GLUCOLISIS

¿Qué es la glucólisis?

La glucólisis es una serie de reacciones que extraen energía de la glucosa al romperla en dos moléculas de tres carbonos llamadas piruvato. La glucólisis es una vía metabólica ancestral —o sea, que su evolución ocurrió hace mucho tiempo— y se encuentra en la gran mayoría de los organismos vivos hoy en día$^{2,3}$start superscript, 2, comma, 3, end superscrip

En los organismos que realizan respiración celular, la glucólisis es la primera etapa de este proceso. Sin embargo, la glucólisis no requiere de oxígeno, por lo que muchos organismos anaerobios —organismos que no utilizan oxígeno— también tienen esta vía.

Lo más destacado de la glucólisis

La glucólisis tiene diez pasos, pero según tus intereses —y las clases que estés tomando— quizá no quieras conocer todos los detalles de cada paso. Tal vez estás buscando una versión Grandes Éxitos de la glucólisis, algo que destaque los pasos y principios clave sin seguir el camino de cada átomo. Vamos a comenzar con una versión simplificada de la vía que muestra justo eso.

La glucólisis ocurre en el citosol de una célula y se puede dividir en dos fases principales: la fase en que se requiere energía, sobre la línea punteada en la siguiente imagen, y la fase en que se libera energía, debajo de la línea punteada.

• Fase en que se requiere energía. En esta fase, la molécula inicial de glucosa se reordena y se le añaden dos grupos fosfato. Los dos grupos fosfato causan inestabilidad en la molécula modificada —ahora llamada fructosa-1,6-bifosfato—, lo que permite que se divida en dos mitades y forme dos azúcares fosfatados de tres carbonos. Puesto que los fosfatos utilizados en estos pasos provienen de $\text{ATP}$start text, A, T, P, end text, se deben utilizar dos moléculas de $\text{ATP}$start text, A, T, P, end text.

Diagrama simplificado de la glucólisis.

Fase de inversión energética. Primero, la glucosa se convierte en fructosa-1,6-bifosfato en una serie de pasos que utiliza dos moléculas de ATP. La fructosa-1,6-bifosfato es inestable y se rompe en dos, lo que genera dos moléculas de tres carbonos llamadas DHAP y gliceraldehído-3-fosfato. El gliceraldehído-3-fosfato puede proseguir con los siguientes pasos de la vía y la DHAP puede convertirse sin esfuerzo en gliceraldehído-3-fosfato.

Fase de producción de energía. La molécula de gliceraldehído-3-fosfato se convierte en piruvato mediante una serie de pasos que producen una molécula de NADH y dos de ATP. Esto sucede dos veces por cada molécula de glucosa, puesto que la glucosa se rompe en dos moléculas de tres carbonos y ambas proceden hasta los pasos finales de la vía.

Los dos azúcares de tres carbonos formados cuando se descompone el azúcar inestable son diferentes entre sí. Solo uno —el gliceraldehído-3-fosfato— puede entrar al siguiente paso. Sin embargo, el azúcar desfavorable, $\text{DHAP}$start text, D, H, A, P, end text, se puede convertir fácilmente en el isómero favorable, por lo que ambos completan la vía al final.

• Fase en que se libera energía. En esta fase, cada azúcar de tres carbonos se convierte en otra molécula de tres carbonos, piruvato, mediante una serie de reacciones. Estas reacciones producen dos moléculas de $\text{ATP}$start text, A, T, P, end text y una de $\text{NADH}$start text, N, A, D, H, end text. Dado que esta fase ocurre dos veces, una por cada dos azúcares de tres carbonos, resultan cuatro moléculas de $\text{ATP}$start text, A, T, P, end text y dos de $\text{NADH}$start text, N, A, D, H, end text en total.

Cada reacción de la glucólisis es catalizada por su propia enzima. La enzima más importante para la regulación de la glucólisis es la fosfofructocinasa, que cataliza la formación de la inestable molécula de azúcar con dos fosfatos, fructuosa-1,6-bifosfato$^4$start superscript, 4, end superscript. La fosfofructocinasa acelera o frena la glucólisis en respuesta a las necesidades energéticas de la célula.

En resumen, la glucólisis convierte una molécula de glucosa de seis carbonos en dos moléculas de piruvato de tres carbonos. El producto neto de este proceso son dos moléculas de $\text{ATP}$start text, A, T, P, end text ($4$4 $\text{ATP}$start text, A, T, P, end text producidos $-$minus $2$2 $\text{ATP}$start text, A, T, P, end text invertidos) y dos moléculas de $\text{NADH}$start text, N, A, D, H, end text.

Los pasos a detalle: la fase en que se requiere energía

Ya vimos lo que pasa en términos generales durante la fase de la glucólisis en la que se requiere energía. Se gastan dos moléculas de $\text{ATP}$start text, A, T, P, end text para formar un azúcar inestable con dos grupos fosfato, el cual se rompe para formar dos moléculas de tres carbonos que son isómeros entre sí.

A continuación, veremos cada paso con mayor detalle. Cada paso es catalizado por su propia enzima específica, cuyo nombre se indica abajo de la flecha de reacción en el siguiente diagrama.

Paso 1. Un grupo fosfato se transfiere del $\text{ATP}$start text, A, T, P, end text a la glucosa y la transforma en glucosa-6-fosfato. La glucosa-6-fosfato es más reactiva que la glucosa y la adición del fosfato retiene la glucosa dentro de la célula, porque la glucosa con un fosfato es incapaz de atravesar por sí sola la membrana.

Paso 2. La glucosa-6-fosfato se convierte en su isómero, la fructosa-6-fosfato.

Paso 3. Un grupo fosfato se transfiere del $\text{ATP}$start text, A, T, P, end text a la fructosa-6-fosfato y se produce fructosa-1,6-bifosfato. Este paso lo cataliza la enzima fosfofructocinasa, que puede ser regulada para acelerar o frenar la vía de la glucólisis.

Paso 4. La fructosa-1,6-bifosfato se rompe para generar dos azúcares de tres carbonos: la dihidroxiacetona fosfato ($\text{DHAP}$start text, D, H, A, P, end text) y el gliceraldehído-3-fosfato. Estas moléculas son isómeros el uno del otro, pero solo el gliceraldehído-3-fosfato puede continuar directamente con los siguientes pasos de la glucólisis.

Paso 5. La $\text{DHAP}$start text, D, H, A, P, end text se convierte en gliceraldehído-3-fosfato. Ambas moléculas existen en equilibrio, pero dicho equilibrio "empuja" fuertemente hacia abajo, considerando el orden del diagrama anterior, conforme se va utilizando el gliceraldehído-3-fosfato. Es así que al final toda la $\text{DHAP}$start text, D, H, A, P, end text se convierte en gliceraldehído-3-fosfato.

Los pasos a detalle: la fase en que se libera energía

En la segunda mitad de la glucólisis, los azúcares de tres carbonos formados en la primera mitad del proceso se someten a una serie de transformaciones adicionales para convertirse al final en piruvato. En el proceso se producen cuatro moléculas de $\text{ATP}$start text, A, T, P, end text junto con dos de $\text{NADH}$start text, N, A, D, H, end text.

Aquí estudiaremos con más detalle las reacciones que generan estos productos. Las reacciones mostradas a continuación ocurren dos veces por cada molécula de glucosa, puesto que la glucosa se rompe en dos moléculas de tres carbonos y ambas proceden por la vía.

Los pasos de la segunda mitad de la glucólisis a detalle. Todas estas reacciones sucederán dos veces por cada molécula de glucosa.

6. El gliceraldehído-3-fosfato se convierte en 1,3-bifosfoglicerato. Esta es una reacción de óxido-reducción en la cual el NAD+ se convierte en NADH (junto con la liberación de un ion H+). En esta reacción, catalizada por la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa, también participa un fosfato inorgánico.
7. La fosfoglicerato cinasa convierte el 1,3-bifosfoglicerato en 3-fosfoglicerato. En este paso un ADP se convierte en ATP.
8. La fosfoglicerato mutasa convierte el 3-fosfoglicerato en 2-fosfoglicerato.
9. La enolasa convierte el 2-fosfoglicerato en fosfoenolpiruvato (PEP). Esta reacción libera una molécula de agua.
10. La piruvato cinasa convierte el fosfoenolpiruvato (PEP) en piruvato. En esta reacción, una molécula de ADP se convierte en ATP.

Imagen modificada de "Glucólisis: Figura 2", de OpenStax College, Biología (CC BY 3.0).

Paso 6. Dos semirreaciones ocurren simultáneamente: 1) la oxidación del gliceraldehido-3-fosfato (uno de los azúcares de tres carbonos que se forma en la fase inicial), y 2) la reducción del $\text{NAD}^{+}$start text, N, A, D, end text, start superscript, plus, end superscript en $\text{NADH}$start text, N, A, D, H, end text y $\text{H}^+$start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript. La reacción general es exergónica y libera la energía que luego se usa para fosforilar la molécula, lo que forma 1,3-bifosfoglicerato.

Paso 7. El 1,3-bifosfoglicerato dona uno de sus grupos fosfato al $\text{ADP}$start text, A, D, P, end text, lo transforma en una molécula de $\text{ATP}$start text, A, T, P, end text y en el proceso se convierte en 3-fosfoglicerato.

Paso 8. El 3-fosfoglicerato se convierte en su isómero, el 2-fosfoglicerato.

Paso 9. El 2-fosfoglicerato pierde una molécula de agua y se transforma en fosfoenolpiruvato ($\text{PEP}$start text, P, E, P, end text). El $\text{PEP}$start text, P, E, P, end text es una molécula inestable, lista para perder su grupo fosfato en el paso final de la glucólisis.

Paso 10. $\text{PEP}$start text, P, E, P, end text de inmediato dona su grupo fosfato al $\text{ADP}$start text, A, D, P, end text, y se forma la segunda molécula de $\text{ATP}$start text, A, T, P, end text. Al perder su fosfato, $\text{PEP}$start text, P, E, P, end text se convierte en piruvato, el producto final de la glucólisis.

¿Qué le sucede al piruvato y al $\text{NADH}$start text, N, A, D, H, end text?

Al final de la glucólisis nos quedan dos moléculas de $\text{ATP}$start text, A, T, P, end text, dos de $\text{NADH}$start text, N, A, D, H, end text y dos de piruvato. Si hay oxígeno presente, el piruvato se puede degradar (oxidar) hasta dióxido de carbono en la respiración celular y así obtener más moléculas de $\text{ATP}$start text, A, T, P, end text. Puedes aprender cómo funciona esto en los videos y artículos sobre la oxidación del piruvato, el ciclo del ácido cítrico y la fosforilación oxidativa.

¿Qué pasa con el $\text{NADH}$start text, N, A, D, H, end text? No puede solo estar por ahí en la célula, acumulándose. Eso es porque las células solo tienen un cierto número de moléculas de $\text{NAD}^+$start text, N, A, D, end text, start superscript, plus, end superscript, que va y regresa entre sus estados oxidado ($\text{NAD}^+$start text, N, A, D, end text, start superscript, plus, end superscript) y reducido ($\text{NADH}$start text, N, A, D, H, end text):

$\text{\blue{NAD}}^+$start text, start color #6495ed, N, A, D, end color #6495ed, end text, start superscript, plus, end superscript $+$plus $2\text {e}^-$2, start text, e, end text, start superscript, minus, end superscript $+$plus $2 \text {\purple{H}}^+$2, start text, start color #9d38bd, H, end color #9d38bd, end text, start superscript, plus, end superscript $\rightleftharpoons$\rightleftharpoons $\text{\blue{NAD}}$start text, start color #6495ed, N, A, D, end color #6495ed, end text$\text{\purple{H}}$start text, start color #9d38bd, H, end color #9d38bd, end text $+$plus $\text{ \purple{H}}^+$start text, space, start color #9d38bd, H, end color #9d38bd, end text, start superscript, plus, end superscript

La glucólisis necesita $\text{NAD}^+$start text, N, A, D, end text, start superscript, plus, end superscript para aceptar electrones durante una reacción específica. Si no hay $\text{NAD}^+$start text, N, A, D, end text, start superscript, plus, end superscript disponible (porque todo está en forma de $\text{NADH}$start text, N, A, D, H, end text), esta reacción no puede ocurrir y la glucólisis se detiene. Por lo tanto, todas las células necesitan una forma de convertir $\text{NADH}$start text, N, A, D, H, end text de $\text{NAD}^+$start text, N, A, D, end text, start superscript, plus, end superscript para mantener la glucólisis andando.

Principalmente, hay dos formar de lograr esto. Cuando hay oxígeno presente, el $\text{NADH}$start text, N, A, D, H, end text puede donar sus electrones a la cadena de transporte de electrones y así regenerar $\text{NAD}^+$start text, N, A, D, end text, start superscript, plus, end superscript para usar en la glucólisis. (Bono extra: ¡Se produce un poco de $\text{ATP}$start text, A, T, P, end text!).

En ausencia de oxígeno, las células pueden usar otras vías más simples para regenerar $\text{NAD}^+$start text, N, A, D, end text, start superscript, plus, end superscript. En dichas vías, el $\text{NADH}$start text, N, A, D, H, end text dona sus electrones a una molécula aceptora en una reacción que no genera $\text{ATP}$start text, A, T, P, end text, pero regenera $\text{NAD}^+$start text, N, A, D, end text, start superscript, plus, end superscript y la glucólisis puede continuar. Este proceso se llama fermentación y puedes aprender más sobre el en los videos sobre fermentación.

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA: GLUCOLISIS