Glucólisis en profundidad: fases, regulación y balance global

La glucólisis es una ruta catabólica compuesta por 10 reacciones químicas secuenciales en las que una molécula de glucosa se transforma y escinde en dos moléculas de ácido pirúvico, liberándose energía, en forma de ATP, y poder reductor, en forma de NADH + H+.

Glucolisis, Glicolisis

En este artículo se trata la glucólisis con un nivel académico universitario, si estás en bachillerato o acabas de empezar con el catabolismo, puedes pinchar aquí abajo.

 Glucólisis Bachillerato

Fase preparatoria, fase de hexosas o de gasto energético

En la primera fase de la glucólisis la glucosa se fosforila y fragmenta para formar dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato consumiendo 2 moléculas de ATP. Consta de 5 etapas:

1. Fosforilación de la glucosa en su carbono 6 con gasto de ATP para producir glucosa-6-fosfato en una reacción irreversible catalizada por la hexoquinasa con magnesio como cofactor.

Glucosa, Glucosa 6 fosfato, glucosa6p

La glucosa-6-fosfato es un metabolito más reactivo que la glucosa y además, no es capaz de cruzar la membrana celular, evitando así que se pierda sustrato. Este paso es una de las tres reacciones que forman parte de la regulación de la glucólisis.

2. Isomerización de la glucosa-6-fosfato para producir fructosa-6-fosfato en una reacción reversible catalizada por la glucosa-6-fosfato isomerasa.Glucosa 6 fosfato, glucosa6p, fructosa 6 fosfato, fructosa6p

3. Fosforilación del C1 de la fructosa-6-fosfato con gasto de ATP para producir fructosa-1,6-bisfosfato en una reacción irreversible catalizada por la fosfofructoquinasa-1.  Esta es la segunda reacción de las tres que forman parte de la regulación de la glucólisis.fructosa 6 fosfato, fructosa6p, fructosa 1 6 bifosfato, fructosa bifosfato

4. Fragmentación de la fructosa-1,6-bisfosfato  para producir una molécula de dihidroxiacetona-fosfato (cetosa) y otra de gliceraldehído-3-fosfato (aldosa) en una reacción reversible catalizada por la fructosa-1,6-bisfosfato aldolasa.fructosa 1 6 bifosfato, fructosa bifosfato, gliceraldehido 3 fosfato, G3P, dihidroxiacetona fosfato, DHAP,

5. Isomerización de la dihidroxiacetona-fosfato en  gliceraldehído-3-fosfato en una reacción reversible catalizada por la triosa fosfato isomerasa. Solo el gliceraldehído-3-fosfato es capaz de continuar con la glucólisis que se va utilizando en la fase oxidativa, por lo que a efectos prácticos, aunque es una reacción reversible, toda la dihidroxiacetona-fosfato se convierte en gliceraldehído-3-fosfato.gliceraldehido 3 fosfato, G3P, dihidroxiacetona fosfato, DHAP,

Fase oxidativa, fase de triosas o de beneficio energético

En esta fase las dos moléculas de gliceradehído-3-fosfato procedentes de la primera fase se transforman en dos moléculas de ácido pirúvico, formándose 4 moléculas de ATP y 2 moléculas de NADH + H+. Consta de 5 etapas:

6. Oxidación y fosforilación del gliceraldehído-3-fosfato para producir 1,3-bifosfoglicerato incorporando Pi. El grupo aldehído se oxida incorporando el fosfato mientras que el NAD+ se reduce a NADH + H+ en una reacción reversible catalizada por la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa.gliceraldehido 3 fosfato, G3P, bifosfoglicerato

7. Transferencia del grupo fosfato del 1,3-bifosfoglicerato a una molécula de ADP, aprovechando la energía que se libera en la oxidación de la reacción anterior. De esta manera se genera un ATP en una reacción reversible catalizada por la fosfoglicerato quinasa. Es una fosforilación a nivel de sustrato, ya que se produce ATP sin que este implicada ninguna ATP sintasa.bifosfoglicerato, fosfoglicerato, 3 fosfoglicerato

8. Isomerización del 3-fosfoglicerato para formar 2-fosfoglicerato en una reacción reversible catalizada por la fosfoglicerato mutasa. El cambio de posición del grupo fosfato permite la siguiente reacción.fosfoglicerato, 3 fosfoglicerato, 2 fosfoglicerato,

9. Deshidratación del 2-fosfoglicerato para formar fosfoenolpiruvato y una molécula de agua en una reacción reversible catalizada por la enolasa. Al igual que el 1,3-bifosfoglicerato, el fosfoenolpiruvato es una molécula de alta energíafosfoglicerato, 2 fosfoglicerato, fosfoenolpiruvato

10. Desfosforilación del fosfoenolpiruvato para formar ácido pirúvico generándose ATP en una reacción irreversible catalizada por la piruvato quinasa. La piruvato quinasa necesita magnesio y fosfato como cofactores. Esta es la última reacción de la ruta y también forma parte de la regulación de la glucólisis.

fosfoenolpiruvato, piruvato, pirúvico

Regulación de la glucólisis

Hay tres reacciones irreversibles en la glucólisis que sirven para su regulación.

Paso 1: Fosforilación de la glucosa. La hexoquinasa está regulada alostéricamente tanto por la glucosa-6- fosfato, como por concentraciones altas de ATP, que inhiben la actuación de la enzima controlando la cantidad de glucosa que se utilizará en la glucólisis.Glucosa, Glucosa 6 fosfato, glucosa6p

Paso 3: Fosforilación de la fructosa-6-fosfato. Este es el punto de control de la glucólisis, ya que en este paso son capaces de incorporarse metabolitos derivados de otros sustratos. La fosfofructoquinasa se regula por el nivel energético de la célula:

  • ATP y AMP: Si la concentración de ATP es alta, no hay necesidad de que la glucólisis produzca más. Si es la concentración de AMP la que es alta, significa que la célula tiene que reponer el ATP que ha gastado por lo quela glucólisis se activará.
  •  H+: Una alta concentración de H+ inhibe la glucólisis, previniendo la acidosis. .
  • Citrato: El citrato es el primer producto del ciclo de Krebs, así que si su concentración es alta, la célula ya tiene suministros suficientes y la glucólisis se inhibirá.
  • Fructosa-2,6-bisfosfato: su concentración depende de la acción de la insulina y el glucagón, lo cual permite un control hormonal de la glucólisis.

fructosa 6 fosfato, fructosa6p, fructosa 1 6 bifosfato, fructosa bifosfato

Paso 10: Desfosforilación del fosfoenolpiruvato.

  • ATP y AMP: Si la concentración de ATP es alta, no hay necesidad de que la glucólisis produzca más. Si es la concentración de AMP la que es alta, significa que la célula tiene que reponer el ATP que ha gastado por lo quela glucólisis se activará.
  • Acetil-CoA: El acetil-CoA es uno de los posibles destinos metabólicos del ácido pirúvico, así que si su concentración es alta, la célula ya tiene suministros suficientes y la glucólisis se inhibirá.
  • Proteína quinasa A: esta proteína inactiva la piruvato quinasa al fosforilarla y se activa cuando los niveles de glucagón son altos, siendo otro punto de control hormonal de la glucólisis.

fosfoenolpiruvato, piruvato, pirúvico

Balance de la glucólisis

El balance de la fase preparatoria de la glucólisis es:

Glucosa + 2 ATP –> 2 Gliceraldehído-3-fosfato +2 ADP

El balance de la fase oxidativa de la glucólisis es:

2 Gliceraldehído-3-fosfato + 4 ADP + 2 NAD+ –> 2 Ácido Pirúvico + 4 ATP + 2 NADH + 2H+ + 2 H2O

El balance global de la glucólisis es:

Glucosa + 2 ATP + 4 ADP + 4 Pi + 2 NAD+ –> 2 Ácido Pirúvico + 4 ATP +2 ADP + 2 Pi + 2 NADH + 2H+ + 2 H2O

El balance neto de la glucólisis es:

Glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ –> 2 Ácido Pirúvico + 2 ATP +2 NADH + 2H+ + 2 H2O

La función principal de la glucólisis es la generación de ATP y  NADH + H+ además de la producción de ácido piruvico que se puede incorporar al ciclo de Krebs o a procesos de fermentación.

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