella dan E. Coli akan dihambat. Bifidin, suatu antibiotik yang dihasilkan oleh Bifidobacterium bifidum, sangat efektif melawan Shigella dysenteria, Salmonella typhosa, Staphylococcus aureus, E. Coli, dan bakteri lainnya. 10,15,16 Konsumsi oligosakarida akan mengurangi metabolit toksis dan enzim-enzim yang merugikan. Dengan konsumsi 3-6 g oligosakarida per hari,, akan mengurangi senyawa-senyawa toksis yang ada dalam usus dan enzim-enzim yang merugikan sebanyak 44,6% dan 40,9%, masing-masing selama tiga minggu.¹⁵

Konsumsi produk makanan yang mengandung bifidobakteria seperti Yogurt (disebut sebagai probiotik), dapat menekan pertumbuhan bakteri patogen. Melalui pembentukan asam lemak pendek dalam jumlah yang tinggi dari oligosakarida oleh bifidobakteria, juga mencegah konstipasi dengan merangsang peristaltis usus melalui peningkatan kandungan air feses akibat adanya tekanan osmosis. Penurunan metabolit toksis oleh oligosakarida atau konsumsi bifidobakteria (probiotik) akan meringankan beban bahan toksis dalam hati yang berarti melindungi hati.10,15,16 Bird16 melaporkan bahwa suplementasi oligosakarida sebanyak 4 gram per hari selama 25 hari akan mengurangi risiko kanker. Kombinasi dari probiotik dan prebiotik akan bersifat sinbiotik. Penurunan kadar kolesterol oleh oligosakarida diduga karena perubahan mikroflora usus. Bakteri Lactobacillus (bakteri asam laktat) diketahui akan menurunkan kolesterol darah karena dapat mencegah absorbsi kolesterol dari usus. Bifidobacteria juga mampu untuk menghasilkan niasin juga memberi kontribusi terhadap penurunan kolesterol ini. Mekanisme kerja oligosakarida dan serat terlarut tidak jauh berbeda, kecuali oligosakarida tidak aktif secara fisis.

Beberapa makanan secara alamiah mengandung oligosakarida. Misalnya, frukto oligosakarida (FOS) dapat ditemukan dalam bawang, bawang putih, asparagus, dan kacang kedelai mengadung soybean oligosakarida. Akan tetapi, melalui makanan setiap hari tidak mungkin dapat memenuhi jumlah oligosakarida yang dianggap berkhasiat untuk mencegah penyakit seperti diuraikan di atas, maka konsumsi tambahan diperlukan untuk dapat berfungsi mencegah penyakit dan meningkatkan kesehatan. Misalnya, frukto oligosakarida (FOS) ditambahkan ke dalam susu bubuk untuk balita sebagai prebiotik. Prebiotik dapat diperoleh dari Yogurt dan produk sayur asinan.

Lipid A

Lipid A adalah glikolipid yang bertanggung jawab atas aktivitas endotoksin LPS dan atas kemampuan LPS menjadi aktivator poliklonal. Pada enterobakteria, ia terdiri dari sebuah disakarida glukosamin berkait beta yang disubstitusi – biasanya berkait (1 ke 6), namun tampaknya berkait (1 ke 4), misalnya dalam strain Escherichia coli ; disakaridanya sepenuhnya diganti dengan sejumlah ansam lemah jenuh berantai panjang (C_12-16) termasuk asam 3-hidroksi, biasanya asam 3-hidroksimyristik, fosfat, dan oligosakarida inti (terkait dengan posisi C-6 dari residu glukosamina non reduksi). Pada banyak enterobakteria, asam lemak hidroksi  ter asilasi 3-O untuk membentuk residu asam 3-myristoksimyristik. Variasi dalam struktur Lipid A terjadi di bakteri lainnya: misalnya dalam bakteri fotosintetik tertentu, disakarida glukosamina digantikan dengan sebuah monomer diaminoheksosa (misalnya 2,3-diamino-2,3-dideoksiglukosa pada Rhodopseudomonas viridis); asam 3-hidroksimyristik tidak ada misalnya dalam strain Brucella; asam lemak 2-hidroksi ada pada misalnya strain Pseudomonas aeruginosa.

Termoplasma lipopolisakarida

Oligosakarida inti

Oligosakarida inti adalah oligosakarida kompleks yang biasanya berkait dengan lipid A lewat 2-keto-3-deoksioktonat (KDO). Pada enterobakteria seperti S. typhimurium, inti tampaknya mengandung dimer KDO. Strain K12 E. coli tampak memiliki inti sama dengan S. typhimurium, sementara strain B memiliki inti yang hanya mengandung glukosa, heptosa dan KDO. Pada  P. aeruginosa inti mengandung glukosa, heptosa, KDO, rhamnosa, galaktosamin dan alanin. Bakteri tertentu (misalnya strain Bacteroides) tampaknya tidak memiliki KDO dan heptosa.

Struktur Lipopolisakarida

Rantai spesifik-O

Rantai spesifik-O atau rantai sisi O adalah bagian imunodominan dari molekul LPS di sel bakteri yang bertemuan. Ia mengandung rantai yang panjangnya berbeda-beda. Rantai ini memiliki sub unit oligosakarida identik (linier atau bercabang); sejumlah sub unit dapat beraneka ragam bahkan dalam sel yang sama. Pada serotipe Salmonella tiap sub unit oligosakarida mengandung residu 3, 4, atau 5 monosakarida (termasuk heksosa, pentosa, 6-deoksiheksosa, dan 2,6-dideoksiheksosa). Rantai spesifik-O menentukan spesifikasi antigen O dari serotipe, spesifikasi antigenik ini ditentukan oleh keberadaan gula tertentu (misalnya abequosa, colitosa, paratosa, atau tyvelosa), dengan posisi ikatan glikosidik (misalnya 1 ke 4 atau 1 ke 6), dengan konfigurasi anomerik (alfa atau beta) dari ikatan glikosidik, dengan pengganti (misalnya grup asetil) pada residu gula, dan sebagainya.

Ekstraksi LPS

LPS tampaknya berikatan di selaput luar dengan ikatan hidrofobik dan kation divalen. Penelitian sebelumnya yang menunjukkan jembatan pyrofosfat antara moieties lipid A tampaknya mendapatkan sedikit dukungan eksperimental. Sebuah proporsi LPS dapat diekstrak dari sel dengan campuran fenol-air (sekitar 45% fenol dalam air); sebuah kompleks LPS-protein (antigen Boivin) dapat di ekstrak dengan memberlakukan sel dengan asam trikloroasetik (TCA).

Biosintesis LPS

Sebagian besar studi biosintesis LPS dilakukan pada S. typhimurium. LPS dirakit di selaput sitoplasma, dan molekul LPS yang telah lengkap segera dikirim ke selaput luar – tampaknya di lokasi terbatas yang berkaitan dengan lokasi adesi. Lipid A dibuat dari glukosa 1-fosfat lewat intermediat monosakarida seperti 2,3-diasilglukosamin 1-fosfat (Lipid X). dan beragam turunan disakarida glukosamin pengganti. Pada S. typhimurium, oligosakarida inti disintesis pada prekursor lipid A dengan penambahan KDO berurutan (dari prekursor CMP) dan gula lainnya (terutama dari prekursor UDP, walaupun sifat prekursor heptosa masih misterius). Sub unit oligosakarida dari rantai spesifik-O di sintesis pada molekul pembawa bactoprenol dengan penambahan gula berurutan dari prekursor nukleotida pada sisi dalam selaput sitoplasma; kompleks baktoprenol-oligosakarida di translokasikan sepanjang selaput sitoplasma, dimana sub unit-sub unit di polimerisasi di oligosakarida inti dari molekul LPS yang belum lengkap. Pyrofosfat bactoprenol dilepas dan di defosforilasi oleh fosfatase khusus, turunan monofosfat kemudian dikembalikan ke sisi dalam selaput sitoplasma untuk siklus sintesis selanjutnya). Cabang di rantai spesifik-O dapat ditambahkan sebelum atau sesudah polimerisasi: misalnya pada S. typhimurium dimana residu abequosa ditambahkan ke oligosakarida berkait bactoprenol, sementara pada S. minneapolis dan serogrup lainnya E3 (O3, 15, 34) salmonellae berbagai residu di rantai spesifik-O di glukosilasi setelah polimerisasi.

Penghambatan biosintesis lipid A adalah sifat dari senyawa L-573,655; agen ini menghambat enzim deasetilase (produk gen lpxC) yang berperan penting dalam biosintesis lipid A. Antibiotik Bacitracin menghambat polimerisasi rantai spesifik-O.