¬ŅQu√© sucede cuando la glucosa ingresa a una c√©lula?

¬ŅQu√© sucede cuando la glucosa ingresa a una c√©lula?

La glucosa es la fuente principal de combustible celular para todos los seres vivos, y la energ√≠a en sus enlaces qu√≠micos se utiliza para sintetizar adenosina trifosfato (atp) de varias maneras interconectadas e interdependientes. cuando una mol√©cula de este az√ļcar de seis carbonos (es decir, hexosa) atraviesa la membrana plasm√°tica de una c√©lula desde el exterior para ingresar al citoplasma, se fosforila inmediatamente , es decir, se une un grupo fosfato, que lleva una carga el√©ctrica negativa. a parte de la mol√©cula de glucosa. esto da como resultado una carga neta negativa en lo que luego se ha convertido en una mol√©cula de glucosa-6-fosfato , que evita que salga de la c√©lula.

los procariotas , que incluyen los dominios de bacterias y arqueas, no tienen orgánulos unidos a la membrana, incluidas las mitocondrias que en los eucariotas albergan el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones dependiente de oxígeno. como resultado, los procariotas no participan en la respiración aeróbica ("con oxígeno"), sino que derivan casi toda su energía de la glucólisis, el proceso anaeróbico que también funciona antes de la respiración aeróbica llevada a cabo en las células eucarióticas.

glucosa: definición

Como la glucosa se encuentra entre las moléculas más vitales en bioquímica, y es el punto de partida de tal vez el conjunto de reacciones más vital en los anales de la vida en el planeta tierra, se hace una breve discusión de la estructura y el comportamiento de esta molécula.

tambi√©n conocida como dextrosa (generalmente en referencia a sistemas no biol√≥gicos, como la glucosa hecha de ma√≠z) y az√ļcar en la sangre (en referencia a sistemas biol√≥gicos, por ejemplo, en contextos m√©dicos), la glucosa es una mol√©cula de seis carbonos con la f√≥rmula qu√≠mica c 6 h 12 o 6 . En la sangre humana, la concentraci√≥n normal de glucosa es de aproximadamente 100 mg / dl. 100 mg es una d√©cima de gramo, mientras que un dl es una d√©cima de litro; esto equivale a un gramo por litro, y dado que la persona promedio tiene aproximadamente 4 litros de sangre, la mayor√≠a de las personas tienen aproximadamente 4 g de glucosa en su torrente sangu√≠neo en cualquier momento, solo aproximadamente una s√©ptima parte de una onza.

cinco de los seis átomos de carbono (c) en la glucosa se encuentran en la forma de anillo de seis átomos que la molécula asume 99.98 por ciento del tiempo en la naturaleza. el sexto átomo de anillo es un oxígeno (O), con la sexta c unidos a uno de los anillo cs como parte de un hidroximetilo (-CH 2 OH) grupo . Es en el grupo hidroxilo (-oh) donde se une el fosfato inorgánico (pi) durante el proceso de fosforilación que atrapa la molécula en el citoplasma celular.

glucosa, tipos celulares y metabolismo

los procariotas son peque√Īos (la mayor√≠a abrumadora son unicelulares) y simples (la √ļnica c√©lula que tiene la mayor√≠a carece de un n√ļcleo y otros org√°nulos unidos a la membrana). esto puede evitar que sean tan elegantes e interesantes en la mayor√≠a de los sentidos como los eucariotas, pero tambi√©n mantiene sus requisitos de combustible comparativamente bajos.

Tanto en procariotas como en eucariotas, la glucólisis es el primer paso en el metabolismo de la glucosa . La fosforilación de la glucosa al ingresar a la célula por difusión a través de la membrana plasmática es el primer paso en la glucólisis, que se describe en detalle en una sección posterior.

  • Algunas bacterias pueden metabolizar az√ļcares distintos de, o adem√°s de, glucosa, como sacarosa, lactosa o maltosa. estos az√ļcares son disac√°ridos, que vienen del griego para "dos az√ļcares". Incluyen un mon√≥mero de glucosa, como la fructosa, un monosac√°rido, como una de sus dos subunidades.

Al final de la glucólisis, la molécula de glucosa se ha utilizado para generar dos moléculas de piruvato de tres carbonos, dos moléculas del denominado portador de electrones de alta energía nicotinamida adenina dinucleótido (nadh) y una ganancia neta de dos moléculas atp.

en este punto, en los procariotas, el piruvato generalmente ingresa en la fermentaci√≥n, un proceso anaer√≥bico con una serie de variaciones diferentes que se explorar√°n en breve. pero algunas bacterias han desarrollado la capacidad de llevar a cabo la respiraci√≥n aer√≥bica en cierta medida y se llaman anaerobios facultativos . Las bacterias que pueden obtener energ√≠a solo de la gluc√≥lisis se denominan anaerobios obligados , y muchas de ellas en realidad son eliminadas por el ox√≠geno. un n√ļmero limitado de bacterias son incluso los aerobios obligados , lo que significa que, como usted, tienen un requisito absoluto de ox√≠geno. dado que las bacterias han tenido aproximadamente 3.500 millones de a√Īos para adaptarse a las demandas del entorno cambiante de la Tierra, no deber√≠a sorprender que hayan comandado una gama de estrategias b√°sicas de supervivencia metab√≥lica.

el proceso de glucólisis

la gluc√≥lisis incluye 10 reacciones , que es un n√ļmero agradable y redondo, pero no necesariamente tiene que memorizar todos los productos, intermedios y enzimas en todos estos pasos. en cambio, si bien es divertido y √ļtil conocer algunas de estas minucias, es m√°s importante tener una idea de lo que sucede en la gluc√≥lisis en general, y por qu√© sucede (tanto en t√©rminos de f√≠sica b√°sica como de las necesidades de la c√©lula).

La glucólisis se captura en la siguiente reacción, que es la suma de sus 10 reacciones individuales:

c 6 h 12 o 6 ‚Üí 2 c 3 h 4 o 3 + 2 atp + 2 nadh

En ingl√©s sencillo, en la gluc√≥lisis, una √ļnica mol√©cula de glucosa se divide en dos mol√©culas de piruvato y, a lo largo del camino, se forman un par de mol√©culas de combustible y un par de mol√©culas de "pre-combustible". atp es la moneda casi universal para la energ√≠a en procesos celulares, mientras que nadh, la forma reducida de nad + o nicotinamida adenina dinucle√≥tido, funciona como un portador de electrones de alta energ√≠a que finalmente dona esos electrones, en forma de iones de hidr√≥geno (h +), a las mol√©culas de ox√≠geno al final de la cadena de transporte de electrones en el metabolismo aer√≥bico, lo que resulta en mucho m√°s atp que la gluc√≥lisis sola puede suministrar.

glucólisis temprana

La fosforilaci√≥n de la glucosa despu√©s de su entrada en el citoplasma produce glucosa-6-fosfato (g-6-p). el fosfato proviene de atp y su incorporaci√≥n a la glucosa deja el difosfato de adenosina (adp). como se se√Īal√≥, esto atrapa la glucosa dentro de la c√©lula.

A continuaci√≥n, g-6-p se convierte en fructosa-6-fosfato (f-6-p). esta es una reacci√≥n de isomerizaci√≥n , porque el reactivo y el producto son is√≥meros entre s√≠: mol√©culas con el mismo n√ļmero de cada tipo de √°tomo, pero con diferentes disposiciones espaciales. En este caso, el anillo de fructosa solo tiene cinco √°tomos. La enzima responsable de este tipo de malabarismo at√≥mico se llama fosfoglucosa isomerasa . (La mayor√≠a de los nombres de enzimas, aunque a menudo son engorrosos, al menos tienen sentido).

en la tercera reacción de glucólisis, f-6-p se convierte en fructosa-1,6-bifosfato (f-1,6-bp). En esta etapa de fosforilación, el fosfato nuevamente proviene de atp, pero esta vez se agrega a un átomo de carbono diferente. La enzima responsable es la fosfofructoquinasa (pfk) .

  • en muchas reacciones de fosforilaci√≥n, los grupos de fosfato se agregan al extremo libre de un grupo de fosfato existente, pero no en este caso, por lo tanto, "fosfato de _bis" en lugar de "fosfato de _di".

En la cuarta reacci√≥n de la gluc√≥lisis, la mol√©cula f-1,6-bp, que es bastante inestable debido a su doble dosis de grupos fosfato, se divide por la enzima aldolasa en el grupo de tres carbonos y fosfato √ļnico. mol√©culas de gliceraldeh√≠do 3-fosfato (gap) y fosfato de dihidroxiacetona (dhap). estos son is√≥meros, y el dhap se convierte r√°pidamente en brecha en el quinto paso de la gluc√≥lisis usando un empuje de la enzima triosa fosfato isomerasa (tim).

En esta etapa, la molécula de glucosa original se ha convertido en dos moléculas idénticas de tres carbonos, fosforiladas individualmente, al costo de dos atp. desde este punto en adelante, cada reacción descrita de glucólisis ocurre dos veces por cada molécula de glucosa que se somete a la glucólisis.

glicólisis posterior

en la sexta reacción de la glucólisis, la brecha se convierte en 1,3-bisfosfoglicerato (1,3-bpg) bajo la influencia de la gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa . Las enzimas deshidrogenasas eliminan los átomos de hidrógeno (es decir, los protones). el hidrógeno liberado de la brecha se une a la molécula nad +, produciendo nadh. Debido a que la molécula inicial de glucosa corriente arriba ha dado lugar a dos moléculas de brecha, después de esta reacción, se han creado dos moléculas de nadh.

en la séptima reacción de glucólisis, una de las reacciones de fosforilación de la glucólisis temprana es, en efecto, invertida. cuando la enzima fosfoglicerato quinasa elimina un grupo fosfato de 1,3 bpg, el resultado es 3-fosfoglicerato (3-pg). los fosfatos que se han eliminado de las dos moléculas de 1,3 bpg se agregan a un adp para formar dos atp. esto significa que los dos atp "tomados en préstamo" en los pasos uno y tres son "devueltos" en la séptima reacción.

en el paso ocho, 3-pg se convierte en 2-fosfoglicerato (2-pg) por la fosfoglicerato mutasa , que transporta el √ļnico grupo fosfato restante a un √°tomo de carbono diferente. una mutasa difiere de una isomerasa en que es menos agresiva en su acci√≥n; En lugar de reorganizar la estructura de una mol√©cula, simplemente cambian uno de sus grupos laterales a un nuevo punto, dejando la columna vertebral, el anillo, etc. en su conjunto.

En la novena reacción de la glucólisis, 2-pg se convierte en fosfoenolpiruvato (pep) bajo la acción de la enolasa . un enol es un compuesto con un doble enlace carbono-carbono en el que uno de los carbonos también está unido a un grupo hidroxilo.

Finalmente, la d√©cima y √ļltima reacci√≥n de la gluc√≥lisis, pep se transforma en piruvato gracias a la enzima piruvato quinasa . los grupos fosfato eliminados de los dos pep est√°n unidos a mol√©culas adp, produciendo dos atp y dos piruvato, cuya f√≥rmula es (c 3 h 4 o 3 ) o (ch 3 ) co (cooh) . as√≠, el procesamiento inicial, anaer√≥bico de una sola mol√©cula de glucosa produce dos piruvato, dos atp y dos mol√©culas nadh.

procesos de post-glucólisis

El piruvato generado en √ļltima instancia por la entrada de glucosa en las c√©lulas puede tomar uno de los dos caminos. Si la c√©lula es procariota, o si la c√©lula es eucariota pero temporalmente requiere m√°s combustible que el que puede proporcionar la respiraci√≥n aer√≥bica (como en, por ejemplo, las c√©lulas musculares durante el ejercicio f√≠sico intenso, como las carreras de pesas o el levantamiento de pesas), el piruvato entra en la ruta de la fermentaci√≥n. Si la c√©lula es eucari√≥tica y sus requerimientos de energ√≠a son t√≠picos, mueve el piruvato dentro de las mitocondrias y participa en el ciclo de Krebs :

  • fermentaci√≥n: la fermentaci√≥n a menudo se usa indistintamente con la "respiraci√≥n anaer√≥bica", pero en realidad esto es enga√Īoso porque la gluc√≥lisis, que precede a la fermentaci√≥n, tambi√©n es anaer√≥bica, aunque en general no se considera parte de la respiraci√≥n en s√≠. 
  • La fermentaci√≥n regenera nad + para usar en la gluc√≥lisis al convertir el piruvato en lactato . todo el prop√≥sito de esto es permitir que la gluc√≥lisis contin√ļe en ausencia de ox√≠geno adecuado; una escasez de nad + a nivel local limitar√≠a el proceso incluso cuando existan cantidades adecuadas de sustrato.
  • Respiraci√≥n aer√≥bica: esto incluye el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones
  • el ciclo de Krebs: aqu√≠, el piruvato se convierte en acetil coenzima a (acetil coa) y di√≥xido de carbono (co 2 ). el acetil coa de dos carbonos se combina con el oxaloacetato de cuatro carbonos para formar citrato, una mol√©cula de seis carbonos que luego procede a trav√©s de una "rueda" (ciclo) de seis reacciones que resultan en dos co 2 , uno atp, tres nadh y uno dinucle√≥tido de adenina flavina reducida (fadh 2 ). 
  • la cadena de transporte de electrones: aqu√≠, los protones (h + √°tomos) de nadh y fadh_ 2 _ del ciclo de krebs se utilizan para crear un gradiente electroqu√≠mico que impulsa la s√≠ntesis de 34 mol√©culas de atp en la membrana mitocondrial interna. El ox√≠geno sirve como el receptor final de los electrones que "se derraman" de un compuesto a otro, comenzando hasta la cadena de compuestos con glucosa.


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