Glicólisis: La Ruta Metabólica de la Glucosa

La glicólisis (del griego glycos, azúcar, y lysis, ruptura; es decir, ruptura del azúcar), es la vía metabólica encargada de oxidar la glucosa con la finalidad de obtener energía para la célula. Consiste en 10 reacciones enzimáticas consecutivas que convierten la glucosa en dos moléculas de piruvato, el cual es capaz de seguir otras vías metabólicas y así continuar entregando energía al organismo.

Función e Importancia

Su función principal es producir moléculas que generan energía, como el ATP y el NADH, y formar moléculas que participan como fuente de energía celular tanto en la respiración aeróbica (presencia de oxígeno) como en la fermentación (ausencia de oxígeno).

Características de la Glicólisis

• También se llama Ruta de Embden-Meyerhof.
• Ocurre en el citosol.
• No necesita de oxígeno (proceso anaeróbico).
• Su sustrato inicial es 1 molécula de glucosa (6C).
• Su molécula final son 2 de piruvato (ácido pirúvico, 3C).
• Es una ruta Anfibólica.
• Es el primer medio de obtención de energía del cuerpo.

Definición de Ruta Anfibólica

La glicólisis se considera una vía metabólica anfibólica, es decir, que posee funciones catabólicas (ruptura) y anabólicas (síntesis) al mismo tiempo.

Reacciones del Proceso Glucolítico

La glicólisis comienza con 1 molécula de Glucosa (6C) y consta de 10 reacciones que se dividen en dos fases:

• Fase Preparatoria (o de inversión de energía): Reacciones 1 a 5.
• Fase de Beneficio (o de rendimiento energético): Reacciones 6 a 10.

Fase Preparatoria (Inversión de ATP)

1. 1ª Reacción: Fosforilación de la Glucosa a Glucosa-6-fosfato. Es irreversible. Enzima: Hexoquinasa. Consumo: 1 ATP.
2. 2ª Reacción: Isomerización de la Glucosa-6-fosfato a Fructosa-6-fosfato. Es reversible. Enzima: Fosfoglucosaisomerasa. Sin consumo de energía.
3. 3ª Reacción: Fosforilación de la Fructosa-6-fosfato a Fructosa-1,6-bifosfato. Es irreversible. Enzima: Fosfofructoquinasa. Consumo: 1 ATP.
4. 4ª Reacción: Escisión (división) de la Fructosa-1,6-bifosfato en dos triosas: Dihidroxiacetona fosfato y Gliceraldehído-3-fosfato. Es reversible. Enzima: Aldolasa.
5. 5ª Reacción: Isomerización de la Dihidroxiacetona fosfato a Gliceraldehído-3-fosfato. Enzima: Isomerasa. A partir de este punto, el número de moléculas se duplica.

A PARTIR DE AQUÍ, LOS PRODUCTOS OBTENIDOS DEBEN MULTIPLICARSE POR DOS.

Fase de Beneficio (Generación de ATP y NADH)

6. 6ª Reacción: Oxidación y Fosforilación del Gliceraldehído-3-fosfato a 1,3-bifosfoglicerato. Es reversible. Consumo: 1 NAD⁺ (x2) que libera NADH (x2). Enzima: Gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa.
7. 7ª Reacción: Desfosforilación del 1,3-bifosfoglicerato a 3-Fosfoglicerato. Se usa 1 ADP generando 1 ATP (x2). Es reversible. Enzima: Fosfoglicerato quinasa.
8. 8ª Reacción: Isomerización del 3-fosfoglicerato a 2-fosfoglicerato (el grupo fosfato cambia de C3 a C2). Es reversible. Enzima: Fosfoglicerato Mutasa. Sin gasto de energía.
9. 9ª Reacción: Formación de un doble enlace por la pérdida de H⁺ y –OH en el 2-fosfoglicerato, formando Fosfoenolpiruvato. Enzima: Enolasa.
10. 10ª Reacción: Desfosforilación del Fosfoenolpiruvato. Es irreversible. Se usa 1 ADP generando 1 ATP (x2). Enzima: Piruvato quinasa. Producto final: Piruvato (x2).

Rendimiento Energético y Balance Global

Calculando el rendimiento energético de la oxidación de una molécula de glucosa en la glicólisis:

Balance Global de la Glicólisis

Nota: Cada NADH citoplasmático que entre en la cadena respiratoria mitocondrial producirá 3 ATP (según este modelo de cálculo).

Balance Energético Detallado

Balance Total (considerando la oxidación posterior del NADH):

1 Molécula de Glucosa + 2 ADP + 2 NAD⁺ → 2 Moléculas de Piruvato + 8 ATP (2 ATP netos + 6 ATP provenientes de 2 NADH).

Regulación de la Glicólisis

La glicólisis se regula principalmente en sus tres reacciones irreversibles, controladas por las siguientes enzimas:

• Hexoquinasa:
  • Activación: Mg²⁺
  • Inhibición: Glucosa-6-fosfato
• Fosfofructoquinasa-1 (PFK-1):
  • Activación: Fructosa-2,6-bifosfato (F2,6BP), AMP
  • Inhibición: Citrato, ATP y H⁺ (pH bajo)
• Piruvato Quinasa:
  • Activación: Fructosa-1,6-bifosfato (F1,6BP)
  • Inhibición: ATP, Alanina

Lanzaderas de Electrones

Las lanzaderas son mecanismos de intercambio de compuestos necesarios entre el citosol y el espacio mitocondrial. Son esenciales porque el NADH generado en el citosol durante la glicólisis no puede atravesar la membrana mitocondrial interna.

1. Lanzadera del Glicerol-3-fosfato

Esta lanzadera permite que los electrones del NADH citosólico sean transportados a la mitocondria para regenerar NAD⁺ y permitir que la glicólisis continúe. Funciona de la siguiente manera:

1. La enzima Glicerol-3-fosfato deshidrogenasa 1 (citosólica) cataliza la transferencia de electrones desde NADH + H⁺ a la Dihidroxiacetona fosfato, formando NAD⁺ y Glicerol-3-fosfato.
2. El Glicerol-3-fosfato atraviesa la membrana mitocondrial externa.
3. La enzima Glicerol-3-fosfato deshidrogenasa 2 (unida a la membrana mitocondrial interna) cataliza la transferencia de los electrones desde el Glicerol-3-fosfato al FAD, reduciéndolo a FADH₂.
4. El FADH₂ se incorpora a la cadena transportadora de electrones (CTE) como QH₂.

Esta lanzadera es irreversible y es especialmente activa en el cerebro y el músculo, permitiendo una alta velocidad de fosforilación oxidativa. La transferencia de electrones vía FAD resulta en la producción de 2 ATP por NADH citosólico (en lugar de 3).

2. Lanzadera del Malato-Aspartato

Activa en tejidos como el corazón y el hígado, esta lanzadera es más eficiente y utiliza dos transportadores de membrana y cuatro enzimas (Malato deshidrogenasa y Aspartato transaminasa).

1. Los electrones son transferidos desde el NADH citosólico al Oxaloacetato, formando Malato.
2. El Malato atraviesa la membrana mitocondrial interna.
3. En la matriz, el Malato es reoxidado por NAD⁺ para formar NADH (reacción catalizada por la Malato deshidrogenasa 2).
4. El Oxaloacetato resultante se transforma en Aspartato (vía transaminación con Glutamato) para poder ser transportado de vuelta al citosol.
5. En el citoplasma, el Aspartato es desaminado para regenerar Oxaloacetato, cerrando el ciclo.

A diferencia de la lanzadera del glicerol-3-fosfato, esta lanzadera es reversible. Consecuentemente, el NADH transportado a la mitocondria por esta vía mantiene el potencial reductor, resultando en la producción de 3 ATP por NADH citosólico.