Glicolisis

En el artículo anterior vimos cómo se reoxidan las coenzimas reducidas en la cadena transportadora de electrones y qué es el desacoplamiento electrónico.
En este veremos cómo se rompen los carbohidratos que entrarán posteriormente en el ciclo de Krebs.

La glicolisis es el proceso por el cual, los hidratos de carbono se rompen en fragmentos más pequeños que posteriormente entrarán en el ciclo de Krebs al nivel del AcCoA. Debemos recalcar que no siempre irán al ciclo, sino que pueden adoptar rutas alternativas como la ruta de las pentosas (la veremos más adelante) o se pueden almacenar en forma de glucógeno para su posterior degradación.

Las hexosas (poseen esqueletos de seis átomos de carbono) se romperán en fragmentos de 3, dando lugar a una producción de 2 moléculas de ATP por fosforilación a nivel de sustrato y sufrirán una posterior oxidación que aportará 2NADH y protones. Este proceso ocurre en el citosol de la célula.
El hecho de que sea un proceso aeróbico o no; no está definido en este proceso, sino el destino de los fragmentos de 3 átomos de carbono.

Al mismo tiempo, hay una ruta reversa a la de la glicolisis que es la gluconeogénesis que consiste en ir uniendo los fragmentos C3 (tres átomos de carbono) para obtener un C6 (hexosa, un compuesto de seis átomos de carbono).
Energéticamente, todos los azúcares son iguales y por tanto, el balance energético final de todas las hexosas será igual. Otra cosa es si una hexosa tiene mayor poder edulcorante y en consecuencia, se tenga que consumir en menor cantidad.

Tema24-glicolisis
Figura 1: Glicolisis. Lehninger Principles of Biochemistry. Sixth Edition, 2013. Freeman and Company.

PASOS DE LA GLICOLISIS
1) Activación: Como mencionamos en el primer artículo, las moléculas deben activarse obteniendo una conformación más inestable para ser reactivas. El primer paso para romper las hexosas consiste en su activación en forma de ésteres de fosfato y en este proceso se gasta una molécula de ATP.
2) Ruptura: del esqueleto carbonado una vez activado en dos fragmentos C3.
3) Oxidación: aquí participa una coenzima oxidada de mononucleótidos de adenina que pasará ser una coenzima reducida. NAD+ → NADH y protones
4) Fosforilación a nivel de sustrato: durante el paso de 1,3-BPG a 3-fosfoglicérico ya que el primero es un compuesto de elevada energía libre de hidrólisis.

ACTIVACIÓN:
La hexosa adquiere una conformación en forma de ésteres de fosfato, esto significa que se les añade un fosfato. Es un paso irreversible en esta ruta y por tanto; para hacer la ruta reversa en la gluconeogénesis, hay que utilizar otra estrategia debido a que todas las reacciones deben ser exergónicas (recordemos de que deben ser procesos espontáneos siempre).
A las enzimas que catalizan esta reacción de fosforilación se les conoce como kinasas.

1) Glucosa → Glucosa-6P (glucosa-6fosfato), esta reacción consume un ATP y la realiza una kinasa que puede ser la glucokinasa o la hexokinasa según el tejido en el que nos encontremos. (Reacción irreversible)
2) Glucosa-6P →Fructosa-6P, esta reacción no consume ATP y la realiza una enzima llamada isomerasa.
3) Fructosa-6P → Fructosa-1,6BP (fructosa 1,6 bifosfato), esta reacción consume otro ATP y la enzima que la cataliza es la fosfofructokinasa; también es una reacción irreversible.

RUPTURA:
Una vez que tenemos la molécula C6 activa con dos fosfatos, el siguiente paso es su ruptura en dos moléculas de 3 carbonos (triosas) por una enzima llamada aldolasa. Esta reacción es reversible.

4) Fructosa-1,6BP → 2 moléculas de gliceraldehído-3P

OXIDACIÓN:
Las dos triosas sufren oxidación, aquí entran la coenzima oxidada NAD+ que se reducirá a NADH y protones. La enzima encargada de realizar esta reacción es la glicerladehído deshidrogenasa.

5) Gliceraldehído-3P → 1,3-BPG

FOSFORILACIÓN A NIVEL DE SUSTRATO:
Al hidrolizarse el 1,3-BPG se obtendrá una energía libre tal, que se puede obtener un ATP.

6) 1,3-BPG → 3-fosfoglicérico + ATP
7) 3-fosfoglicérico →2-fosfoglicérico, por la acción de una mutasa que cambia de posición el grupo fosfato dentro de la misma molécula ya que el 3-fosfoglicérico es un compuesto de baja energía libre de hidrólisis.
8) 2-fosfoglicérico →fosfoenolpirúvico, el 2-fosfoglicérico ha sufrido una deshidratación dando lugar a un compuesto de elevada energía libre de hidrólisis.
9) Fosfoenolpirúvico →pirúvico + ATP. Por la enzima pirúvico kinasa, también se libera un ATP y se trata de una reacción irreversible.

Durante la glicolisis se han gastado 2 ATP para la activación de las hexosas y se han obtenido 4 ATP y 2 NADH.
Finalmente, podemos decir que la enzima que soporta la regulación es la fosfofructokinasa ya que la primera kinasa actúa para activar a la glucosa en forma de glucosa-6fosfato, que puede irse a otras rutas (como la ruta de las pentosas o a la biosíntesis del glucógeno).

La primera kinasa (enzima que fosforila a un sustrato) tiene dos isoenzimas (enzimas distintas que catalizan la misma reacción) que son la hexokinasa y la glucokinasa.
La glucokinasa la sintetiza el hígado y la hexokinasa se encuentra en el cerebro y el músculo. Esto tiene mucho sentido ya que la hexokinasa tiene una afinidad mucho mayor por la glucosa que la glucokinasa; esto significa que tiene una mayor capacidad de unión a su sustrato que la isoenzima que se encuentra en el hígado. La razón por la que esto sea posible, es porque el hígado se encarga fundamentalmente de degradar sus reservas de glucógeno enviando la glucosa a la sangre y que ésta sea captada fundamentalmente por el cerebro.

El cerebro y el corazón son los dos órganos más importantes de nuestro organismo. El cuerpo ante la falta de nutrientes, les mandará todas sus reservas. Cuando hay muy poca glucosa, el cerebro debe tener una enzima muy afín para poder captarla, fosforilarla y realizar la glicolisis. En el momento en que satisface sus necesidades de glucosa, se acumula y deja de captarla (inhibición por producto); mientras tanto, el hígado sólo tomará glucosa cuando sobre en la sangre para desviarla a la biosíntesis de glucógeno (forma de almacén de la glucosa).

AEROBIOSIS Y ANAEROBIOSIS
Si hay oxígeno, el metabolismo será oxidativo. Esto quiere decir, que las coenzimas reducidas se vaciarán de electrones en la cadena transportadora.
En el caso de condiciones en las que falte el oxígeno, las coenzimas reducidas deben vaciarse de electrones para continuar la glicosis.

FERMENTACIÓN:
Ante la falta de oxigeno, el aceptor final de electrones será una molécula orgánica y dependiendo de qué tipo de molécula sea, el compuesto reducido final puede ser etanol o ácido láctico, por poner dos ejemplos ya que hay más tipos de fermentaciones.

Fermentación láctica: el aceptor final de electrones es el pirúvico que pasará a ser lactato al ser reducido; la enzima encargada de esta reacción es la láctico deshidrogenasa.
En eucariotas, pasa en el músculo (actúa como anaerobio facultativo). El músculo cardiaco sólo funciona en condiciones aeróbicas. Durante un ejercicio intenso, no llegará suficiente aporte de hemoglobina y por tanto, poco oxígeno; para compensar esta falta de oxígeno el músculo estriado esquelético realiza la fermentación láctica y así continúa obteniendo ATP durante la glicolisis.

El corazón es un aerobio estricto; por tanto, nunca realizará la fermentación láctica. Aunque puede obtener energía tomando el láctico desde la sangre catalizando la reacción reversa (por la pirúvico deshidrogenasa) obteniendo así pirúvico que entrará en el ciclo de Krebs.

Fermentación etanólica: el pirúvico se descarboxila dando acetaldehído, posteriormente se reoxida el NADH y se produce etanol. Aquí el aceptor final de electrones es el acetaldehído. Esta fermentación no ocurre en humanos.

Como conclusión, podemos decir que el metabolismo aerobio es mucho más efectivo que el anaeróbico ya que al vaciar las coenzimas reducidas, obtenemos un total de 38 moléculas de ATP por glucosa (o 36, dependiendo del transporte a la mitocondria), mientras que en la fermentación obtendremos 2 ATP por glucosa.

Esta diferencia de rendimiento energético explica el por qué la velocidad de degradación de la glucosa: en condiciones aeróbicas, la velocidad en el consumo de glucosa es menor. A este fenómeno se le conoce como Efecto Pasteur.

En el siguiente artículo veremos la regulación de la glicolisis y el metabolismo del glucógeno.

REFERENCIAS:
Alberts, Johnosn, Lewis, Raff, Roberts, Walter. Molecular Biology of the Cell. 2002.
Lodish, Berk, Kaiser, Krieger, Scott, Bretscher, Ploegh, Matsudaira. Molecular Cell Biology. 6th edition, 2008.
C. Branden, J. Tooze. Introduction to Protein Structure. 2nd edition, 1999, Garland Ed.
D. L. Nelson, M. M. Cox. Lehninger Principles of Biochemistry. 5th edition, 2008. Ed. Freeman; 582-592.
Voet, Voet. Bioquímica 3rd edition, 2006. Ed. Médica Panamericana; 601-646.

One comment

Leave a Reply

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *