8.1: ¿Qué es la glucólisis?

Descripción general

Las células producen energía descomponiendo macromoléculas. La respiración celular es el proceso bioquímico que convierte la "energía alimentaria" (de los enlaces químicos de las macromoléculas) en energía química en forma de trifosfato de adenosina (ATP). El primer paso de este intrincado y estrictamente regulado proceso es la glucólisis. La palabra glucólisis proviene del latín glico (azúcar) y lisis (descomposición). La glucólisis cumple dos funciones intracelulares principales: generar ATP y generar metabolitos intermedios para alimentar otras vías. La vía glucolítica convierte una hexosa (un carbohidrato de seis carbonos, como la glucosa) en dos moléculas de triosa (carbohidrato de tres carbonos), como el piruvato, para producir un total neto de dos moléculas de ATP (cuatro producidas, dos consumidas) y dos moléculas de nicotinamida adenina dinucleótido (NADH).

Elucidación de la glucólisis

A mediados del siglo XIX, Louis Pasteur determinó que los microorganismos provocan la degradación de la glucosa en ausencia de oxígeno (fermentación). En 1897, Eduard Buchner descubrió que todavía se pueden llevar a cabo reacciones de fermentación en extractos de levadura libres de células, rompiendo la célula y recogiendo el citoplasma que contiene las moléculas y orgánulos solubles. Poco después, en 1905, Arthur Harden y William Young descubrieron que la tasa de fermentación disminuye sin la adición de fosfato inorgánico (P_i) y que la fermentación requiere la presencia tanto de un componente sensible al calor (posteriormente se identificó que contiene varias enzimas) y una fracción termoestable de bajo peso molecular (iones inorgánicos, ATP, ADP y coenzimas como NAD). En 1940, con el esfuerzo de muchas personas, Gustav Embden, Otto Meyerhof, Jakub Karol Parnas y otros establecieron la vía completa de la glucólisis. Ahora, la glucólisis se conoce como vía EMP.

Destino de la glucosa

Hay dos formas en que la glucosa puede ingresar a la célula. Un grupo de proteínas integrales GLUT (transportador de glucosa) transporta glucosa al citosol mediante difusión facilitada. Los miembros de la familia de proteínas GLUT están presentes en tejidos específicos de todo el cuerpo humano. Alternativamente, las proteínas transportadoras transmembrana mueven la glucosa contra su gradiente de concentración mediante transporte activo secundario. El transportador simultáneo utiliza energía electroquímica procedente del bombeo de iones. Algunos ejemplos son los transportadores unidos a sodio y glucosa en el intestino delgado, el corazón, el cerebro y los riñones.

En condiciones aeróbicas (ricas en O₂) y anaeróbicas (deficientes en O₂), la glucólisis puede comenzar una vez que la glucosa ingresa al citosol de la célula. Hay dos fases principales de la glucólisis. La primera fase es un paso preparatorio que requiere energía y que atrapa la glucosa en la célula y reestructura la columna vertebral de seis carbonos para que pueda escindirse de manera eficiente. La segunda fase libera energía y genera piruvato.

Destino del piruvato

Dependiendo del nivel de oxígeno y de la presencia de mitocondrias, el piruvato puede tener uno de dos destinos posibles. En condiciones aeróbicas con mitocondrias presentes, el piruvato ingresa a las mitocondrias, pasando por el ciclo del ácido cítrico y la cadena de transporte de electrones (ETC) para oxidarse a CO₂, H₂O e incluso más ATP. Por el contrario, en condiciones anaeróbicas (es decir, músculos que trabajan) o sin mitocondrias (es decir, procariotas), el piruvato sufre una fermentación de lactato (es decir, se reduce a lactato en condiciones anaeróbicas). Curiosamente, la levadura y algunas bacterias en condiciones anaeróbicas pueden convertir el piruvato en etanol mediante un proceso conocido como fermentación alcohólica.

Regulación de la glucólisis

El control y la regulación estrictos de las vías metabólicas mediadas por enzimas, como la glucólisis, son fundamentales para el funcionamiento adecuado de un organismo. El control se ejerce mediante limitación de sustrato o regulación ligada a enzimas. La limitación de sustrato ocurre cuando la concentración de sustratos y productos en la célula está cerca del equilibrio. En consecuencia, la disponibilidad del sustrato determina la velocidad de la reacción. En la regulación ligada a enzimas, la concentración de sustratos y productos está lejos del equilibrio. La actividad de tres enzimas (hexoquinasa, fosfofructoquinasa y piruvato quinasa) determina la velocidad de reacción, que controla el flujo de la vía general.

- [Instructor] La glucólisis es el proceso metabólico

De descomponer los azúcares para generar energía.

La glucosa entra en el citoplasma de la célula

y se transforma en dos fases principales.

La primera parte requiere energía en forma de ATP

para atrapar la molécula de glucosa y modificarla

a través de una serie de pasos.

La segunda fase extrae energía de los electrones y

lo utiliza como NADH de alta energía y más moléculas de ATP.

Después de pasos enzimáticos, dos azúcares de tres carbonos,

piruvato, son producidos y listos para el transporte.

A las mitocondrias para ingresar al ciclo del ácido cítrico.