La Glucólisis

La glucólisis es la ruta inicial del catabolismo de los hidratos de carbono. El término glucólisis procede de las palabras griegas que significan «dulce» y «romper». Literalmente, la denominación es correcta, puesto que la glucólisis es la ruta por medio de la cual los azúcares de seis carbonos (que son dulces) se rompen, dando lugar a un compuesto de tres carbonos, el piruvato. Durante la glucólisis, parte de la energía potencial almacenada en la estructura de la hexosa se libera y se utiliza para la síntesis de ATP a partir de ADP.

La glucólisis puede realizarse en condiciones anaerobias, sin oxidación neta de los azúcares sustrato. Los anaerobios, que son microorganismos que viven en ambientes sin oxígeno, pueden obtener toda su energía metabólica por este proceso. No obstante, las células aerobias utilizan también la glucólisis. En ausencia de oxígeno, es la única vía que produce ATP. Los organismos primitivos se originaron en un mundo cuya atmósfera carecía de O₂ y, por esto, la glucólisis se considera como la vía metabólica más primitiva. En la actualidad, la glucólisis está presente en todas las formas de vida actuales.

Lugar en el que se lleva a cabo

La glucólisis, tanto en las células procariotas como en las células eucariotas, se va a producir en el citosol.

Principales reacciones de cada uno de los procesos

La glucólisis es una ruta de 10 pasos que convierte una molécula de glucosa en dos moléculas de piruvato, con la generación de dos moléculas de ATP.

La glucólisis se divide en dos fases: fase de inversión de energía y fase de generación de energía, cada una de las cuales conlleva 5 reacciones.

Fase de inversión de energía

Las 5 primeras reacciones constituyen la fase de inversión de energía.

1. Primera inversión del ATP: Fosforilación de la glucosa dependiente del ATP. Se requiere ión Mg²⁺, ya que la forma reactiva del ATP es su complejo quelado con este ion. La hexoquinasa se encuentra en diversas formas en los distintos organismos, pero se caracterizan por una amplia especificidad para los azúcares y un bajo valor de K_M para el azúcar sustrato (0.01 a 0.1 mM). La baja especificidad permite la fosforilación de algunos azúcares hexosas, entre ellos la fructosa y la manosa, lo cual hace posible su utilización en la glucólisis. La hexoquinasa se inhibe por su producto, la glucosa-6-fosfato, un mecanismo que controla la entrada de sustratos en la ruta glucolítica.
2. Isomerización de la glucosa-6-fosfato: Isomerización de la aldosa, la glucosa-6-fosfato (G6P), a la correspondiente cetosa, la fructosa-6-fosfato (F6P). Esta reacción se produce a través de un intermedio enediol. El efecto de transferir el oxígeno del carbonilo desde el C₁ al C₂ es que el grupo hidroxilo generado en el C₁ puede fosforilizarse con facilidad en la reacción siguiente.
3. Segunda inversión de ATP: Segunda fosforilación dependiente de ATP para producir un derivado de hexosa fosforilado en los C₁ y C₆. El producto de la reacción, la fructosa-1,6-bisfosfato (FBP), se denominaba anteriormente fructosa-1,6-difosfato. La fosfofructoquinasa (PFK) constituye el núcleo principal de regulación del flujo de carbono a través de la glucólisis. La PFK es una enzima alostérica cuya actividad es muy sensible a la situación energética de la célula, así como a las concentraciones de otros intermediarios. Las plantas superiores contienen dos PFK diferentes, la enzima dependiente de ATP y una forma peculiar, que utiliza pirofosfato en vez de ATP como agente fosforilante.

   Fructosa-6-fosfato + PP_i «> fructosa-1,6-bisfosfato + P_i

   
   Esta enzima, que es comparable en su actividad a la fosfofructoquinasa dependiente de ATP, parece constituir una ruta alternativa a la catálisis del tercer paso de la glucólisis.
4. Fragmentación en dos triosas fosfato: «La ruptura del azúcar» al que se refiere el término glucólisis, puesto que el compuesto de 6 carbonos, fructosa-1,6-bisfosfato, se divide para dar lugar a dos intermediarios de 3 carbonos, el gliceraldehído-3-fosfato y la dihidroxiacetona fosfato.
5. Isomerización de la dihidroxiacetona fosfato: Conversión de la dihidroxiacetona fosfato (DHAP) en gliceraldehído-3-fosfato (G3P), dado que G3P es el sustrato de la reacción glucolítica 7, la cual permite utilizar los 6 átomos de carbono de la glucosa.

Fase de generación de energía

Las 5 últimas reacciones constituyen la fase de generación de energía.

1. Generación del primer compuesto de energía elevada: Es una de las más importantes de la glucólisis, debido en parte a que genera el primer intermediario de energía elevada, en parte porque genera un par de equivalentes reductores. La reacción 6 comporta una oxidación de dos electrones de carbono a carbonilo del gliceraldehído-3-fosfato a nivel de carboxilo. El 1,3-bisfosfoglicerato contiene una anhídrido de ácido carboxílico-fosfórico, o grupo acil-fosfato.
2. Primera fosforilación a nivel de sustrato: Transfiere el grupo acil-fosfato del 1,3-bisfosfoglicerato al ADP, con la consiguiente formación de ATP.
3. Preparación para la síntesis del siguiente compuesto de energía elevada: Activa el 3-fosfoglicerato iniciado con una isomerización. La enzima transfiere el fosfato de la posición 3 a la 2 del sustrato para dar 2-fosfoglicerato. Para esta reacción es necesario Mg²⁺.
4. Síntesis del segundo compuesto de energía elevada: Genera otro compuesto de energía super-elevada, el fosfoenolpiruvato (PEP), que participa en la segunda fosforilación a nivel de sustrato de la glucólisis. La reacción consiste en una deshidratación simple, o una eliminación α, β, y el cambio de energía libre global es pequeño. Sin embargo, su efecto consiste en aumentar enormemente la energía libre de hidrólisis del enlace fosfato. El C₂ del fosfoenolpiruvato está bloqueado en la configuración enol desfavorecida y la gran inestabilidad del enolpiruvato es la responsable principal de la gran energía libre negativa de la hidrólisis del fosfoenolpiruvato.
5. Segunda fosforilación a nivel de sustrato: Es la última reacción en la cual el fosfoenolpiruvato transfiere su grupo fosforilo al ADP en otra fosforilación a nivel de sustrato. La enzima requiere Mg²⁺ y K⁺. El aumento del piruvato quinasa incrementa la velocidad de generación de energía mediante la glucólisis.

Enzimas que regulan la glucólisis

1. La primera reacción está catalizada por la hexoquinasa.
2. La segunda reacción está catalizada por la fosfoglucoisomerasa.
3. La tercera reacción está catalizada por la fosfofructoquinasa.
4. La cuarta reacción está catalizada por la fructosa-1,6-bisfosfato aldolasa.
5. La quinta reacción está catalizada por la triosa fosfato isomerasa.
6. La sexta reacción está catalizada por la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa.
7. La séptima reacción está catalizada por la fosfoglicerato quinasa.
8. La octava reacción está catalizada por la fosfoglicerato mutasa.
9. La novena reacción está catalizada por la enolasa.
10. La décima reacción está catalizada por la piruvato quinasa.

Balance energético de la glucólisis

Glucosa + 2 ADP + 2 P_i + 2 NAD⁺

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2 Piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H⁺ + 2 H₂O