Glicólisis: vía metabólica para obtener energía celular

Tema 12: Glicólisis

La glicólisis o glicolisis (del griego glycos, azúcar y lysis, ruptura; ruptura del azúcar), es la vía metabólica encargada de oxidar la glucosa con la finalidad de obtener energía para la célula. Consiste en 10 reacciones enzimáticas consecutivas que convierten a la glucosa en dos moléculas de piruvato, el cual es capaz de seguir otras vías metabólicas y así continuar entregando energía al organismo.

Función e Importancia

Su función es producir moléculas que generan energía como el ATP y el NADH, formar moléculas que participan como fuente de energía celular en la respiración aeróbica (presencia de oxígeno) y en la fermentación (ausencia de oxígeno).

Características

• También se llama Ruta de Embden-Meyerhof.
• Ocurre en el citosol.
• No necesita de oxígeno.
• Su sustrato inicial es 1 molécula de glucosa (6C).
• Su molécula final son 2 de piruvato (ácido pirúvico, 3C).
• Es una ruta Anfibólica.
• Primer medio de obtención de energía del cuerpo.

Ruta Anfibólica

La glicólisis se considera una vía metabólica anfibólica, es decir, catabólica y anabólica al mismo tiempo.

Reacciones del Proceso Glucolítico

La Glucolisis se comienza con 1 molécula de Glucosa (6C) y luego le va ocurriendo las 10 reacciones hasta el producto final. Esta se divide en dos fases: una preparatoria y otra de beneficio.

1. 1ra Reacción: Fosforilación de la Glucosa que pasa a ser Glucosa-6-fosfato, irreversible, a través de la enzima Hexoquinasa, consumiendo 1 ATP y liberando 1 ADP.
2. 2da Reacción: Isomerización de la Glucosa-6-fosfato de manera reversible, que consiste en reorganizar la molécula para formar la Fructosa-6-fosfato, a través de la enzima Fosfoglucosaisomerasa, sin consumo de energía.
3. 3ra Reacción: Fosforilación de la Fructosa-6-fosfato de manera irreversible con gasto de 1 ATP y liberación de 1 ADP, pasando a ser Fructosa-1,6-difosfato, por la enzima Fosfofructoquinasa.
4. 4ta Reacción: Escisión (división) de la Fructosa-1,6-bifosfato en dos triosas la Dihidroxiacetona fosfato y la Gliceraldehído-3-fosfato. Esto es reversible, no se consume energía y es por medio de la enzima Aldolasa. Aquí se puede considerar que se obtienen dos Gliceraldehidos-3-fosfato porque por medio de la enzima Isomerasa la Dihidroxiacetona fosfato pasa a ser Gliceraldehido-3-fosfato. Por lo que a partir de aquí el número de moléculas que intervienen se duplica. Allí contenemos entonces una 5ta Reacción.
5. 6ta Reacción: Oxidación y Fosforilación del Gliceraldehido-3-fosfato que se transforma en 1,3-bifosfoglicerato, de manera reversible, consumiéndose aquí 1 NAD+ (como son 2 moléculas son 2 NAD+) y liberando NADH, por la enzima Gliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa.
6. 7ma Reacción: Desfosforilación del 1,3-bifosfoglicerato pasando a ser 3-Fosfoglicerato. Aquí se usa 1 ADP generando 1 ATP (x2), esto es reversible, por la enzima fosfoglicerato quinasa.
7. 8va Reacción: Isomerización del 3-fosfoglicerato, en el que el grupo fosfato cambia su posición del C3 al C2, de manera reversible, pasando a ser 2-fosfoglicerato, sin gasto de energía, por la enzima Fosfoglicerato Mutasa (Mutasa).
8. 9na Reacción: Formación de un doble enlace por la perdida de un H+ y un grupo –OH en el 2-fosfoglicerato pasando a ser Fosfoenolpiruvato. Sin consumo de energía, por la enzima Enolasa.
9. 10ma Reacción: Desfosforilación del Fosfoenolpiruvato de manera reversible usando 1 ADP generando 1 ATP (x2), por la enzima Piruvato quinasa, produciendo así el producto final que es el Piruvato (x2).

Rendimiento Energético

Calculando el rendimiento energético de la oxidación de una molécula de glucosa en la glucólisis:

Cada NADH citoplasmático que entre en la cadena respiratoria mitocondrial producirá 3 ATP.

Balance Energético de la oxidación de la Glucosa:

1 Molécula de Glucosa, 2 ADP y 2 NAD+ 2 Moléculas de Piruvato y 8 ATP

Regulación de la Glicólisis

- Hexoquinasa:

• Activación: Mg
• Inhibición: Glucosa 6-P

- Fosfofructoquinasa:

• Activación: Fructosa 2,6-DP, AMP
• Inhibición: Citrato, ATP y H

- Piruvato Quinasa:

• Activación: Fructosa-1,6 DP
• Inhibición: ATP, Alanina.

Lanzadera

Es el intercambio de concentraciones de compuestos necesarios hacia el citosol o hacia el espacio mitocondrial. Ocurre de dos maneras:

1. Lanzadera del glicerol-3-fosfato:

Durante la glicólisis se genera NADH en el citosol en la oxidación del gliceraldehído-3-fosfato y se debe regenerar más NAD+ para que la glicólisis continúe. El NADH no puede pasar a la mitocondria para ser oxidado por la cadena respiratoria ya que la membrana interior mitocondrial es impermeable al NADH y NAD+. La solución es que los electrones del NADH, en vez del propio NADH, sean transportados a través de esta membrana.

Una de las maneras de introducir electrones del NADH en la cadena respiratoria es la lanzadera del glicerol-3-fosfato. Que funciona así: la enzima Glicerol 3 fosfato deshidrogenasa 1, cataliza en el citosol la transferencia de 2 electrones + 2 protones desde NADH + H+ a la Dihidroxiacetona fosfato, formándose NAD+ y glicerol-3-fosfato.

De esta forma se ha transferido el "poder reductor" desde el NADH hasta el glicerol-3-fosfato. Y este atraviesa la membrana mitocondrial externa por los canales de porina (VDAC), y llega al espacio intermembrana mitocondrial donde el enzima Gliceraldehído 3 fosfato deshidrogenasa 2, situado en la cara externa de la membrana mitocondrial interna cataliza la transferencia de los 2 electrones + 2 protones desde el glicerol-3-fosfato a FAD, que se reduce a FADH2 y se incorpora a la cadena transportadora de electrones en la propia membrana interna. Que por último, transfiere sus electrones al transportador de electrones Q que entra en la cadena respiratoria como QH2.

El glicerol-3-fosfato al donar los 2 átomos de H se convierte en Dihidroxiacetona fosfato. De esta forma se ha producido la transferencia de 2 electrones + 2 protones desde el NADH + H+ en el citosol hasta el FAD en la membrana mitocondrial interna, mientras que la Dihidroxiacetona fosfato puede retornar desde el espacio intermembrana al citosol a través de los canales de porina (VDAC).

Esta lanzadera es irreversible. Su actividad varía en diferentes tejidos, siendo especialmente activa en cerebro y se utiliza mucho en los músculos ya que permite mantener una alta velocidad de fosforilación oxidativa. En cambio, en el corazón y en el hígado, los electrones del NADH citosólico son transportados a la mitocondria por la lanzadera del malato-aspartato.

2. Lanzadera del malato-aspartato:

En el corazón e hígado, los electrones desde el NADH citosol son transportados a la mitocondria por esta lanzadera, que utiliza dos transportadores de membrana y 4 enzimas (2 unidades de la malato deshidrogenasa y 2 unidades de la aspartato transaminasa). Los electrones son transferidos desde el NADH en el citosol al oxaloacetato, formando malato, que atraviesa la membrana mitocondrial interior y entonces es reoxidado por NAD+ en la matriz para formar NADH en una reacción catalizada por la malato deshidrogenasa 2.

El oxaloacetato resultante no puede atravesar la membrana mitocondrial interna y en una reacción de transaminación se transforma en aspartato que puede ser transportado al lado citosólico. El glutamato mitocondrial dona un grupo amino, formando aspartato y α-cetoglutarato. En el citoplasma, el aspartato es desaminado para formar oxaloacetato y el ciclo se empieza de nuevo.

Esta lanzadera en contraste con la lanzadera del glicerol-3-fosfato, es reversible. Consecuentemente, el NADH puede ser transportado a la mitocondria por la lanzadera del malato-aspartato solamente si la relación NADH/NAD+ es mayor en el citosol que en la matriz mitocondrial. Esta versátil lanzadera también facilita el intercambio de intermedios clave entre la mitocondria y el citosol.