Glucólisis

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Imagen:Glycolysis enymes (vertical).png La glucólisis, también denominada glicólisis o ruta de Embden-Meyerhof, es la secuencia metabólica en la que se oxida la glucosa. Consiste de nueve reacciones enzimáticas que producen dos moléculas de piruvato y dos equivalentes reducidos de NADH, los que, al introducirse en la cadena respiratoria, producirán cuatro moléculas de ATP.

Cuando hay ausencia de oxígeno, la glucólisis es la única vía que produce ATP en los animales. Los organismos primitivos se originaron en un mundo cuya atmósfera carecía de 0₂ y, por esto, la glucólisis se considera como la vía metabólica más primitiva. Está presente en todas las formas de vida actuales. Es la primera parte del metabolismo energético y en las células eucariotas ocurre en el citosol.

En esta fase, por cada molécula de glucosa se forman 2 ATP y 2 NADH
La reacción global de la glucólisis es::

<math>Glucosa + 2 NAD^+ + ADP + 2P_i \Longrightarrow \ 2 NADH + 2 piruvato + 2 ATP + 4 H^+</math>

Tabla de contenidos

1 Partes de la glucólisis

[editar] Partes de la glucólisis

Imagen:468px-Glycolyse.PNG

La glucólisis se divide en diez partes:

[editar] Fase de Gasto

1. Se produce la fosforilación del carbono 6 de la glucosa lo que corresponde a una reacción endergónica en un principio, pero que al consumir una molécula de ATP se vuelve lo suficientemente exergónica como para ser irreversible. La reacción la cataliza la enzima hexoquinasa utilizando un cofactor Mg²⁺, dando una glucosa-6-fosfato y una molécula de ADP. El enlace formado entre el C6 y el grupo fosfato es un enlace "ésterfosfato" (enlace de baja energía de hidrólisis).

<math>Glucosa + ATP \Longrightarrow \ Glucosa-6-fosfato + ADP</math>

Existen distinas isoformas de la hexoquinasa. La más habitual tiene baja especificidad, actúa sobre varias hexosas, y tiene una baja afinidad K_M de aproximadamente 0,1 mM, por lo que la enzima siempre funciona bajo condiciones de saturación. Tiene inhibición por el producto (G-6P), con lo que se regula la entrada de sustrato en la glucólisis.

En el hígado existe una isoforma llamada glucoquinasa, con una K_M alta (10 mM) y bajo efecto por inhibición por producto. Así se consigue una regulación de la concentración de glucosa en sangre. El hígado la invierte en fabricar glucógeno, no en la glucólisis.

2. La Fosfohexosa isomerasa convierte la glucosa 6-fosfato en fructosa 6-fosfato, también mediante un cofactor Mg²⁺.Es una reacción fácilmente reversible, cuya dirección dependerá de la concentración de producto y sustrato para regularla. La Energía libre de esta isomerización es cercana a 0.

<math>Glucosa-6-fosfato \Longleftrightarrow \ Fructosa-6-fosfato </math>

3. Fosforilación de la fructosa 6-fosfato en el carbono 1, con gasto de un ATP, a través de la enzima Fosfofructoquinasa-1 (PFK1). También este fosfato tendrá una baja energía de hidrólisis. Por el mismo motivo que en la primera reacción, el proceso es irreversible. El nuevo producto se denominará Fructosa-1,6-Bisfosfato.

<math>Fructosa-6-fosfato + ATP \Longrightarrow \ Fructosa-1,6-bifosfato + ADP </math>

La irreversibilidad es importante, ya que la hace ser el punto de control de la glucólisis. Como hay otros sustratos aparte de la glucosa que entran en la glucólisis, el punto de control no está colocado en la primera reacción, sino en esta. La fosfofructoquinasa tiene centros alostéricos, sensible a las concentraciones de intermediarios como citrato y ácidos grasos.

4. La enzima Aldolasa parte la fructosa 1,6-bisfosfato en dos triosas: Gliceraldehído-3-fosfato (GAP) y Dihidroxiacetona fosfato (DHAP). Esta reacción es endergónica en principio, se ve más favorecida en sentido contrario debido a la condensación aldólica en condiciones estándar, pero como las triosas resultantes se consumen muy rápidamente, la reacción avanza hacia adelante.

<math>Fructosa-1,6-bifosfato \Longleftrightarrow \ Gliceraldehido-3-fosfato + Dihidroxiacetona-fosfato</math>

La fructosa 1,6-bisfosfato aldolasa, enzima de clase lisina, se une por un residuo ε-amino covalentemente al sustrato por el grupo carbonilo (que se ha formado al desciclarse la fructosa) para formar una base de Schiff, producto de condensación entre un amino y un carbonilo. Posteriormente, al este sustrato activado se le extrae un protón del -OH del carbono 4, y se elimna el ion enolato resultante, lo que rompe la unión entre los carbonos 3 y 4.

5. La enzima triosa fosfato isomerasa transforma la dihidroxiacetona-fosfato en gliceraldehído-3-fosfato. Esta reacción también depende de la concentración de producto y sustrato.

<math>Dihidroxiacetona-fosfato \Longleftrightarrow \ Gliceraldehido-3-fosfato</math>

Hasta este punto, solamente hemos "gastado" ATP, y ahora empieza la fase llamada "de beneficio" pues es cuando recuperamos los ATP´s gastados. Téngase en cuenta que ahora hay dos gliceraldehído 3-fosfato, con lo que el balance energético de esta segunda fase ha de multiplicarse por 2.

[editar] Fase de beneficio

6. Se utiliza un fosfato inorgánico y una molécula de NAD+ para producir 1,3-Bifosfoglicerato y una molécula de NADH + H⁺. Esta reacción la cataliza la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa o GAP-deshidrogenasa.

<math>Gliceraldehido-3-fosfato + P_i + NAD^+ \Longrightarrow \ 1,3-Bifosfoglicerato + NADH + H^+ </math>

Llama la atención que el fosfato se ha introducido sin utilizar ATP, sino aprovechando la eneregía producida por la reacción redox . Ahora, el fosfato que se ha introducido si que tiene una alta energía por lo que se podrá transferir al ATP. Esto se conoce como fosforilación a nivel de sustrato.

7. Se desfosforiliza el 1,3-bifosfoglicerato gracias a la fosfoglicerato quinasa, formándose una molécula de ATP por cada una de 1,3-BPG y dando lugar al 3-fosfoglicerato.

<math>1,3-bifosfoglicerato + ADP \Longleftrightarrow \ 3-fosfoglicerato + ATP</math>

8. Se isomeriza el 3-fosfoglicerato procedente de la reacción anterior dando 2-fosfoglicerato, la enzima que cataliza esta reacción es la Fosfoglicerato mutasa. Lo único que pasa aquí es el cambio de posición del fosfato del C3 al C2. Son energías similares y por tanto reversibles, con una variación de energía libre cercana a cero.

<math>3-fosfoglicerato \Longleftrightarrow \ 2-fosfoglicerato</math>

9. La enzima enolasa propicia la formación de un doble enlace en el 2-fosfoglicerato, eliminando una molécula de agua formada por el hidrógeno del C2 y el OH del C3. El resultado es el fosfoenolpiruvato.

<math>2-fosfoglicerato \Longleftrightarrow \ Fosfoenolpiruvato + H_2O</math>

10. Desfosforilacióndel Fosfoenolpiruvato, obteniéndose piruvato y ATP. Reacción irreversible mediada por la Piruvato quinasa.

<math>Fosfoenolpiruvato + ADP \Longrightarrow \ Piruvato + ATP</math>

El rendimiento total de la glucólisis es de 2 ATP y 2 NADH (que dejarán los electrones H en la cadena de transporte de electrones para formar 3 ATP por cada electrón). Con la molécula de ac. pirúvico, mediante un paso de oxidación intermedio llamado descarboxilación oxidativa, mediante el cual el ácido pirúvico pasa al interior de la mitocondria, perdiendo CO2 y un electrón que oxida el NAD+, que pasa a ser NADH más H+ y ganando un CoA-SH (coenzima A), formándose en Acetil CoA gracias a la enzima piruvato deshidrogenasa, se puede entrar al Ciclo de Krebs (que, junto con la cadena de transporte de electrones, se denomina respiración.

[editar] Regulación de la glucólisis

La glucólisis se regula enzimáticamente en los tres puntos reversibles de esta ruta, esto es, en la primera reacción (G -- >G-6P), por medio de la Hexoquinasa; En la tercera reacción (F-6P --> F-1,6-BP) por medio de la PFK1 y en el último paso (PEP --> Piruvato) por la Piruvatoquinasa]].

La hexoquinasa es un punto de regulación poco importante, ya que se inhibe cuando hay mucho G-6P en músculo. Es un punto poco importante ya que el G-6P se utiliza para otras vias.

HQ: Inhibe G-6P

La PFK1 es la enzima principal de la regulación de la glucólisis, actúia como una llave de agua, si está activa cataliza muchas reacciones y se obtiene más Fructosa 1,6 bifosfato, lo que permetirá a las enzimas siguientes transformar mucho piruvato. Si está inhibida, se obtienen bajas concentraciones de producto y por lo tanto se obtiene poco piruvato.

Esta enzima es controlada por regulación alostérica mediante: Por un lado se activa gracias a niveles energéticos elevados de ADP y AMP, inhibiendose en abundancia de ATP y citrato, y por otro se activa en presencia de un metabolito generado por la PFK2 que es la Fructosa-2,6-Bisfosfato (F-2,6-BP)

La lógica de la inhibición y activación son las siguientes:

- ATP: inhibe esta enzima pues si hay una alta concentración de ATP entonces la célula no necesita generar más.

- Citrato: si hay una alta concentración de citrato entonces, se está llevando a cabo el ciclo del ácido cítrico (o ciclo de Krebs) y este ciclo aporta mucha energía, entonces no se necesita realizar glucólisis para obtener más ATP, ni piruvato.

- AMP, ADP: la baja concentración de estas moléculas implica que hay una carencia de ATP, por lo que es necesario realizar glucólisis, para generar piruvato y energía.

PFK1: Inhibe: ATP - Activa: ADP, AMP y F-2,6-BP.

La piruvatoquinasa se regula distintamente según el tejido en el que trabaje, pero en hígado se inhibe en presencia de ATP y Acetil Coenzima-A (A-CoA), y se activa gracias de nuevo ante la F-2,6-BP.

PQ: Inhibe: ATP, A-CoA - Activa: F-2,6-BP