Glucólisis

Glucólisis quiere decir "quiebre" o rompimiento (lisis) de la glucosa. Es la ruta bioquímica principal (secuencia específica de reacciones catalizadas por enzimas que transforman un compuesto en otro) para la descomposición de la glucosa en sus componentes más simples dentro de las células del organismo. La glucólisis se caracteriza porque, si está disponible, puede utilizar oxígeno (ruta aerobia) o, si es necesario, puede continuar en ausencia de éste (ruta anaerobia), aunque a costa de producir menos energía.

 Tiene lugar en una serie de nueve reacciones catalizadas, cada una, por una enzima específica, donde se desmiembra el esqueleto de carbonos y sus pasos se reordenan paso a paso. En los primeros pasos se requiere del aporte de energía abastecido por el acoplamiento con el sistema ATP — ADP. Esta serie de reacciones se realizan en casi todas las células vivientes, desde las procariotas (células sin núcleo) hasta las eucariotas (células con núcleo) de nuestro cuerpo.

Primer paso: El ATP reacciona exergónicamente con la glucosa desprendiéndose un grupo fosfato que se ensambla con el glúcido para producir glucosa 6 - fosfato y ADP. El número "6" indica que el grupo fosfato se ha combinado con el carbono 6 de la glucosa, donde parte de la energía liberada por la reacción se conserva. Esta reacción es catalizada por una enzima, la hexocinasa.

Segundo Paso: La molécula se reorganiza con ayuda de la enzima fosfoglucoisomerasa, por lo que el anillo hexagonal se transforma en el anillo pentagonal de la fructosa (la que contiene la misma cantidad de carbonos pero ubicados de otra manera) quedando el grupo fosfato en el mismo carbono por lo que se obtiene fructosa 6 - fosfato. La reacción puede desarrollarse en ambas direcciones pero está predispuesta en un sentido determinado por la acumulación de la glucosa 6 - fosfato y la eliminación de la fructosa 6 - fosfato al continuar la glucólisis.

Tercer Paso: es similar al primer paso ya que la fructosa 6 - fosfato gana un segundo grupo fosfato mediante la intervención de una nueva molécula de ATP. El fosfato adicional se enlaza con el primer carbono y produce fructosa 1,6 - difosfato en una reacción catalizada por una enzima alostérica, donde el ATP es un efector alostérico que la inhibe. La interacción entre ambos es el principal mecanismo regulador de la glucólisis. Si existe ATP en cantidades adecuadas para la vida normal de la célula, este inhibe la actividad de la enzima cesando la producción de ATP mientras que se conserva glucosa. Si la concentración de ATP es baja, la enzima se desinhibe y continúa la degradación de la glucosa.

Cuarto paso: La molécula de azúcar se escinde (divide) en dos moléculas de tres carbonos cada una: la dihidroxiacetona fosfato y el gliceraldehído fosfato. Ambas moléculas son isómeros que pueden transformarse una en otra por acción de una enzima isomerasa, pero en vista que el gliceraldehído fosfato se utiliza posteriormente, toda la dihidroxiacetona fosfato se convierte eventualmente en gliceraldehído fosfato. A partir de este punto en las reacciones debemos multiplicar por dos los productos obtenidos para tener en cuenta el destino de una molécula de glucosa.

Quinto Paso: cada gliceraldehído fosfato se oxida, con ayuda de la enzima triosafosfato deshidrogenasa transfiere un hidrógeno y su electrón, así reduce al NAD⁺ para que acepte el hidrogeno y se transforme en NADH. Esta es la primera reacción en la que la célula obtiene energía conservándose parte de ella en la unión de un grupo fostafo con el carbono 1 de la molécula gliceraldehído fosfato, el que se transforma en 1,3 difosfoglicerato.

Sexto Paso: ese fosfato se libera de la molécula de difosfoglicerato con ayuda de la enzima fosfoglicerato cinasa y se emplea para volver a cargar una molécula de ADP (no olvidar que son dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa). Como esta reacción es muy exergónica arrastra a todas las reacciones para que avancen.

Séptimo paso: el grupo fosfato remanente se transfiere de la posición 3 a la 2 mediante la acción enzimática de la fosfo gliceromutasa.

Octavo paso: se retira una molécula de agua del compuesto de tres carbonos. Mediante este reordenamiento interno de la molécula (y con ayuda de la enzima enolasa) concentra energía en la vecindad del grupo fosfato.

Noveno paso: el fosfato se transfiere a una molécula de ADP y forma otra molécula de ATP (recordar que se obtienen dos) y finalmente tenemos al ácido pirúvico. Esta reacción (catalizada por la piruvato cinasa) también es muy exergónica, de modo que arrastra a las dos reacciones precedentes.

Así que de una molécula de glucosa se tienen dos moléculas de ácido pirúvico, dos moléculas de ATP (se invierten dos moléculas de ATP y se obtienen cuatro) y dos moléculas de NADH.

glucosa + 2ATP + 4ADP + 2Pi + NAD⁺  ——® 2 ácido pirúvico + 2 ADP + 4 ATP + 2 NADH + 2 H⁺ + 2 H₂O 

En presencia de oxígeno, la etapa siguiente a la degradación de la glucosa entraña la oxidación del ácido pirúvico a dióxido de carbono (CO₂) y agua en un proceso denominado respiración celular.

Vías Anaeróbicas

El ácido pirúvico puede tomar por una de otras dos vías sin oxígeno (anaeróbias). 

Fermentación: a falta de oxígeno el ácido pirúvico puede convertirse en etanol (alcohol etílico). Las levaduras son hongos que pueden crecer con o sin oxígeno. Al extraer jugo de uva y almacenarlo en forma anaeróbica, por ejemplo, las células de levadura convierten el jugo de la fruta en vino ya que transforman a la glucosa en ácido pirúvico y a este en etanol.

El ácido láctico se forma a partir del ácido pirúvico por acción de diversos organismos y en tejidos (como el muscular) cuando el oxígeno escasea o falta. El ácido pirúvico al no entrar en la vía aeróbica de la respiración se convierte en ácido láctico, el cual, a medida que se acumula, deprime el pH del músculo y reduce la capacidad de las fibras musculares para contraerse, originando la fatiga muscular. El ácido láctico difunde hacia a la sangre y llega al hígado, donde con posterioridad, cuando el oxígeno vuelva a su nivel normal y la demanda de ATP sea menor, transformará el ácido láctico en ácido pirúvico y de nuevo a glucosa.

Existen algunas enfermedades que hacen que las enzimas de la ruta glucolítica presenten una actividad deficiente. Se manifiestan principalmente como anemias hemolíticas (causadas por la destrucción de los glóbulos rojos de la sangre), ya que los glóbulos rojos dependen principalmente de la energía que se produce en la glucólisis, para hacer frente a las demandas de energía necesaria para el mantenimiento de la integridad estructural. En los cánceres en los que las células malignas se multiplican y crecen rápidamente, la proporción glucolítica es, a menudo, tan grande como la que se requiere para la producción de energía mediante el ciclo del ácido cítrico en la mitocondria. Como consecuencia estas células producen piruvato, que se convierte en lactato. De esta forma, la zona donde se localiza el tumor es relativamente ácida (el lactato es ácido), un hecho que puede tener importancia para el tratamiento del cáncer. Un exceso similar de lactato puede ser debido a otras circunstancias, tales como una deficiencia de la enzima piruvato deshidrogenasa, que metaboliza el piruvato. Esta enzima también puede ser inhibida por los iones del arsénico y del mercurio, y por una deficiencia de tiamina (vitamina B₁). Esto tiene importancia clínica, como en el caso de los alcohólicos con carencias nutricionales que a menudo presentan deficiencia de tiamina. Si reciben grandes cantidades de glucosa (por ejemplo, mediante goteo intravenoso), pueden desarrollar una rápida acumulación de piruvato que provocará una acidosis láctica, que con frecuencia resulta mortal.