La Glucólisis

La glucólisis, también conocida como ruta de Embden-Meyerhof-Parnas (EMP), es una ruta catabólica lineal y anaerobia que ocurre en todas las células, tanto en las procariotas como en las eucariotas, en el hialoplasma celular, por lo que se trata de una ruta citoplasmática. Son una excepción las células vegetales fotosintéticas, en las que la glucólisis se da también en el estroma de los cloroplastos.

La glucosa, que puede tener diversas procedencias, se oxida para originar piruvato, ATP y coenzimas reducidos (NADH).

Procedencia de la glucosa

En las células eucariotas animales:

• Difusión facilitada a través de la membrana celular.
• Degradación de glucógeno de reserva intracelular.
• Hidrólisis digestiva de los glúcidos que se ingieren en la dieta (almidón, lactosa o sacarosa). Los monosacáridos resultantes (glucosa, galactosa o fructosa) se incorporan a la glucólisis.
• Gluconeogénesis o síntesis a partir de precursores no glucídicos. En los animales, los precursores de la glucosa son compuestos de tres carbonos (piruvato, lactago, glicerol, muchos intermediarios del ciclo de Krebs y aminoácidos. Los animales no pueden sintentizar glucosa a partir de compuestos de dos carbonos, como el acetil-CoA, puesto que carecen de glioxisomas.

En las células eucariotas vegetales:

• Degradación del almidón que se origina en la fotosíntesis.
• Hidrólisis de la sacarosa también originada en la fotosíntesis.
• Gluconeogénesis o síntesis a partir de precursores no glucídicos. Las plantas pueden sintetizar glucosa a partir de acetil-CoA que resulta de la degradación de ácidos grasos, gracias a la ruta del ciclo del glioxilato, que tiene lugar en los glioxisomas. Esta ruta convierte el acetil-CoA en un intermediario del ciclo de Krebs, a partir del cual se forma sacarosa a partir de gluconeogénesis.

Etapas de la glucólisis

La glucólisis comprende un total de 10 reacciones; una enzima específica cataliza cada una de ellas. En ella se distinguen dos fases:

• Fase preparatoria. En esta fase se gasta energía en forma de ATP cuando la glucosa se fosforila y se transforma en glucosa-6-fosfato, y también cuando se fosforila otro intermediario de la ruta, la fructosa-6-fosfato.
  
• Fase de obtención de energía. En esta fase se empieza a obtener energía en forma de dos moléculas de ATP y dos moléculas de NADH que se incorporarán posteriormente a la cadena de transporte de electrones.
  

Las diez reacciones de la glucólisis son:

1. La glucosa se fosforila mediante un enlace de tipo éster entre un grupo fosfato de una molécula de ATP y el grupo OH del carbono 6 de la glucosa, formando glucosa-6-fosfato. Está catalizada mediante una hexoquinasa.
   
   
2. La glucosa-6-fosfato se transforma en un isómero, la fructosa-6-fosfato, es decir, una aldohexosa pasa a ser una cetohexosa. La reacción está catalizada por la glucosa-6-fosfato isomerasa.
   
   
3. De nuevo, la fructosa-6-fosfato se fosforila con un grupo fosfato cedido por el ATP y se une al grupo OH del carbono 1 de la fructosa, obteniéndose fructosa-1,6-bifosfato. Esta reacción está catalizada por la fosfofructoquinasa-1 (PFK1).
   
   
4. La fructosa-1,6-bifosfato se rompe por acción de una aldolasa (fructosa-1,6-bisfosfato aldolasa) en dos azúcares de tres átomos de carbono: la fosfodihidroxiacetosa (DHAP) y el gliceraldehido-3-fosfato (GA3P).
   
   
5. La DHAP se convierte fácilmente en gliceraldehido-3-fosfato, de tal forma que a partir de este momento la glucólisis continúa utilizando como sustrato dos moléculas de gliceraldehido-3-fosfato. Esta etapa es la que inicia la fase de obtención de energía. A partir de aquí, todos los metabolitos que se obtengan han de multiplicarse por dos.
   
   
6. El GA3P es oxidado de tal forma que pasa a glicerato, permitiendo la obtención de una molécula de NADH + H⁺, a la vez que fósforo inorgánico se une al grupo ácido del carbono 1 de la molécula, obteniéndose así 1,3-bifosfato-glicerato. Está catalizado por la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa.
   
   
7. El 1,3-bifosfato-glicerato pierde un grupo fosfato que cede al ADP formandose 3-fosfoglicerato y ATP. Esta manera de obtener ATP sin la necesidad de O2 se denomina fosforilación a nivel de sustrato.
   
   
8. Una enzima, la fosfoglicerato-mutasa transifere el grupo fosfato del 3-fosfoglicerato al carbono 2, formando 2-fosfoglicerato.
   
   
9. El 2-fosfoglicerato se deshidrata y pierde una molécula de agua, formando el fosfoenolpiruvato. Participa una enolasa.
   
   
10. En la última reacción, se forma otra vez una molécula de ATP por transferencia del grupo fosfato del fosfoenolpiruvato a una molécula de ADP y se obtiene el producto final de la glucólisis, el piruvato. Una cataliza esta reacción.
    
    

Fases y reacciones de la glucólisis

En las etapas 7 y 10, en las que se genera energía en forma de ATP, se producen dos reacciones de fosforilación a nivel de sustrato en las que el grupo fosfato se transfiere de una molécula orgánica a otra.

La glucólisis es una ruta metabólica regulada por enzimas en tres puntos determinados, que coinciden con las reacciones reversibles: la etapa 1 de fosforilación de la glucosa catalizada por una hexoquinasa; la fosforilación de la fructosa-6-fosfato catalizada por la fosfofructoquinasa en la etapa 3, y la etapa 10, de transformación del fosfoenolpiruvato a piruvato catalizada por la piruvato-quinasa.

Además de la glucosa, otros azúcares pueden incorporarse a la glucólisis, como la sacarosa, la manosa o lactosa, mediante su transformación en metabolitos que se incorporan en diferentes etapas de esta ruta. Por ejemplo, la sacarosa se puede transformar en fructosa que puede fosforilarse a fructosa-6-fosfato e incorporarse en la etapa 3; o la manosa se puede transformar en manosa-6-fosfato que se convierte en su isómero fructosa-6-fosfato, entrando también en la etapa 3.

Vías de entrada de otros carbohidratos en la glucólisis

Balance de la glucólisis y fases siguientes

El balance neto de la glucólisis es:

glucosa + 2 ADP + 2 P + 2 NAD⁺ ⟶ 2 piruvato + 2 ATP + 2 (NADH + H⁺)

La energía total que se puede obtener de la glucosa por oxidación aeróbica es de 688 kcal/mol.

Los dos NADH + H⁺ pasan a la cadena de transporte de electrones en ambiente aerobios y pueden originar mas ATP, recuperándose el NAD en su forma oxidada.

La siguiente fase en medio aerobio es la descarboxilación oxidativa del piruvato, mientras que en medios anaerobios ocurre la fermentación.