Glicólisis

La glicólisis es una ruta metabólica que convierte la glucosa en piruvato. Consiste en una secuencia de 10 reacciones catalizadas enzimáticamente, que se divide en dos etapas principales:

Etapas de la Glicólisis

Etapa 1: Fase Preparatoria

En esta etapa, la glucosa es fosforilada, dando lugar a dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato. Este proceso consume dos moléculas de ATP.

Etapa 2: Fase de Beneficio Energético

Las dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato son oxidadas por el NAD⁺ y luego convertidas en piruvato, produciendo cuatro moléculas de ATP. Por lo tanto, el rendimiento energético neto de la glicólisis es de dos moléculas de ATP por molécula de glucosa.

Reacciones de la Glicólisis

1. La glucosa es fosforilada por el ATP para formar glucosa-6-fosfato. Esta reacción es irreversible. La fosforilación de la glucosa impide que esta molécula pueda salir de la célula.
2. La glucosa-6-fosfato se isomeriza a fructosa-6-fosfato en presencia del enzima fosfoglucosa isomerasa.
3. La fructosa-6-fosfato es fosforilada por el ATP para formar fructosa-1,6-bisfosfato con la intervención del enzima fosfofructoquinasa.
4. La fructosa-1,6-bisfosfato, por medio del enzima aldolasa, se rompe en dos triosas: gliceraldehído-3-fosfato (G3P) y dihidroxiacetona fosfato (DHAP).
5. Solo el G3P continúa en la ruta glicolítica, pero el G3P y la DHAP son isómeros fácilmente interconvertibles. El resultado de esta primera etapa de la glicólisis es que una molécula de glucosa se ha transformado en dos moléculas de G3P y se han consumido dos moléculas de ATP.
6. La oxidación y fosforilación del gliceraldehído-3-fosfato es una reacción central de la glicólisis. Se obtiene el primer intermediario con un grupo fosfato de alta energía de hidrólisis. La reacción es catalizada por el enzima gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa.
7. El 1,3-bisfosfoglicerato (1,3-BPG) cede un grupo fosforilo al ADP formándose 3-fosfoglicerato, en presencia del enzima fosfoglicerato quinasa y ATP.
8. El 3-fosfoglicerato se convierte en 2-fosfoglicerato por medio del enzima fosfoglicerato mutasa.
9. Por deshidratación del 2-fosfoglicerato se forma, por la enolasa, fosfoenolpiruvato. Se obtiene el segundo intermediario con un grupo fosfato de alta energía de hidrólisis.
10. El fosfoenolpiruvato transfiere su grupo fosforilo al ADP formándose piruvato y ATP. Esta reacción es catalizada por la piruvato quinasa.

Rendimiento Energético de la Glicólisis

Se han gastado dos moléculas de ATP para iniciar el proceso y se han sintetizado cuatro, lo que da un rendimiento neto de dos moléculas de ATP. También se han obtenido dos moléculas de NADH.

Fermentación Alcohólica

La fermentación alcohólica es llevada a cabo por determinadas levaduras del género Saccharomyces, que transforman la glucosa en etanol y CO₂. El piruvato producido sufre una descarboxilación, transformándose en acetaldehído por la acción de la piruvato descarboxilasa. El acetaldehído, que actúa como último aceptor de electrones, es reducido por el NADH a etanol en presencia del enzima alcohol deshidrogenasa.

Balance Energético de la Fermentación Alcohólica

Se consume un NADH por cada molécula de piruvato. Por lo tanto, si se degradan dos moléculas de piruvato se consumen dos NADH.

Ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs, también conocido como ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos, es la ruta oxidativa final de la glucosa y de la mayoría de los combustibles metabólicos. Su función principal es oxidar el grupo acetilo del Acetil-CoA a CO₂. Consta de ocho reacciones catalizadas enzimáticamente:

1. El grupo acetilo del acetil-CoA se condensa con el oxalacetato para dar citrato.
2. El citrato se isomeriza a isocitrato mediante una deshidratación seguida de una hidratación. Se forma el cis-aconitato como intermediario.
3. Se forma α-cetoglutarato por medio del enzima isocitrato deshidrogenasa. Esta reacción produce NADH y CO₂.
4. El α-cetoglutarato se descarboxila oxidativamente dando succinil-CoA por medio del enzima α-cetoglutarato deshidrogenasa. En esta reacción se produce NADH y CO₂.
5. El succinil-CoA se transforma en succinato en presencia del enzima succinil-CoA sintetasa. Esta reacción está acoplada a la síntesis de GTP.
6. El succinato se oxida a fumarato, a la vez que se reduce el FAD a FADH₂. Esta reacción es catalizada por el complejo enzimático succinato deshidrogenasa.
7. El fumarato incorpora una molécula de agua, hidratándose y produciendo malato. El enzima que actúa es la fumarasa.
8. El malato se oxida y origina oxalacetato y NADH. Esta reacción es catalizada por la malato deshidrogenasa.

Balance Energético del Ciclo de Krebs

Por cada vuelta del ciclo de Krebs se obtienen: 2 ATP, 6 NADH y 2 FADH₂. Como resultado de la oxidación completa de una molécula de glucosa a CO₂ y H₂O se obtienen: 4 ATP, 10 NADH y 2 FADH₂.

Hipótesis Quimiosmótica

La hipótesis quimiosmótica explica el mecanismo de síntesis de ATP en la fosforilación oxidativa. Los protones (H⁺) liberados al ionizarse los hidrógenos transportados por el NADH y el FADH₂ se acumulan en el espacio intermembranoso de la mitocondria debido al funcionamiento de la cadena de transporte electrónico. Esta acumulación de protones genera un gradiente electroquímico a través de la membrana mitocondrial interna.

Mecanismo de Síntesis de ATP

La ATP sintasa, un complejo enzimático ubicado en la membrana mitocondrial interna, utiliza la energía potencial almacenada en el gradiente electroquímico de protones para sintetizar ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico (Pi). El flujo de protones a través de la ATP sintasa provoca un cambio conformacional en la enzima, lo que impulsa la síntesis de ATP.

La ATP sintasa presenta dos centros activos con diferente afinidad por el ADP y el Pi. Cuando no hay aporte energético, uno de los centros activos está ocupado por ATP, mientras que el otro muestra gran afinidad por el ADP y el Pi. Al producirse un aporte energético (el flujo de protones), se induce un cambio en la conformación del centro activo donde se halla alojado el ATP, lo que provoca su liberación. El otro centro activo adquiere capacidad catalítica para unir el Pi al ADP y formar ATP, el cual quedará unido al enzima hasta que un nuevo flujo de protones provoque su liberación.