(Ciencias de Joseleg)(Biología)(Introducción y biología celular)(La glucólisis y las fermentaciones)(Introducción)(Generalidades de la glucólisis)(Historia del estudio de la glucólisis)(Moléculas involucradas en la glucólisis)(Etapa preparatoria de la glucólisis)(Etapa de recompensa de la glucólisis)(Cálculos energéticos de la glucólisis)(Regulación de la glucólisis)(Fermentación láctica)(Fermentación alcohólica)(Referencias bibliográficas)(Versión documento word)
Ahora comenzamos nuestra consideración de la vía
glucolítica. Esta vía es común a prácticamente todas las células, tanto
procariotas como eucariotas. En las células eucariotas, la glucólisis tiene
lugar en el citoplasma. Se puede pensar que esta vía comprende dos etapas.
La etapa 1 es la fase de captura y preparación. Los primeros
cinco pasos se consideran la fase preparatoria (o de inversión), ya que
consumen energía para convertir la glucosa en dos fosfatos de azúcar de tres
carbonos. No se genera ATP en esta etapa.
En la etapa 1, la glucosa se convierte en 1,6-bisfosfato de
fructosa en tres pasos: una fosforilación, una isomerización y una segunda
reacción de fosforilación. La estrategia de estos pasos iniciales en la
glucólisis es atrapar la glucosa en la célula y formar un compuesto que se
puede dividir fácilmente en unidades fosforiladas de tres carbonos. La etapa 1
se completa con la escisión del fructosa 1,6-bisfosfato en dos fragmentos de
tres carbonos. Estas unidades de tres carbonos resultantes son fácilmente
interconvertibles. En la etapa 2, el ATP se cosecha cuando los fragmentos de
tres carbonos se oxidan a piruvato.
La molécula de glucosa es un azúcar de tipo hemiacetal, es decir es un anillo cíclico de 6 carbonos, aunque más exactamente el anillo lo forman 5 carbonos y un oxígeno, mientras que el sexto carbono queda como una antenita fuera del anillo. La energía de la glucosa se encuentra almacenada en sus enlaces carbono-carbono mientras que los oxígenos de sus grupos hidroxilo le permiten permanecer disuelta e el agua, en la sangre o en la matriz extracelular.
Figura 10. La glucosa "verde" es una molécula muy grande y no
atraviesa la membrana con facilidad, por lo que requiere de proteínas que
realicen un transporte facilitado para su ingreso a la célula.
En cualquier caso, el primer problema que encuentra la
célula es hacer que ingrese, la molécula de glucosa es demasiado grande para
que atraviese la membrana por transporte pasivo, o porque se requiere de
proteínas que translocan la glucosa del medio externo al medio interno. E los
humanos esta función es llevada por GLUT-4, pero cada célula puede tener su
propio o propios transportadores diferentes. Una vez en el citoplasma celular,
la glucosa puede ser anabilizada a polisacáridos o catabolizada para obtener
energía.
También conocido como primera fosforilación, esta reacción
es catalizada por la enzima exoquinasa con ayuda de un ion de magnesio. En términos de la analogía de la colina,
aunque el nivel energético de la glucosa es alto, no es lo suficientemente alto
para desencadenar la caída que requerimos, la fosforilación es una reacción de
ingreso de energía para llevar a la glucosa a un punto energético mayor.
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La hexoquinasa es una enzima
específica pero no tanto, puede catalizar la misma reacción con otros
carbohidratos de 6 carbonos empleando también magnesio y ATP. El punto de esta
reacción inicial recae en dos aspectos, el primero es incrementar la energía de
la molécula lo cual acelera su reactividad posterior, y la segunda es ahorrar
espacio. Los transportadores de glucosa dependen de las concentraciones interna
y externa, si se almacena mucha glucosa, el flujo tiende a detenerse, pero al
convertir la glucosa en glucosa-6-fosfato la célula puede seguir ingresando más
glucosa desde el exterior.
El segundo paso de
la glucólisis consiste en una isomerización, es decir la transformación de la
molécula de glucosa-6-fosfato en otra molécula cuya característica es la
simetría potencial para el siguiente paso.
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El paso consiste es
una isomerización, es decir transformar la molécula estructuralmente
conservando la misma cantidad de átomos, de esta manera se obtiene una molécula
de fructosa-6-fosfato. Más aun en términos de la analogía de la colina, a pesar
de que la conversión no es espontanea de por sí, cuando esta acoplada a la
primera reacción, esta se hace espontanea, lo que la convierte en una reacción
de “cuesta abajo”.
El tercer paso de la glucólisis se caracteriza por realizar
una reacción de fosforilación en la “colita” formada por la fosfohexanosa
isomerasa, en cierto sentido es la misma reacción que ocurrió en el paso 1, con
un sacrificio de energía en forma de un grupo fosfato. La proteína involucrada
en este paso se denomina Fosfofructoquinasa la cual sufre de tremendas
restricciones y controles por parte de la célula. Antes de este punto la
glucosa activada e isomerizada puede ingresar a otras rutas metabólicas
catabólicas o anabólicas, pero después de esta reacción solo queda una ruta
cuesta abajo y es la lisis de la molécula de 6 carbonos.
Otro aspecto que hace a esta reacción un punto clave es que su energía libre es muy negativa y la hace altamente irreversible, esto implica que una vez liberada, la enzima hace que la reacción produzca una gran cantidad de producto consumiendo toda la fructosa-6-fopsfato disponible en ese momento. En términos de la analogía de la colina esta reacción es una inversión de energía hacia un punto extremadamente inestable, esta inestabilidad hará que la molécula tienda a la ruptura en próximas reacciones.
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Esta reacción se caracteriza por un rompimiento mediado por
la enzima aldolasa. La energía libre estándar de esta reacción es muy positiva,
lo que hace que en condiciones normales nunca se dé hacia el rompimiento. Sin
embargo, en las condiciones celulares planteadas por las reacciones previas hay
dos fenómenos conjugados que permiten su realización como una reacción
reversible que tiende a generar el rompimiento y no la síntesis.
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La razón por la cual en los dos primeros pasos se adiciona
tanta energía es para hacer que la molécula se haga muy inestable, y del mismo
modo, al haber dos reacciones irreversibles que acumulan grandes cantidades de
fructosa-6-fosfato las condiciones del equilibrio fuerzan la reacción hacia los
productos del rompimiento. En segunda instancia las dos moléculas de 3 carbonos
producidas son rápidamente empleadas en reacciones subsecuentes, por lo que
nunca se plantea realmente un equilibrio químico. De esta manera el producto
del acoplamiento de las tres reacciones previas permiten que la reacción siga
siendo espontanea hacia los productos.
Las reacciones de obtención de energía de la glucosa se
basan en un mismo sustrato, es decir, cuando la molécula de 6C se parte en 2 de
3C, las reacciones subsecuentes son las mismas, por esta razón en algunos
esquemas de la glucólisis se ve un punto de bifurcación.
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Sin embargo, las dos
moléculas obtenidas en el paso 4 no son las mismas, por lo que se requiere un
paso intermedio de isomerización, es decir de convertir ambas moléculas en la
misma especie química. Las dos moléculas son dihidroxiacetona y
gliceraldehído-3-fosfato, de ambas solo la última puede seguir las demás
reacciones de la glucólisis, mientras que la primera debe isomerizarse a
gliceraldehído-3-fosfato para seguir la ruta metabólica. La reacción es
catalizada por la enzima triosa fosfato isomerasa.
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