La glucólisis es un proceso universal entre las formas de vida del planeta Tierra. Desde las bacterias unicelulares más simples hasta las ballenas más grandes del mar, todos los organismos, o más específicamente, cada una de sus células, utilizan la molécula de azúcar de seis carbonos. glucosa como fuente de energía.
Glucólisis es el conjunto de 10 reacciones bioquímicas que sirve como paso inicial hacia la descomposición completa de la glucosa. En muchos organismos, también es el paso final y, por lo tanto, único.
La glucólisis es la primera de las tres etapas de respiración celular en el dominio taxonómico (es decir, clasificación de vida) Eucariota (o eucariotas), que incluyen animales, plantas, protistas y hongos.
En los dominios Bacteria y Archaea, que juntos componen los organismos en su mayoría unicelulares llamados procariotas, la glucólisis es el único espectáculo metabólico en la ciudad, ya que sus células carecen de la maquinaria para llevar a cabo la respiración celular hasta su finalización.
Glucólisis: un resumen de bolsillo
La reacción completa abarcada por los pasos individuales de la glucólisis es:
C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 PI → 2 canales3(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 4 H+ + 2 H2O
En palabras, esto significa que la glucosa, el portador de electrones nicotinamida adenina dinucleótido, difosfato de adenosina y fosfato inorgánico (PI) se combinan para formar piruvato, trifosfato de adenosina, la forma reducida del dinucleótido de nicotinamida y adenina y los iones de hidrógeno (que pueden considerarse electrones).
Tenga en cuenta que el oxígeno no aparece en esta ecuación, porque la glucólisis puede continuar sin O2. Esto puede ser un punto de confusión, porque, dado que la glucólisis es un precursor necesario de los segmentos aeróbicos de respiración celular en eucariotas ("aeróbico" significa "con oxígeno"), a menudo se considera erróneamente como un aeróbico proceso.
¿Qué es la glucosa?
La glucosa es un carbohidrato, lo que significa que su fórmula asume la proporción de dos átomos de hidrógeno por cada átomo de carbono y oxígeno: CnorteH2nOnorte. Es un azúcar, y específicamente un monosacárido, lo que significa que no se puede dividir en otros azúcares, al igual que el disacáridos sacarosa y galactosa. Incluye una forma de anillo de seis átomos, cinco de los cuales son carbono y uno es oxígeno.
La glucosa se puede almacenar en el cuerpo como un polímero llamado glucógeno, que no es más que largas cadenas u hojas de moléculas de glucosa individuales unidas por enlaces de hidrógeno. Glucógeno se almacena principalmente en el hígado y en los músculos.
Los atletas que utilizan preferentemente ciertos músculos (p. Ej., Maratonistas que dependen de sus cuádriceps y pantorrillas) músculos) se adaptan a través del entrenamiento para almacenar cantidades inusualmente altas de glucosa, lo que a menudo se denomina "carga de carbohidratos".
Descripción general del metabolismo
El trifosfato de adenosina (ATP) es la "moneda de energía" de todas las células vivas. Esto significa que cuando los alimentos se ingieren y se descomponen en glucosa antes de ingresar a las células, el objetivo final del metabolismo de la glucosa es la síntesis de ATP, un proceso impulsado por la energía liberada cuando los enlaces en la glucosa y las moléculas en las que se transforma en la glucólisis y respiración aeróbica están destrozados.
El ATP generado a través de estas reacciones se utiliza para las necesidades diarias básicas del cuerpo, como el crecimiento y la reparación de tejidos, así como para el ejercicio físico. A medida que aumenta la intensidad del ejercicio, el cuerpo se aleja de la quema de grasas o triglicéridos (a través de la oxidación de ácidos grasos) para quemar glucosa porque el último proceso da como resultado más ATP creado por molécula de combustible.
Enzimas de un vistazo
Prácticamente todas las reacciones bioquímicas dependen de la ayuda de moléculas de proteínas especializadas llamadas enzimas para proceder.
Las enzimas son catalizadores, lo que significa que aceleran las reacciones, a veces en un factor de un millón o más, sin que ellos mismos cambien en la reacción. Por lo general, reciben el nombre de las moléculas sobre las que actúan y tienen "-asa" al final, como "fosfoglucosa isomerasa", que reordena los átomos de la glucosa-6-fosfato en fructosa-6-fosfato.
(Los isómeros son compuestos con los mismos átomos pero estructuras diferentes, análogos a los anagramas en el mundo de las palabras).
La mayoría enzimas en las reacciones humanas se ajustan a una regla de "uno a uno", lo que significa que cada enzima cataliza una reacción particular y, a la inversa, que cada reacción sólo puede ser catalizada por una enzima. Este nivel de especificidad ayuda a las células a regular estrictamente la velocidad de las reacciones y, por extensión, las cantidades de diferentes productos producidos en la célula en cualquier momento.
Glucólisis temprana: pasos de inversión
Cuando la glucosa entra en una célula, lo primero que sucede es que está fosforilada, es decir, una molécula de fosfato se une a uno de los carbonos de la glucosa. Esto confiere una carga negativa a la molécula, atrapándola efectivamente en la célula. Esto glucosa-6-fosfato luego se isomeriza como se describió anteriormente en fructosa-6-fosfato, que luego se somete a otro paso de fosforilación para convertirse en fructosa-1,6-bisfosfato.
Cada uno de los pasos de fosforilación implica la eliminación de un fosfato del ATP, dejando difosfato de adenosina (ADP) detrás. Esto significa que, aunque el objetivo de la glucólisis es producir ATP para uso celular, implica un "costo inicial" de 2 ATP por molécula de glucosa que ingresa al ciclo.
Luego, la fructosa-1,6-bisfosfato se divide en dos moléculas de tres carbonos, cada una con su propio fosfato unido. Uno de estos, fosfato de dihidroxiacetona (DHAP), es de corta duración, ya que se transforma rápidamente en el otro, gliceraldehído-3-fosfato. Por lo tanto, a partir de este punto, todas las reacciones enumeradas ocurren dos veces por cada molécula de glucosa que ingresa a la glucólisis.
Glucólisis posterior: pasos de pago
El gliceraldehído-3-fosfato se convierte en 1,3-difosfoglicerato mediante la adición de un fosfato a la molécula. En lugar de derivar del ATP, este fosfato existe como un fosfato libre o inorgánico (es decir, que carece de enlace con el carbono). Al mismo tiempo, NAD+ se convierte a NADH.
En los siguientes pasos, los dos fosfatos se eliminan de una serie de moléculas de tres carbonos y se agregan al ADP para generar ATP. Debido a que esto ocurre dos veces por molécula de glucosa original, se crea un total de 4 ATP en esta fase de "pago". Debido a que la fase de "inversión" requirió una entrada de 2 ATP, la ganancia total de ATP por molécula de glucosa es de 2 ATP.
Como referencia, después de 1,3-difosfoglicerato, las moléculas en la reacción son 3-fosfoglicerato, 3-fosfoglicerato, fosfoenolpiruvato y finalmente piruvato.
El destino del piruvato
En eucariotas, el piruvato puede pasar a una de las dos vías posteriores a la glucólisis, dependiendo de si hay suficiente oxígeno presente para permitir que continúe la respiración aeróbica. Si es así, que suele ser el caso cuando el organismo parental descansa o hace ejercicio a la ligera, el el piruvato se transporta desde el citoplasma donde se produce la glucólisis a orgánulos ("órganos pequeños") llamada mitocondrias.
Si la célula pertenece a un procariota o a un eucariota muy trabajador, digamos, un humano que está corriendo media milla o levantando pesas intensamente, el piruvato se convierte en lactato. Si bien en la mayoría de las células el lactato en sí no se puede utilizar como combustible, esta reacción crea NAD+ de NADH, lo que permite que la glucólisis continúe "corriente arriba" al suministrar una fuente crítica de NAD+.
Este proceso se conoce como fermentación de ácido láctico.
Nota al pie: Respiración aeróbica en resumen
Las fases aeróbicas de la respiración celular que tienen lugar en las mitocondrias se denominan ciclo de Krebs y el cadena de transporte de electrones, y estos ocurren en ese orden. La ciclo de Krebs (a menudo llamado ciclo del ácido cítrico o ciclo del ácido tricarboxílico) se desarrolla en el medio de las mitocondrias, mientras que el cadena de transporte de electrones tiene lugar en la membrana de las mitocondrias que forma su límite con el citoplasma.
La reacción neta de la respiración celular, incluida la glucólisis, es:
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP
El ciclo de Krebs agrega 2 ATP y la cadena de transporte de electrones la friolera de 34 ATP para un total de 38 ATP por molécula de glucosa completamente consumida (2 + 2 + 34) en los tres procesos metabólicos.