Glucólisis

Qué es Glucólisis

La glucólisis representa la manera en que el cuerpo inicia la ruptura de moléculas de glucosa para obtener una sustancia que pueda brindarle energía al organismo. Esta es la ruta metabólica responsable de oxidar la glucosa, con el fin de adquirir energía para la célula. Representa la forma más inmediata de captar dicha energía, además, es una de las rutas que generalmente se escoge dentro del metabolismo de carbohidratos.

Entre sus funciones, está la de generar moléculas de alta energía NADH y ATP como causa del origen de energía celular en los procesos de fermentación y de respiración aeróbica.

Otra de las funciones que realiza la glucólisis, es la creación de piruvato (molécula básica dentro del metabolismo celular) la cual pasa al ciclo de la respiración celular como elemento de la respiración aeróbica. Además, genera intermediarios de 3 y 6 carbonos, mismos que comúnmente son empleados en diferentes procesos celulares.

Descubrimiento de la glucólisis

En 1860 se realizaron los primeros estudios relacionados a la enzima de la glucólisis, mismos que fueron elaborados por Louis Pasteur, el cual descubrió que la fermentación ocurre gracias a la intervención de diversos microorganismos, años más tarde, en 1897, Eduard Buchner descubrió un extracto celular que podía causar la fermentación.

En 1905 se hizo otra contribución a la teoría, pues Arthur Harden y William Young determinaron que las fracciones celulares de masa molecular son necesarias para que la fermentación tenga lugar, sin embargo, estas masas deben ser elevadas y termosensibles, es decir, deben ser enzimas.

También alegaron que se necesita una fracción citoplasmática con una masa molecular y termorresistente que sea baja, es decir, coenzimas de tipo ATP, ADP y NAD+. Hubo más detalles que se terminaron de confirmar en el año 1940 con la intervención de Otto Meyerhof y de Luis Leloir que se le unió pocos años después. Tuvieron algunas dificultades para determinar la vía de la fermentación, entre ellas, la corta posibilidad de vida y las concentraciones bajas de intermediarios en las reacciones glicolíticas que siempre terminaban siendo rápidas.

Además, se demostró que la enzima de la glucólisis ocurre en el citosol de las células eucariotas y procariotas, pero en las células vegetales, las reacciones glucolíticas se encontraban en el ciclo de calvin, el cual se produce dentro de los cloroplastos. Los organismos filogenéticamente antiguos están incluidos en la conservación de esa vía, es por ello que es considerada una de las más antiguas vías metabólicas. Finalizado este resumen de glucólisis, es posible hablar ampliamente sobre sus ciclos o fases.

Ciclo de la glucólisis

Existe una serie de fases o ciclos en la glucólisis que son de suma importancia, estas son la fase de gasto de energía y la fase de beneficio energético, las cuales se pueden explicar como un esquema de la glucólisis o sencillamente enumerando cada una de las reacciones de la glucólisis. Estas a su vez, se desglosan en 4 partes o elementos fundamentales que se van a explicar detenidamente a continuación

Fase de gasto de energía

Se trata de una fase que se encarga de transformar una molécula de glucosa en dos moléculas de gliceraldehído. Esta fase a su vez cumple los siguientes pasos:

• Hexoquinasa: para poder aumentar la energía de la glucosa, la glucólisis debe generar una reacción, esta es la fosforilación de la glucosa. Ahora, para que esta activación tenga lugar, se necesita de una reacción catalizada por la enzima hexoquinasa, es decir, una transferencia de un grupo de fosfato del ATP, misma que se puede añadir de un grupo fosfato a una serie de moléculas que son similares a la glucosa, entre ellas, la manosa y la fructosa. Una vez que se da esta reacción, se puede utilizar en otros procesos, pero solo cuando sea necesario.
• Glucosa-6-P isomerasa: se trata de un paso de suma importancia porque es acá donde se define la geometría molecular que va a afectar las fases críticas existentes en la glucólisis, la primera es la que agrega al grupo fosfato al producto de la reacción, la segunda es cuando se vayan a crear las dos moléculas de gliceraldehido, mismas que, finalmente, serán las precursoras del piruvato. La glucosa 6 fosfato se isomeriza a fructosa 6 fosfato en esta reacción y eso lo hace a través de la enzima glucosa 6 fosfato isomerasa.
• Fosfofructoquinasa: en este proceso de glucólisis se lleva a cabo la fosforilación de la fructosa 6 fosfato en el carbono 1, además, se lleva el gasto de un ATP a través de la enzima fosfofructoquinasa 1, mejor conocida como PFK1.
  
  Debido a todo lo anterior, el fosfato posee una baja energía de hidrólisis y un proceso irreversible, obteniendo finalmente un producto denominado fructosa 1,6 bisfosfato. La cualidad irreversible es imperativa debido a que la convierte en un punto de control de la glucólisis, por eso se coloca en esta y no en la primera reacción, porque existen otros sustratos aparte de la glucosa que logran entrar en la glucólisis.
• Aldolasa: esta enzima logra romper la fructosa 1,6 bisfosfato en dos moléculas de 3 carbonos denominado como triosas, estas moléculas son llamadas dihidroxiacetona fosfato y gliceraldehído 3 fosfato. Este rompimiento se hace gracias a una condensación aldólica que, por cierto, es reversible.
  
  Esta reacción tiene como principal característica una energía libre de entre 20 y 25 Kj/mol y esto no ocurre en condiciones normales, menos aún espontáneamente, pero cuando se trata de condiciones intracelulares, la energía libre es pequeña, esto se debe a que existe una concentración baja de sustratos y es precisamente esto lo que hace que la reacción sea reversible.
• Triosa fosfato isomerasa: en este proceso de glucólisis, se tiene una energía libre estándar y positiva, esto genera un proceso que no es favorecido, pero genera una energía libre negativa, esto hace que la dirección favorecida sea la formación de G3P. Además, hay que tomar en cuenta que el único que puede seguir los pasos que quedan de la glucólisis es el gliceraldehído 3 fosfato, así que la otra molécula generada por la reacción dihidroxiacetona fosfato, es convertida en gliceraldehído 3 fosfato.

Fase de beneficio energético

Mientras que en la primera fase se consume energía ATP, en esta, el gliceraldehído se convierte en una molécula de más energía, así que finalmente se obtiene un beneficio final: 4 moléculas de ATP. Cada una de las reacciones de la glucólisis se explica en este apartado:

• Gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa: en esta reacción, se oxida el gliceraldehído 3 fosfato utilizando NAD+, solo así se puede añadir un ion fosfato a la molécula, misma que se realiza por la enzima gliceraldehído 3 fosfato deshidrogenasa en 5 pasos, de esta manera, aumenta la energía total del compuesto.
• Fosfoglicerato quinasa: en esta reacción, la enzima fosfoglicerato quinasa logra transferir el grupo fosfato de 1,3 bisfosfoglicerato a una molécula de ADP, esto genera la primera molécula ATP de la vía de beneficios energéticos. Debido a que la glucosa es transformada en dos moléculas de gliceraldehído, en esta fase se recuperan 2 ATP.
• Fosfoglicerato mutasa: lo que sucede en esta reacción es el cambio de la posición del fosfato C3 al C2, ambas son energías muy similares y reversibles con variaciones en la energía libre que es cercana a cero. Acá se convierte el 3 fosfoglicerato que se obtiene de la reacción anterior a 2 fosfoglicerato, sin embargo, la enzima que cataliza esta reacción es la fosfoglicerato mutasa.
• Enolasa: esta enzima le brinda formación de doble enlace en el 2 fosfoglicerato, esto hace que se elimine una molécula de agua que había sido formada por el hidrógeno del C2 y el OH del C3, resultando así el fosfoenolpiruvato.
• Piruvato quinasa: acá se lleva a cabo la desfosforilación del fosfoenolpiruvato, es entonces cuando se obtiene la enzima piruvato y ATP, una reacción irreversible y que se da a partir de la piruvato quinasa (enzima que, por cierto, es dependiente del potasio y del magnesio.

Productos de la glucólisis

Debido a que la dirección metabólica de los intermediarios en las reacciones depende de las necesidades celulares, cada intermediario puede ser considerado como productos de las reacciones, entonces, cada producto quedaría (en orden de acuerdo a las reacciones anteriormente explicadas) de la siguiente manera:

• Glucosa 6 fosfato.
• Fructosa 6 fosfato.
• Fructosa 1,6 bifosfato.
• Dihidroxiacetona fosfato.
• Gliceraldehído 3 fosfato.
• 1,3 bifosfoglicerato.
• 3 fosfoglicerato.
• 2 fosfoglicerato.
• Fosfoenolpiruvato.
• Piruvato.

Gluconeogénesis

Se trata de un medio anabólico en el cual se da la síntesis de glucógeno mediante un precursor simple, este es la glucosa 6 fosfato. La glucogénesis se da en el hígado y en el músculo, pero en este último se produce en una medida menor. Se activa a través de la insulina como respuesta de los niveles de glucosa altos, los cuales pueden producirse después de ingerir alimentos que contengan carbohidratos.

La gluconeogénesis se crea mediante la incorporación repetida de las unidades de glucosa, las cuales llegan en forma de UDP-glucosa a un partidor de glucógeno que existía previamente y que se basa en la proteínas glucogenina, la cual está formada por dos cadenas que se autoglicosilan y que, además, pueden unir sus cadenas a un octámero de glucosa.