Glicólisis: definición, pasos, productos y reactivos

Glicólisis: definición, pasos, productos y reactivos

De acuerdo con las leyes básicas de la física, todos los seres vivos necesitan energía del medio ambiente de alguna forma para sostener la vida. claramente, diferentes organismos han desarrollado diversos medios para recolectar combustible de diversas fuentes para alimentar la maquinaria celular que impulsa los procesos cotidianos como el crecimiento, la reparación y la reproducción.

las plantas y los animales obviamente no adquieren alimentos (o su equivalente en organismos que realmente no pueden "comer" nada) por medios similares, y sus respectivas entra√Īas no digieren las mol√©culas extra√≠das de fuentes de combustible de forma remota de la misma manera. algunos organismos requieren ox√≠geno para sobrevivir, otros son eliminados por √©l y otros pueden tolerarlo, pero funcionan bien en su ausencia.

A pesar de la variedad de estrategias que utilizan los seres vivos para extraer energ√≠a de los enlaces qu√≠micos en compuestos ricos en carbono, la serie de diez reacciones metab√≥licas denominadas colectivamente gluc√≥lisis es com√ļn a casi todas las c√©lulas, tanto en organismos procari√≥ticos (casi todos de los cuales son bacterias) y En organismos eucari√≥ticos (principalmente plantas, animales y hongos).

Glicólisis: reactivos y productos.

una visión general de las principales entradas y salidas de la glucólisis es un buen punto de partida para comprender cómo las células transforman las moléculas reunidas del mundo externo en energía para sostener los innumerables procesos de la vida en los que las células de su cuerpo se involucran continuamente.

los reactivos de la gluc√≥lisis a menudo se enumeran glucosa y ox√≠geno, mientras que el agua, el di√≥xido de carbono y el atp (trifosfato de adenosina, la mol√©cula que vive m√°s com√ļnmente para impulsar procesos celulares) se administran como productos de gluc√≥lisis, de la siguiente manera:

c 6 h 12 o 6 + 6 o 2 -> 6 co 2 + 6 h 2 o + 36 (o 38) atp

Llamar a esto "glucólisis", como hacen algunos textos, es incorrecto. Esta es la reacción neta de la respiración aeróbica en su conjunto, de la cual la glucólisis es el paso inicial. Como verás en detalle, los productos de la glucólisis per se son en realidad piruvato y una cantidad modesta de energía en forma de atp:

c 6 h 12 o 6 -> 2 c 3 h 4 o 3 + 2 atp + 2 nadh + 2 h +

nadh, o nad + en su estado des-protonado (nicotinamida adenina dinucleótido), es un llamado portador de electrones de alta energía y un intermediario en muchas reacciones celulares involucradas en la liberación de energía. note dos cosas aquí: una es que la glucólisis sola no es tan eficiente en la liberación de atp como lo es la respiración aeróbica completa, en la cual el piruvato producido en la glucólisis ingresa al ciclo de Krebs en ruta a los átomos de carbono que aterrizan en la cadena de transporte de electrones. mientras que la glucólisis tiene lugar en el citoplasma, las reacciones subsiguientes de la respiración aeróbica ocurren en los orgánulos celulares llamados mitocondrias.

glucólisis: pasos iniciales

La glucosa, que contiene una estructura de seis anillos que incluye cinco √°tomos de carbono y un √°tomo de ox√≠geno, se transporta a la c√©lula a trav√©s de la membrana plasm√°tica mediante prote√≠nas de transporte especializadas. Una vez dentro, se fosforila inmediatamente, es decir, se le adhiere un grupo fosfato. esto hace dos cosas: le da a la mol√©cula una carga negativa, en efecto atrap√°ndola dentro de la c√©lula (las mol√©culas cargadas no pueden atravesar f√°cilmente la membrana plasm√°tica) y desestabiliza la mol√©cula, configur√°ndola para m√≠ como una realidad m√°s descompuesta en componentes m√°s peque√Īos.

la nueva mol√©cula se llama glucosa-6-fosfato (g-6-p), ya que el grupo fosfato est√° unido al √°tomo de carbono n√ļmero 6 de la glucosa (el √ļnico que se encuentra fuera de la estructura del anillo). la enzima que cataliza esta reacci√≥n es una hexocinasa; "hex" es el prefijo griego para "seis" (como en "az√ļcar de seis carbonos") y las quinasas son enzimas que barren un grupo fosfato de una mol√©cula y lo fijan en otra parte; en este caso, el fosfato se toma de atp, dejando adp (difosfato de adenosina) a su paso.

El siguiente paso es la conversi√≥n de glucosa-6-fosfato en fructosa-6-fosfato (f-6-p). esto es simplemente un reordenamiento de √°tomos, o una isomerizaci√≥n, sin adiciones ni sustracciones, de modo que uno de los √°tomos de carbono dentro del anillo de glucosa se mueva fuera del anillo, dejando un anillo de cinco √°tomos en su lugar. (recordar√° que la fructosa es "az√ļcar de la fruta", un elemento diet√©tico com√ļn y natural). La enzima que cataliza esta reacci√≥n es la fosfoglucosa isomerasa.

el tercer paso es otra fosforilación, catalizada por la fosfofructoquinasa (pfk) y que produce fructosa 1,6-bisfosfato (f-1,6-bp). aquí, el segundo grupo fosfato se une al átomo de carbono que se extrajo del anillo en el paso anterior. (Consejo de nomenclatura química: la razón por la que esta molécula se denomina "bifosfato" en lugar de "difosfato" es porque los dos fosfatos se unen a diferentes átomos de carbono, en lugar de uno que se une al otro opuesto a un enlace carbono-fosfato). Además del paso anterior de fosforilación, el fosfato suministrado proviene de una molécula de atp, por lo que estos primeros pasos de glucólisis requieren una inversión de dos atp.

el cuarto paso de la glucólisis rompe una molécula de seis carbonos ahora altamente inestable en dos moléculas diferentes de tres carbonos: gliceraldehído 3 fosfato (hueco) y fosfato de dihidroxiacetona (dhap). La aldolase es la enzima responsable de esta escisión. Se puede discernir a partir de los nombres de estas moléculas de tres carbonos que cada una de ellas obtiene uno de los fosfatos de la molécula principal.

glucólisis: pasos finales

con la glucosa manipulada y dividida en partes aproximadamente iguales debido a un peque√Īo aporte de energ√≠a, las reacciones restantes de la gluc√≥lisis implican la recuperaci√≥n de los fosfatos de una manera que resulta en una ganancia de energ√≠a neta. la raz√≥n b√°sica por la que esto ocurre es que la eliminaci√≥n de los grupos fosfato de estos compuestos es m√°s favorable energ√©ticamente que simplemente tomarlos directamente de las mol√©culas atp y aplicarlos a otros prop√≥sitos; Piense en los pasos iniciales de la gluc√≥lisis en t√©rminos de un viejo adagio: "usted tambi√©n tiene que gastar dinero para hacer dinero".

al igual que g-6-p y f-6-p, gap y dhap son isómeros: tienen la misma fórmula molecular, pero diferentes estructuras físicas. como sucede, la brecha se encuentra en la ruta química directa entre la glucosa y el piruvato, mientras que el dhap no lo hace. por lo tanto, en el quinto paso de la glucólisis, una enzima llamada triosa fosfato isomerasa (tim) se hace cargo y convierte dhap en brecha. esta enzima se describe como una de las más eficientes en todo el metabolismo energético humano, acelerando la reacción que cataliza por un factor de aproximadamente diez mil millones (10 10 ).

en el sexto paso, la brecha se convierte en 1,3-bisfosfoglicerato (1,3-bpg) bajo la influencia de la enzima por la gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa. las enzimas deshidrogenasas hacen exactamente lo que sugieren sus nombres: eliminan los átomos de hidrógeno (o protones, si lo prefiere). el hidrógeno liberado de la brecha encuentra su camino hacia una molécula de nad +, que produce nadh. tenga en cuenta que a partir de este paso, a efectos contables, todo se multiplica por dos, ya que la molécula inicial de glucosa se convierte en dos moléculas de separación. así después de este paso, dos moléculas nad + se han reducido a dos moléculas de nadh.

la reversión de facto de las reacciones de fosforilación anteriores de la glucólisis comienza con el séptimo paso. aquí, la enzima fosfoglicerato quinasa elimina un fosfato de 1,3-bpg para producir 3-fosfoglicerato (3-pg), con el fosfato aterrizando en adp para formar atp. ya que, nuevamente, esto involucra dos moléculas de 1,3 bog por cada molécula de glucosa que ingresa a la glucólisis en sentido ascendente, esto significa que se producen dos atps en general, cancelando los dos atps invertidos en los pasos uno y tres.

en el paso ocho, 3-pg se convierte en 2-fosfoglicerato (2-pg) gracias a la fosfoglicerato mutasa, que extrae el grupo fosfato restante y lo mueve un carbono. las enzimas mutasas difieren de las isomerasas en que, en lugar de reorganizar significativamente la estructura de una molécula completa, simplemente desplazan un "residuo" (en este caso, un grupo fosfato) a una nueva ubicación, dejando intacta la estructura general.

en el paso nueve, sin embargo, esta preservación de la estructura se torna irrelevante, ya que 2-pg se convierte en piruvato de fosfoenol (pep) por la enzima enolasa. un enol es una combinación de un alqueno y un alcohol. los alquenos son hidrocarburos que incluyen un doble enlace carbono-carbono, mientras que los alcoholes son hidrocarburos con un grupo hidroxilo (-oh) adjunto. el -oh en el caso de un enol está unido a uno de los carbonos involucrados en el doble enlace carbono-carbono de pep.

Finalmente, en la d√©cima y √ļltima etapa de la gluc√≥lisis, pep se convierte en piruvato por la enzima piruvato quinasa. Si sospechas por los nombres de los diversos actores en este paso que otras dos mol√©culas de atp se generan en el proceso (una por reacci√≥n real), est√°s en lo correcto. el grupo fosfato se elimina del pep y se anexa a un grupo que se encuentra cerca, produciendo atp y piruvato. El piruvato es una cetona, lo que significa que tiene un carbono no terminal (es decir, uno que no se encuentra al final de la mol√©cula) involucrado en un doble enlace con ox√≠geno y dos enlaces simples con otros √°tomos de carbono. la f√≥rmula qu√≠mica para el piruvato es c 3 h 4 o 3 , pero expresando esto como (ch 3 ) co (cooh) ofrece una imagen m√°s iluminadora del producto final de la gluc√≥lisis.

Consideraciones energéticas y el destino del piruvato.

la cantidad total de energ√≠a liberada (es tentador pero equivocado decir "producida", ya que la "producci√≥n" de energ√≠a es un nombre inapropiado) se expresa convenientemente como dos atp por mol√©cula de glucosa. pero para ser m√°s matem√°ticamente precisos, esto tambi√©n es 88 kilojulios por mol (kj / mol) de glucosa, igual a aproximadamente 21 kilocalor√≠as por mol (kcal / mol). un mol de una sustancia es la masa de esa sustancia que contiene el n√ļmero de mol√©culas de avogadro, o 6.02 √ó 10 23 mol√©culas. La masa molecular de la glucosa es de poco m√°s de 180 gramos.

ya que, como se se√Īal√≥ anteriormente, la respiraci√≥n aer√≥bica puede derivar de m√°s de 30 mol√©culas de atp por glucosa invertida, es tentador considerar la producci√≥n de energ√≠a de la gluc√≥lisis sola como trivial, casi sin valor. Esto es completamente falso. Tenga en cuenta que las bacterias, que han existido por cerca de tres mil quinientos millones de a√Īos, pueden subsistir muy bien usando la gluc√≥lisis sola, porque son formas de vida exquisitamente simples que tienen algunos de los requisitos que tienen los organismos eucari√≥ticos.

de hecho, es posible ver la respiración aeróbica de manera diferente si se apoya todo el esquema: mientras que este tipo de producción de energía es ciertamente una maravilla bioquímica y evolutiva, los organismos que la utilizan en su mayor parte dependen absolutamente de ella. esto significa que cuando no se puede encontrar oxígeno, los organismos que dependen exclusivamente o en gran medida del metabolismo aeróbico, es decir, todos los organismos que leen esta discusión, no pueden sobrevivir por mucho tiempo en ausencia de oxígeno.

en cualquier caso, la mayor parte del piruvato producido en la glucólisis se desplaza a la matriz mitocondrial (análoga al citoplasma de las células completas) y entra en el ciclo de Krebs, también llamado ciclo del ácido cítrico o ciclo del ácido tricarboxílico. esta serie de reacciones sirve principalmente para generar una gran cantidad de portadores de electrones de alta energía, tanto nadh como un compuesto relacionado llamado fadh 2 , pero también produce dos atp por cada molécula de glucosa original. estas moléculas luego migran a la membrana mitocondrial y participan en las reacciones de la cadena de transporte de electrones que finalmente liberan 34 atp más.

En ausencia de suficiente oxígeno (como cuando se está ejercitando vigorosamente), parte del piruvato se fermenta, un tipo de metabolismo anaeróbico en el que el piruvato se convierte en ácido láctico, lo que genera más nad + para su uso en procesos metabólicos.



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