Metabolismo de la Glucosa: Glucólisis y Ciclo de Krebs Explicados

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Glucólisis: La Ruta Principal del Metabolismo de la Glucosa

La glucólisis es la ruta metabólica principal para el metabolismo de la glucosa, y su producto terminal es el piruvato. Este proceso ocurre en el citosol de todas las células.

Fase de Inversión de Energía

  1. Entrada y Fosforilación de la Glucosa: La glucosa entra en la célula y se fosforila, convirtiéndose en glucosa 6-fosfato. La enzima responsable varía según el tipo celular:
    • Hexoquinasa: Presente en la mayoría de las células.
    • Glucoquinasa: Específica de los hepatocitos y las células beta del páncreas.
    Esta reacción consume una molécula de ATP y genera ADP.
  2. Isomerización a Fructosa 6-Fosfato: La glucosa 6-fosfato se convierte en fructosa 6-fosfato mediante la enzima isomerasa.
  3. Fosforilación a Fructosa 1,6-Bifosfato: La fructosa 6-fosfato se fosforila a fructosa 1,6-bifosfato por acción de la fosfofructoquinasa I (PFK-1). Esta reacción consume otra molécula de ATP y genera ADP. La PFK-1 es una enzima clave en la regulación de la glucólisis.
  4. División en Triosas Fosfato: La fructosa 1,6-bifosfato se divide en dos triosas fosfato: gliceraldehído 3-fosfato (G3P) y dihidroxiacetona fosfato (DHAP). La enzima responsable es la aldolasa.
  5. Isomerización de la DHAP: La dihidroxiacetona fosfato se isomeriza a gliceraldehído 3-fosfato por la enzima triosa fosfato isomerasa. A partir de este punto, todas las reacciones ocurren por duplicado, ya que hay dos moléculas de G3P.

Fase de Generación de Energía

  1. Oxidación y Fosforilación del G3P: Las dos moléculas de gliceraldehído 3-fosfato se oxidan y fosforilan, generando 1,3-bifosfoglicerato y NADH. La enzima es la gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa.
  2. Primera Fosforilación a Nivel de Sustrato: El 1,3-bifosfoglicerato transfiere un grupo fosfato al ADP, generando ATP y 3-fosfoglicerato. La enzima es la fosfoglicerato quinasa.
  3. Isomerización a 2-Fosfoglicerato: El 3-fosfoglicerato se convierte en 2-fosfoglicerato por acción de la fosfoglicerato mutasa.
  4. Deshidratación a Fosfoenolpiruvato: El 2-fosfoglicerato se deshidrata, formando fosfoenolpiruvato (PEP). La enzima responsable es la enolasa.
  5. Segunda Fosforilación a Nivel de Sustrato: El fosfoenolpiruvato transfiere su grupo fosfato al ADP, generando ATP y piruvato. La enzima clave es la piruvato quinasa.

Balance Neto de la Glucólisis

La ganancia neta de la glucólisis es:

  • 2 moléculas de ATP
  • 2 moléculas de NADH
  • 2 moléculas de Piruvato

Destino del Piruvato

  • Condiciones Aeróbicas: El piruvato se oxida, entra en la mitocondria y se convierte en Acetil-CoA, que ingresa al ciclo de Krebs.
  • Condiciones Anaeróbicas: El piruvato se fermenta y se convierte en ácido láctico.

Ciclo de Krebs: La Vía Central del Metabolismo Aeróbico

El ciclo de Krebs (también conocido como ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos) es una serie de reacciones que ocurren en la matriz mitocondrial y que completan la oxidación de la glucosa iniciada en la glucólisis. Es una vía central del metabolismo aeróbico.

  1. Formación del Citrato: El Acetil-CoA (proveniente de la descarboxilación oxidativa del piruvato) se condensa con el oxalacetato para formar citrato. La enzima es la citrato sintasa.
  2. Isomerización a Isocitrato: El citrato se deshidrata a cis-aconitato y luego se hidrata a isocitrato. Ambas reacciones son catalizadas por la aconitasa.
  3. Primera Descarboxilación Oxidativa: El isocitrato se oxida a oxalosuccinato, liberando NADH y la primera molécula de CO2. La enzima es la isocitrato deshidrogenasa. Se generan los primeros 3 ATP.
  4. Segunda Descarboxilación Oxidativa: El oxalosuccinato se descarboxila a α-cetoglutarato. La enzima sigue siendo la isocitrato deshidrogenasa.
  5. Tercera Descarboxilación Oxidativa: El α-cetoglutarato se descarboxila oxidativamente a succinil-CoA, liberando NADH y la segunda molécula de CO2. La enzima es la α-cetoglutarato deshidrogenasa. Se producen otros 3 ATP.
  6. Fosforilación a Nivel de Sustrato: El succinil-CoA se convierte en succinato, liberando GTP (que se convierte rápidamente en ATP). La enzima es la succinil-CoA tioquinasa (o succinato tioquinasa).
  7. Oxidación a Fumarato: El succinato se oxida a fumarato, generando FADH2. La enzima es la succinato deshidrogenasa. Se liberan 2 ATP.
  8. Hidratación a Malato: El fumarato se hidrata a malato. La enzima es la fumarasa.
  9. Oxidación a Oxalacetato: El malato se oxida a oxalacetato, regenerando el aceptor inicial del ciclo y liberando NADH. La enzima es la malato deshidrogenasa. Se liberan 3 ATP.

El ciclo se repite con la entrada de una nueva molécula de Acetil-CoA.

Balance Energético del Ciclo de Krebs (por cada molécula de Acetil-CoA)

  • 3 NADH
  • 1 FADH2
  • 1 GTP (ATP)
  • 2 CO2

Dado que cada molécula de glucosa produce dos moléculas de piruvato (y por lo tanto, dos de Acetil-CoA), el rendimiento total del ciclo de Krebs por cada glucosa es el doble de lo indicado anteriormente.