¿Qué produce la glucólisis?

Los seres vivos, todos los cuales consisten en una o más células individuales, se pueden dividir en procariotas y eucariotas.

Prácticamente todas las células dependen de glucosa para sus necesidades metabólicas, y el primer paso en la descomposición de esta molécula es la serie de reacciones llamadas glucólisis (literalmente, "división de glucosa"). En la glucólisis, una sola molécula de glucosa se somete a una serie de reacciones para producir un par de moléculas de piruvato y una modesta cantidad de energía en forma de trifosfato de adenosina (ATP).

Sin embargo, el manejo final de estos productos varía de un tipo de celda a otro. Los organismos procariotas no participan en respiración aeróbica. Esto significa que los procariotas no pueden hacer uso de oxígeno molecular (O₂). En cambio, el piruvato sufre fermentación (Respiración anaerobica).

Algunas fuentes incluyen la glucólisis en el proceso de "respiración celular" en eucariotas, porque precede directamente aerobio respiración (es decir, la

Sin embargo, dado que la glucólisis es una requisito previo de la respiración aeróbica, ya que proporciona piruvato para las reacciones de la misma, es natural aprender sobre ambos conceptos a la vez.

La glucosa es un azúcar de seis carbonos que sirve como el carbohidrato individual más importante en la bioquímica humana. Los carbohidratos contienen carbono (C) e hidrógeno (H) además de oxígeno, y la proporción de C a H en estos compuestos es invariablemente 1: 2.

Los azúcares son más pequeños que otros carbohidratos, incluidos los almidones y la celulosa. De hecho, la glucosa es a menudo una subunidad repetida, o monómero, en estas moléculas más complejas. La glucosa en sí no está formada por monómeros y, como tal, se considera un monosacárido ("un azúcar").

La fórmula de la glucosa es C₆H₁₂O₆. La parte principal de la molécula consta de un anillo hexagonal que contiene cinco de los átomos de C y uno de los átomos de O. El sexto y último átomo de C existe en una cadena lateral con un grupo metilo que contiene hidroxilo (-CH₂OH).

El proceso de glucólisis, que tiene lugar en la celda citoplasma, consta de 10 reacciones individuales.

Por lo general, no es necesario recordar los nombres de todos los productos intermedios y enzimas. Sin embargo, es útil tener un sentido firme del panorama general. Esto no solo se debe a que la glucólisis es quizás la reacción más relevante en la historia de la vida en la Tierra, sino también a que los pasos ilustran muy bien una serie de eventos comunes dentro de las células, incluida la acción de las enzimas durante la exotermia (energéticamente favorable) reacciones.

Cuando la glucosa entra en una célula, es abordada por la enzima hexoquinasa y fosforilada (es decir, se le añade un grupo fosfato, a menudo escrito Pi). Esto atrapa a la molécula dentro de la célula dotándola de una carga electrostática negativa.

Esta molécula se reorganiza en una forma fosforilada de fructosa, que luego se somete a otro paso de fosforilación y se convierte en fructosa-1,6-bisfosfato. Luego, esta molécula se divide en dos moléculas similares de tres carbonos, una de las cuales se transforma rápidamente en la otra para producir dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato.

Esta sustancia se reordena en otra molécula doblemente fosforilada antes de que la adición temprana de grupos fosfato se invierta en pasos no consecutivos. En cada uno de estos pasos, una molécula de difosfato de adenosina (ADP) sucede por el complejo enzima-sustrato (el nombre de la estructura formada por cualquier molécula que esté reaccionando y la enzima que impulsa la reacción hacia su finalización).

Este ADP acepta un fosfato de cada una de las moléculas de tres carbonos presentes. Finalmente, dos moléculas de piruvato se asientan en el citoplasma, listas para su despliegue en cualquier vía que la célula requiera que ingrese o sea capaz de albergar.

El único reactivo verdadero de la glucólisis es una molécula de glucosa. Durante la serie de reacciones se introducen dos moléculas de ATP y NAD + (dinucleótido de nicotinamida y adenina, un portador de electrones).

A menudo verá el proceso completo de respiración celular enumerado con glucosa y oxígeno como reactivos y dióxido de carbono y agua como productos, junto con 36 (o 38) ATP. Pero la glucólisis es solo la primera serie de reacciones que finalmente culmina en la extracción aeróbica de tanta energía de la glucosa.

Un total de cuatro moléculas de ATP se producen en las reacciones que involucran los componentes de tres carbonos de la glucólisis: dos durante la conversión del par de moléculas de 1,3-bisfosfoglicerato en dos moléculas de 3-fosfoglicerato, y dos durante la conversión de un par de moléculas de fosfoenolpiruvato en las dos moléculas de piruvato que representan el final de glucólisis. Todos estos se sintetizan a través de la fosforilación a nivel de sustrato, lo que significa que el ATP proviene de la adición de fosfato inorgánico (Pi) al ADP en lugar de formarse como consecuencia de algún otro proceso.

Se necesitan dos ATP al principio de la glucólisis, primero cuando la glucosa se fosforila a glucosa-6-fosfato, y luego dos pasos más tarde cuando la fructosa-6-fosfato se fosforila a fructosa-1,6-bisfosfato. Por lo tanto, la ganancia neta de ATP en la glucólisis como resultado de una molécula de glucosa que se somete al proceso es dos moléculas, que es fácil de recordar si lo asocia con el número de moléculas de piruvato creado.

Además, durante la conversión de gliceraldehído-3-fosfato en 1,3-bisfosfoglicerato, dos moléculas de NAD + se reducen a dos moléculas de NADH, siendo este último una fuente indirecta de energía porque participan en las reacciones de, entre otros procesos, aerobios. respiración.

En resumen, el rendimiento neto de la glucólisis es, por tanto, 2 ATP, 2 piruvato y 2 NADH. Esto es apenas una vigésima parte de la cantidad de ATP producida en la respiración aeróbica, pero debido a que los procariotas son por regla general mucho más pequeños y menos complejos que los eucariotas, con demandas metabólicas más pequeñas para igualar, son capaces de arreglárselas a pesar de este menos que ideal esquema.

(Otra forma de ver esto, por supuesto, es que la falta de respiración aeróbica en bacterias les ha impedido evolucionar a criaturas más grandes y diversas, por lo que importa).

En los procariotas, una vez que se completa la vía de la glucólisis, el organismo ha jugado casi todas las cartas metabólicas que tiene. El piruvato se puede metabolizar más a lactato a través de fermentación, o respiración anaeróbica. El propósito de la fermentación no es producir lactato, sino regenerar NAD + a partir de NADH para que pueda usarse en la glucólisis.

(Tenga en cuenta que esto es distinto de fermentación de alcohol, en el que se produce etanol a partir de piruvato bajo la acción de la levadura).

En eucariotas, la mayor parte del piruvato entra en el primer conjunto de pasos de la respiración aeróbica: el ciclo de Krebs, también llamado ciclo del ácido tricarboxílico (TCA) o ciclo del ácido cítrico. Esto ocurre dentro del mitocondrias, donde el piruvato se convierte en el compuesto de dos carbonos acetil coenzima A (CoA) y dióxido de carbono (CO₂).

El papel de este ciclo de ocho pasos es producir más portadores de electrones de alta energía para reacciones posteriores: 3 NADH, un FADH₂ (dinucleótido de flavina adenina reducido) y un GTP (trifosfato de guanosina).

Cuando estos entran en la cadena de transporte de electrones en la membrana mitocondrial, un proceso llamado fosforilación oxidativa desplaza los electrones de estos. portadores de alta energía para las moléculas de oxígeno, con el resultado final de la producción de 36 (o posiblemente 38) moléculas de ATP por molécula de glucosa "corriente arriba".

La mayor eficiencia y rendimiento del metabolismo aeróbico explica esencialmente todas las diferencias básicas. hoy entre procariotas y eucariotas, con la primera precedente, y se cree que ha dado lugar a la último.