Característica general de la glucólisis
Glucólisis: escisión secuencial de una molécula de glucosa (6 átomos de carbono) en dos moléculas de piruvato (3 átomos de carbono cada una). El proceso ocurre en el citoplasma e incluye 10 reacciones enzimáticas. La α-D-glucosa se utiliza como sustrato.
El destino posterior del piruvato determina el tipo de glucólisis:
- Glucólisis aeróbica: en presencia de oxígeno, el piruvato se transporta a las mitocondrias, donde sufre descarboxilación oxidativa a acetil-CoA, luego ingresa al ciclo de Krebs, y las coenzimas reducidas NADH y FADH₂ se oxidan en la cadena de transporte de electrones (CTE).
- Glucólisis anaeróbica: en ausencia de oxígeno, el piruvato se reduce a lactato (fermentación láctica). La fermentación alcohólica no se considera en la bioquímica humana.
Fase preparatoria (reacciones 1–5)
La primera etapa requiere un gasto de energía: se consumen 2 moléculas de ATP. El objetivo es obtener dos fosfotriosas simétricas.
- Fosforilación de la glucosa en el sexto átomo de carbono con formación de glucosa-6-fosfato. Enzima: hexoquinasa (glucoquinasa en el hígado). Se consume 1 ATP. La fosforilación retiene la glucosa dentro de la célula.
- Isomerización de la glucosa-6-fosfato (aldosa) a fructosa-6-fosfato (cetosa). Enzima: fosfogлюсоизомераза (fosfoglucoisomerasa). Solo cambia el tipo de azúcar.
- Segunda fosforilación con formación de fructosa-1,6-bisfosfato. Enzima: fosfofructoquinasa-1 (enzima reguladora clave). Se consume 1 ATP.
- Escisión aldólica de la molécula en dos fosfotriosas: dihidroxiacetona fosfato y gliceraldehído-3-fosfato. Enzima: aldolasa.
- Isomerización de la dihidroxiacetona fosfato en gliceraldehído-3-fosfato. Enzima: triosafosfato isomerasa. Dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato participan en las reacciones posteriores.
Fase de rendimiento energético (reacciones 6–10)
En la segunda etapa, el ATP se sintetiza mediante fosforilación a nivel de sustrato.
- Fosforilación oxidativa del gliceraldehído-3-fosfato con la participación de NAD⁺ y fosfato inorgánico. Enzima: gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa. Se forman 1,3-bisfosfoglicerato y NADH.
- Transferencia del grupo fosfato del 1,3-bisfosfoglicerato al ADP. Enzima: fosfoglicerato quinasa. Se forman ATP y 3-fosfoglicerato.
- Transferencia intramolecular del fosfato de la posición 3 a la posición 2. Enzima: fosfoglicerato mutasa (el nombre del sustrato no cambia, cambia la posición del grupo).
- Deshidratación del 2-fosfoglicerato con formación de fosfoenolpiruvato. Enzima: enolasa.
- Transferencia del grupo fosfato al ADP con formación de piruvato y ATP. Enzima: piruvato quinasa.
Diferencias entre las vías aeróbica y anaeróbica
En condiciones aeróbicas, el NADH formado en la 6ª reacción transfiere protones y electrones a las mitocondrias a través de mecanismos de lanzadera y rinde 2,5 ATP en la CTE (3 ATP según el esquema anterior).
En condiciones anaeróbicas, la CTE no funciona y es necesario reoxidar el NADH en el citoplasma, de lo contrario se detendría la 6ª reacción de la glucólisis. Para ello, se añade la 11ª reacción: reducción del piruvato a lactato por la enzima lactato deshidrogenasa utilizando NADH. Se regenera el NAD⁺ necesario para que continúe la glucólisis.
Cálculo del rendimiento energético
Glucólisis aeróbica (glucosa → 2 piruvatos):
- Coste de la fase preparatoria: −2 ATP.
- Por cada fosfotriosa: 2,5 ATP (NADH en la CTE) + 1 ATP (fosfoglicerato quinasa) + 1 ATP (piruvato quinasa) = 4,5 ATP.
- Para dos triosas: 4,5 × 2 = +9 ATP.
- Total: 9 − 2 = +7 ATP (+8 ATP según el esquema anterior).
Glucólisis anaeróbica (glucosa → 2 lactatos):
- Coste: −2 ATP.
- El NADH se consume en la reducción del piruvato y no participa en la síntesis de ATP.
- Fosforilación a nivel de sustrato: 2 × (1 + 1) = +4 ATP.
- Total: 4 − 2 = +2 ATP.
Puntos clave
- La glucólisis consta de 10 reacciones y se lleva a cabo en el citoplasma de todas las células del organismo.
- La fase preparatoria requiere el gasto de 2 ATP para activar la glucosa y formar fructosa-1,6-bisfosfato.
- Las enzimas reguladoras de la glucólisis son la hexoquinasa, la fosfofructoquinasa-1 y la piruvato quinasa.
- La diferencia entre la glucólisis aeróbica y anaeróbica está determinada por el destino del piruvato y del NADH, y no por las reacciones de degradación de la glucosa.
- La glucólisis anaeróbica incluye la 11ª reacción: la reducción del piruvato a lactato con regeneración de NAD⁺.
- El rendimiento energético de la glucólisis aeróbica hasta piruvato es de +7 ATP, y el de la anaeróbica, de +2 ATP.
- En condiciones aeróbicas, el piruvato se oxida posteriormente a acetil-CoA e ingresa al ciclo de Krebs con la formación de NADH y FADH₂ para la CTE.
- La fosforilación a nivel de sustrato ocurre en las reacciones de la fosfoglicerato quinasa y la piruvato quinasa.