Glucólisis

Definitions & Key takeaways

Glycolysis is a process that breaks down glucose into two molecules of pyruvate. Pyruvate is then used in the citric acid cycle to produce energy in the form of ATP. Glycolysis occurs in the cytoplasm of cells and does not require oxygen.

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Nos comemos una gran porción de pizza con cebolla, champiñones, pimientos y jalapeño Para extraer energía de la glucosa de esa pizza, o de cualquier otro alimento, se necesita la glucólisis.
La glucólisis es una serie de reacciones enzimáticas en las que la glucosa, una molécula de azúcar de 6 carbonos, se descompone en dos moléculas de piruvato de 3 carbonos.
Y al procesar la glucosa, se produce energía en forma de trifosfato de adenosina, o ATP. La glucólisis se produce en el citoplasma de las células, y no se necesitan orgánulos especiales, ni siquiera oxígeno para convertir la glucosa en ATP.
Por lo tanto, todas las células pueden utilizar la glucosa para producir energía; y es posible realizar la glucólisis incluso cuando los niveles de oxígeno son bajos.
La glucólisis puede dividirse en dos fases: una fase de consumo de energía y una fase de producción de energía. Es como una inversión comercial: la célula necesita gastar algo de energía antes de empezar a producirla y, como toda buena inversión, la célula recupera más energía de la que pon La fase de consumo de energía requiere ATP, y la fase de producción de energía genera ATP, así como otras moléculas como el dinucleótido de nicotinamida adenina reducido, o NADH, que puede utilizarse para fabricar ATP Podemos hacer un seguimiento de todo esto utilizando un contador de energía.
Volviendo a esa deliciosa pizza, en primer lugar, la glucosa de esos ingredientes tiene que pasar primero del intestino delgado al torrente sanguíneo.
En respuesta a un nivel elevado de glucosa en sangre, las células beta del páncreas segregan insulina. Para entrar en las células, la glucosa utiliza los transportadores de glucosa, o GLUT, que están en la membrana celula De hecho, algunos GLUT, como el GLUT2 del hígado y de las células beta del páncreas, son especialmente sensibles a la glucosa en presencia de insulina.
Una vez que la glucosa entra en la célula, las enzimas denominadas cinasas, que fosforilan la glucosa, impiden su difusión a través de la membrana celular y la devuelven a la circulación.
La adición de un grupo fosfato cambia la forma de la molécula de glucosa, lo que significa que no puede difundirse fácilmente fuera de la célula, como un criminal que está esposado a la mesa en una sala de interrogatorios.
El fosfato procede de la descomposición del ATP en ADP y fosfato, por lo que este paso inicial de fosforilación nos hace bajar a -1 en ese contador de energía En concreto, existen dos enzimas llamadas hexocinasa y glucocinasa, y ambas añaden un grupo fosfato al sexto carbono de la molécula de glucosa, convirtiéndola en glucosa-6-fosfato Ambas enzimas hacen prácticamente lo mismo, pero la hexocinasa se encuentra en todas las células, mientras que la glucocinasa, al igual que la GLUT2, es inducida por la presencia de insulina y se encuentra en las células del hígado y en las células beta del páncreas.
Este primer paso es irreversible, lo que significa que la reacción sólo puede ir en la dirección de la glucosa a la glucosa-6-fosfato, y no al revés.
La glucosa-6-fosfato se convierte en su isómero, la fructosa-6-fosfato, mediante una enzima llamada fosfoglucoisomerasa.
En este punto, sigue siendo una molécula de 6 carbonos. A continuación, la fructosa-6-fosfato es fosforilada por la enzima fosfofructocinasa-1, o PFK1, que añade un grupo fosfato al primer carbono de la molécula de fructosa, lo que da lugar a la fructosa-1,6-bisfosfato.
Esta es la segunda reacción irreversible en la glucólisis y también utiliza el ATP como fuente de fosfato, por lo que ahora estamos en -2 en ese contador.
Esta reacción se considera el paso limitante de la glucólisis, lo que significa que la rapidez con la que la PFK1 convierte la fructosa-6-fosfato en fructosa-1,6-bisfosfato determina la velocidad a la que se produce toda la glucóli En otras palabras, es el paso que limita la velocidad de la glucólisis.
Es como una cadena de montaje en una fábrica, si el paso más lento es poner neumáticos a un coche, ese es el paso que determina cuántos coches se construyen en un día.
Por ello, las células regulan estrechamente la actividad de la PFK1 utilizando otra enzima, llamada fosfofructocinasa 2, o PFK2.
La PFK2 también puede fosforilar la fructosa-6-fosfato, pero en su lugar añade fosfato al segundo carbono, haciendo fructosa 2,6-bisfosfat La actividad de la PFK2 varía en función del nivel de glucosa en la sangre.
Cuando el cuerpo está bien alimentado, por ejemplo, justo después de comer ese trozo de pizza, los niveles de glucosa en sangre suben y el páncreas segrega insulina, que activa la PFK2, lo que da lugar a más fructosa-2,6 bisfosfato.
Aquí está la clave: el aumento de los niveles de fructosa-2,6 bisfosfato activa la PFK1, lo que significa que aumenta la tasa de enzimas PFK1 disponible Por lo tanto, más PFK1 significa que el paso más lento de la glucólisis se acelera, y más glucosa se convierte en energía.
Más neumáticos, más coches. Ahora bien, cuando el cuerpo está en estado de ayuno, como unas horas después de una comida, la glucosa en sangre vuelve a bajar y el páncreas segrega glucagón en lugar de insulina.
El glucagón inhibe la PFK2, lo que da lugar a una menor cantidad de fructosa-2,6-bisfosfato, que inhibe la PFK1, disminuyendo la tasa de enzimas PFK1, y eso ralentiza la glucólisis Menos neumáticos, menos coches.
La PFK1 también se inhibe de otras maneras. Por ejemplo, cuando las células están en estados de alta energía, hay mucho ATP flotando por ahí, así como citrato, porque es un subproducto de la síntesis de ácidos grasos.
Tanto el ATP como el citrato inhiben la PFK1, porque las células que tienen mucha energía no necesitan generar aún más. Ahora bien, cuando las células necesitan energía, la PFK1 se vuelve muy activa para generar fructosa 1,6-bisfosfato.
La fructosa 1,6-bisfosfato es escindida por la enzima aldolasa en dos moléculas de 3 carbonos, gliceraldehído-3-fosfato, o G3P, y dihidroacetona-fosfato, o DHAP.
Solo el G3P puede pasar por la vía de la glucólisis, por lo que una enzima isomerasa convierte el DHAP en G3P. Como resultado, por cada molécula de glucosa, hay dos moléculas de G3P.
Cada G3P se convierte en 1,3-bisfosfoglicerato, o 1,3-BPG, mediante una enzima llamada G3P-deshidrogenasa. La G3P-deshidrogenasa tiene dos funciones, elimina un hidrógeno del G3P y lo cede a una molécula cercana de NAD+, fabricando NADH como subproducto.
También añade un grupo fosfato al primer carbono del G3P, haciendo 1,3-BPG. Como hay dos moléculas de G3P, esto sucede dos veces, dando lugar a dos moléculas de NADH.
Cada molécula de NADH entra en la cadena de transporte de electrones de la mitocondria y produce aproximadamente 3 ATP. Una enzima llamada fosfoglicerato cinasa, elimina un fosfato del primer carbono del 1,3-BPG y lo cede al ADP, haciendo 3-fosfoglicerato, y ATP como subproducto.
Así que añadiremos dos ATP a nuestro contador porque esta reacción ocurre dos veces - así que volvemos a estar en 0. A continuación, una enzima llamada mutasa mueve el fosfato del 3-fosfoglicerato al 2º carbono, haciendo 2-fosfoglicerato.
Luego, una enzima llamada enolasa elimina una molécula de agua de 2 fosfoglicerato y produce fosfoenolpiruvato, o PEP Por último, la enzima piruvato cinasa transfiere un fosfato del PEP al ADP, produciendo piruvato, y ATP como subproducto.
Esta es nuestra tercera y última reacción irreversible de la glucólisis, y nuevamente agregaremos 2 ATP a nuestro contador, porque esta reacción ocurre dos veces.
Resulta que la piruvato cinasa también está regulada por la célula. Curiosamente, la fructosa-1,6-bisfosfato estimula la piruvato cinasa, un proceso llamado regulación de avance, porque es como si una enzima cebara a otra porque está claro que las cosas están a punto de ponerse en marc Por otra parte, los niveles elevados de ATP y el aminoácido alanina reducen la actividad de la piruvato cinasa.
La alanina procede de la descomposición del músculo esquelético cuando se está en ayunas, y se utiliza como sustrato para fabricar nueva glucosa.
Por lo tanto, los niveles altos de alanina significan que el cuerpo necesita fabricar nueva glucosa, no descomponerla en la glucólisis.
Una vez que se produce piruvato, la glucólisis está prácticamente terminada. Hasta este momento, el proceso ha funcionado sin necesidad de oxígeno, por lo que la glucólisis es anaeróbica.
Y hasta este punto, hemos generado un total de dos ATP en este proceso. Aunque es una buena inversión, no es una gran inversión.
Afortunadamente, la mayoría de las células tienen mitocondrias y acceso al oxígeno, porque es ahí donde la recompensa se hace realmente evident Esto se debe a que el piruvato puede entrar en la mitocondria y participar en el ciclo de Krebs, también llamado ciclo del ácido cítrico, y en la cadena de transporte de electrones para producir más ATP.
Y al final, después de todas las reacciones mitocondriales, terminará con un total neto de aproximadamente 30 a 32 ATP. Algunas células no tienen acceso a suficiente oxígeno, como una célula muscular esquelética durante el ejercicio o un eritrocito, que carece de mitocondrias.
En esas situaciones, la célula puede utilizar la enzima lactato deshidrogenasa para eliminar el hidrógeno de una molécula de NADH y dárselo al piruvato, creando lactato, y NAD+ como subproducto.
El NAD+ es crucial, porque es necesario para trabajar con la G3P-deshidrogenasa y mantener la glucólisis en marcha. En condiciones normales, el lactato es eliminado de nuestra sangre por los riñones.
Sin embargo, si los niveles locales de lactato se elevan demasiado rápido puede acumularse, y es responsable de parte del dolor muscular que se desarrolla cuando se hace ejercicio.
##Resumen Como breve resumen... La glucólisis descompone una molécula de glucosa de 6 carbonos en dos moléculas de piruvato de 3 carbonos, sin utilizar ningún orgánulo ni oxígeno.
En total hay una producción neta de 2 moléculas de ATP y 2 de NADH, que en la mitocondria se convierten en aproximadamente 3 ATP por NAD