Bioquímica, Carbohidratos, Metabolismo
Glucólisis
Descubriendo la Glucólisis
La 1ra Etapa de la Respiración Celular
¡Bienvenidos, queridos estudiantes inquisidores! Hoy nos adentraremos en una de las rutas metabólicas más emocionantes y cruciales para nuestro organismo: ¡la Glucólisis! Prepárense para un viaje lleno de adrenalina molecular mientras desciframos los secretos de cómo nuestras células obtienen esa energía que tanto necesitan para funcionar.
Tabla de contenidos
La Glucólisis: ¡El Motor de Tus Células!
Imagina a la glucólisis (o glicólisis, es lo mismo) como un videojuego en donde la glucosa es la heroína que necesita llegar a la meta (mitocondrias) para liberar energía, enfrentando desafíos y recolectando recompensas. La célula es el escenario lleno de obstáculos y aliados (enzimas) que la ayudan a avanzar. Cada nivel, desde la fase preparatoria (usando ATP) y fase de ganancia (obteniendo ATP), hasta el destino final del piruvato, representa etapas críticas del juego. Mientras que la respiración aeróbica es el nivel de bonificación (piruvato ingresa a las mitocondrias) y la fermentación es un atajo menos gratificante (piruvato se fermenta). Las reacciones químicas son como power-ups donde las enzimas, tus aliados, te ayudan a avanzar. Los productos finales son las recompensas y la regulación de la glucólisis es como el sistema de puntos que controla el ritmo del juego. ¡Que empiece la aventura!
¿Cómo Empieza Esta Aventura?
Todo inicia cuando la glucosa ingresa a la célula y se encuentra en el citoplasma, ahí la glucólisis tiene 2 etapas.
- Etapa preparatoria: La glucosa es fosforilada, usando 2 ATP y se divide en dos moléculas de 3 carbonos y un grupo fosfato, cada una.
- Etapa de ganancia: Las 2 moléculas, del paso anterior, son convertidas a 2 piruvatos, produciendo 4 ATP y 2 NADH.
Esta aventura la podemos reflejar de forma general con la reacción global de la glucólisis:
¡Desglose de la Glucólisis Paso a Paso!
- Inicio: Una molécula de glucosa entra a la célula y se queda en el citoplasma.
Etapa preparatoria (Inversión de energía):
1. Activación-Fosforilación
La enzima Hexoquinasa, con Mg2+ como cofactor, agrega un grupo fosfato a la glucosa, utilizando una molécula de ATP, transformándola en glucosa-6-fosfato, por lo que obtenemos ADP. La glucosa-6-fosfato es incapaz de atravesar la membrana plasmática por lo tanto no puede salir de la célula por sí misma. Esta reacción es irreversible. Es el primer punto de regulación de la glucólisis debido a que la glucosa-6-fosfato inhibe a la enzima hexoquinasa.
2. Isomerización
La enzima Glucosa-6-fosfato isomerasa transforma a la glucosa-6-fosfato en fructosa-6-fosfato (isómero de la glucosa).
3. Fosforilación
La enzima Fosfofructoquinasa 1, con Mg2+ como cofactor, agrega otro grupo fosfato que obtiene desde un ATP, creando fructosa-1,6-bisfosfato y ADP. Esta reacción es un punto de control muy importante para la glucólisis, ya que regula la velocidad del proceso dependiendo de las necesidades de la célula. La enzima es inhibida por ATP, H+ y citrato, y activada por AMP, ADP y fructosa-2,6-bisfosfato.
4. División
La enzima Aldolasa divide a la fructosa-1,6-bisfosfato en dos moléculas de triosa fosfato, la dihidroxiacetona fosfato y la gliceraldehído-3-fosfato.
Etapa de ganancia (Obtención de energía):
5. Isomerización
La enzima Triosa fosfato isomerasa convierte a la dihidroxiacetona fosfato en una segunda molécula de gliceraldehído-3-fosfato.
6. Oxidación-Reducción y Fosforilación
La enzima Gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa, con Mg2+ como cofactor, oxida a las 2 moléculas de gliceraldehído-3-fosfato en 2 moléculas de 1,3-bisfosfoglicerato liberando 2 moléculas de H+, y a su vez reduce 2 moléculas de NAD+, formando 2 moléculas de NADH. Finalmente fosforila las 2 moléculas de 1,3 bisfosfoglicerato en el carbono 1 (C1), utilizando 2 fosfatos inorgánicos (Pi).
7. Desfosforilación
La enzima Fosfoglicerato quinasa, con Mg2+ como cofactor, transfiere un grupo fosfato de cada molécula de 1,3-bisfosfoglicerato a 2 moléculas de ADP, creando 2 ATP y 2 moléculas de 3-fosfoglicerato.
8. Isomerización
La enzima Fosfoglicerato mutasa reorganiza los átomos de las 2 moléculas de 3-fosfoglicerato convirtiéndolo en 2 moléculas de 2-fosfoglicerato.
9. Deshidratación
La enzima Enolasa, con Mg2+ como cofactor, deshidrata las 2 moléculas de 2-fosfoglicerato a 2 moléculas de fosfoenolpiruvato (PEP), liberando 2 moléculas de agua.
10. Desfosforilación
La enzima Piruvato quinasa, con Mg2+ como cofactor, transfiere un grupo fosfato de cada molécula de PEP a 2 ADP, creando 2 moléculas de ATP y 2 moléculas de piruvato (ácido pirúvico). Este es el último punto de regulación de la glucólisis, la enzima es inhibida por el Acetil CoA, ácidos grasos, ATP, alanina y fosfocreatina y activada por ADP y fructosa-1,6-bisfosfato.
En conclusión, la glucólisis transforma 1 molécula de glucosa de 6 carbonos en 2 moléculas de piruvato de 3 carbonos cada una, gastando 2 moléculas de ATP y produciendo 4 ATP (4 – 2 = 2), obteniendo finalmente 2 moléculas netas de ATP.
La Glucólisis al ser un proceso muy importante, está altamente regulado como te hemos mencionado anteriormente, acá abajo te dejamos una imagen de resumen de la regulación de la glucólisis y sus 3 puntos críticos.
Resumen de la Regulación de la Glucólisis
Este es el final de la glucólisis, pero no el final de la respiración celular, si te interesa saber qué más sucede en la respiración celular, únete a nuestro newsletter para enterarte de cuando subamos nuevo contenido en el Blog. Por mientras te dejamos con un video de ASMR de la Glucólisis, para que puedas relajarte y aprender a la vez. Si tienes dudas ve acá abajo a nuestra sección de preguntas y respuestas, si tu pregunta no está, escríbela en los comentarios o nuestro WhatsApp.
Ejercicios
¿Cuál de los siguientes cofactores es necesario para la oxidación del gliceraldehído-3-fosfato?
a) Mg2+
b) NAD+
c) CoA
d) FBP
e) AMP
Respuesta correcta b) NAD+.
¿Qué enzima cataliza la conversión de fructosa-6-fosfato en fructosa-1,6-bisfosfato?
a) Hexoquinasa
b) Fosfofructoquinasa 1
c) Aldolasa
d) Triosa fosfato isomerasa
e) Fosfoglicerato quinasa
Respuesta correcta b) Fosfofructoquinasa 1.
Identifica las afirmaciones incorrectas sobre la regulación de la glucólisis.
a) La Piruvato quinasa es inhibida por ATP y ácidos grasos de cadena larga.
b) La fructosa-1,6-bisfosfato es un activador de la Piruvato quinasa.
c) La glucólisis es un proceso aeróbico que produce ATP.
d) La glucólisis se produce en el citoplasma de las células eucariotas.
Respuesta correcta c) La glucólisis es un proceso aeróbico que produce ATP.
Verdadero y falso:
- El piruvato es el producto final de la glucólisis.
- La inhibición de la Piruvato quinasa aumenta la velocidad de la glucólisis.
- La glucólisis es una ruta metabólica lineal que no tiene retroalimentación.
- La Gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa produce NADH.
- La glucólisis solo ocurre en los músculos y el hígado.
- V
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Preguntas comunes y sus respuestas
¿Qué es la glucólisis?
La glucólisis es el proceso metabólico central de las células en el que se descompone (por reacciones enzimáticas) la glucosa para obtener energía en forma de ATP y producir compuestos intermedios que alimentan otras vías metabólicas.
¿Qué es la glucogénesis?
La glucogénesis es una ruta metabólica anabólica, cuyo objetivo es la síntesis de glucógeno a partir de un precursor más simple, la glucosa-6-fosfato. Tiene lugar principalmente en el hígado y en menor medida en los músculos esqueléticos.
¿Cómo se relaciona la glucólisis con la glucogénesis?
Son dos procesos metabólicos interconectados que tienen un rol fundamental en el mantenimiento de la glucemia (niveles de glucosa en sangre) y energía en el organismo. Cuando los niveles de glucosa en sangre son altos, la glucosa se convierte en glucógeno mediante la glucogénesis para su almacenamiento.
Cuando los niveles de glucosa en sangre son bajos, el glucógeno se descompone en glucosa mediante la glucogenólisis para liberar energía y mantener la glucemia.
¿Cuáles son los 10 pasos de la glucólisis?
- Fosforilación de la glucosa
- Isomerización
- Fosforilación
- División o segmentación
- Isomerización
- Redox y fosforilación
- Desfosforilación
- Isomerización
- Deshidratación
- Desfosforilación
¿A dónde va el piruvato luego de la glucólisis?
En un ambiente en presencia de oxígeno, el piruvato continua la respiración celular y se oxida hasta dióxido de carbono (CO2). En ausencia de oxígeno, el piruvato se fermenta en lactato o etanol (fermentación láctica o fermentación alcohólica), liberando ATP de forma menos eficiente.
¿A dónde va el NADH?
En presencia de oxígeno, el NADH continua la respiración celular y dona sus electrones a la cadena transportadora de electrones, generando NAD+, muy necesaria en la glucólisis. En ausencia de oxígeno, el NADH entra a un proceso llamado fermentación, donde dona sus electrones a alguna molécula aceptora que no genera ATP, pero sí NAD+.
¿Cuáles son todas las enzimas que participan en la glucólisis?
- Hexoquinasa (Glucoquinasa en el hígado)
- Glucosa-6-fosfato isomerasa
- Fosfofructoquinasa 1
- Aldolasa
- Triosa fosfato isomerasa
- Gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa
- Fosfoglicerato quinasa
- Fosfoglicerato mutasa
- Enolasa
- Piruvato quinasa
¿Cuál es la ecuación de balance general de la reacción de la glucólisis?
¿La glucólisis es un proceso aeróbico o anaeróbico?
Anaeróbico, porque no interviene el oxígeno molecular, es decir, no genera energía a partir de la descomposición del oxígeno y no lo requiere en sus reacciones.
¿Cuántos ATP se forman en la glucólisis?
Dos moléculas de ATP.
¿Quién se oxida y quien se reduce en la reacción de Oxidación-Reducción catalizada por la enzima Gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa (GAPDH)?
En esta reacción se produce la oxidación del sustrato, gliceraldehído-3-fosfato y la reducción de la coenzima NAD+. Esto quiere decir que el gliceraldehído-3-fosfato pierde electrones al oxidarse, y el NAD+ gana electrones al reducirse. ¿Cómo ocurre esto? El gliceraldehído-3-fosfato dona (o pierde) un par de electrones al NAD+, convirtiéndolo en NADH, a su vez que se oxida a 1,3-bisfosfoglicerato liberando un protón (H+).
¿Las enzimas se encuentran en el citoplasma unidas a alguna proteína o membrana o están libres en el citosol?
Se encuentran disueltas en el citosol, esto les permite desplazarse e interactuar con sus sustratos de manera eficiente.
¿Qué es un isómero?
Uno o más compuestos que tienen la misma fórmula química pero diferente disposición de los átomos dentro de las moléculas y que puede tener distintas propiedades físicas y químicas. Por ejemplo la glucosa y la fructosa, ambas tienen la misma fórmula química pero sus átomos están en distinto orden.
¿Qué reacciones son irreversibles?
Las reacciones 1, 3 y 10, es decir las catalizadas por las enzimas Hexoquinasa, Fosfofructoquinasa 1 y Piruvato quinasa. ¿Por qué son irreversibles? En estas reacciones, la diferencia de energía libre estándar (ΔG°) es muy negativa, por lo que la reacción libera mucha energía y tiende a avanzar espontáneamente hacia los productos. Entonces, una vez que se produce el cambio en la energía libre, es muy difícil revertir la reacción para volver a los reactivos, ya que se requeriría un aporte significativo de energía externa. En la reacción 1 además, la Hexoquinasa tiene una alta afinidad por la glucosa. En la reacción 3, se forma un enlace fosfodiéster de alta energía y además la Fosfofructoquinasa 1 es regulada altamente por varios metabolitos. En la reacción 10, se forma un enlace enolato de alta energía y la Piruvato quinasa es altamente específica para PEP.
¿Cuál es el rendimiento total de la glucólisis?
Es 2 moléculas de ATP, 2 moléculas de NADH y 2 moléculas de Piruvato.
¿Qué significa Pi o fosfato inorgánico?
Es un ión PO43-, por lo general está unido a grupos orgánicos, pero cuando se menciona en la glucólisis significa que no está unido a nada, se encuentra libre en el citosol, por lo que las reacciones no requieren energía.
¿Cómo entra la glucosa a la célula?
La glucosa entra a través de los transportadores de glucosa, llamados GLUT. Éstos transportan la glucosa desde el exterior de la célula hacia el interior. Existen 5 tipos de transportadores GLUT: GLUT1 que está presente en los glóbulos rojos; GLUT2 que se encuentra en el hígado, células pancreáticas beta, riñon y tracto gastrointestinal; GLUT3, que se encuentra en las neuronas; GLUT4, que está presente en adipocitos, corazón y músculo esquelético; y GLUT5 que transporta específicamente fructosa hacia las células.
¿La glucosa regula la glicólisis?
Sí, el aumento de los niveles de glucosa (también de insulina) aumentan la actividad de las enzimas hexoquinasa y piruvato quinasa, por lo que aumenta la glucólisis y producción de piruvato.
¿Cómo la fructosa-2,6-bisfosfato regula a la enzima Fosfofructoquinasa 1?
Los altos niveles de fructosa-2,6-bisfosfato aumentan la actividad de la enzima Fosfofructoquinasa 1 (PFK-1). A su vez la insulina es capaz de aumentar la actividad quinasa de Fosfofructoquinasa 2 (PFK-2), que aumenta la fructosa-2,6-bisfosfato, y que activa a la PFK-1. Por otra parte el Glucagón fosforila a la PFK-2, que activa a la fosfatasa que transforma a la fructosa-2,6-bisfosfato (disminuyendo sus niveles) en fructosa-6-fosfato, disminuyendo la actividad de PFK-1. Por lo tanto, la insulina y glucagón afectan a la fructosa-2,6-bisfosfato que a su vez regula a la PFK-1.
¿Quieres citar este artículo en tu informe, trabajo o tesis?
Ciencia Ok SpA (15 de abril de 2024). Descubriendo la Glucólisis: La 1ra Etapa de la Respiración Celular. https://cienciaok.cl/glucolisis
Referencias
- Chaudhry R, Varacallo M. Bioquímica, glucólisis. [Actualizado 2023 Ago 8]. En: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2024 Jan-. Disponible en: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK482303/
- Nelson, D. L. & Cox, M. M. (2005). Lehninger Principles of Biochemistry. (4th ed.). W. H. Freeman and Company.
Me encantó, resumido y buenos graficos, gracias!
Muchas gracias Mili!