Proceso de Glucolisis

Se trata de un proceso que se lleva a cabo en el citosol de la célula, por lo que los 10 enzimas que llevan a cabo las 10 reacciones se encuentran solubilizadas en el interior.Es un proceso independiente de la presencia de oxígeno, aunque algunas de las reacciones posteriores que sufre el pirúvico si dependen de oxígeno.La glucólisis comprende dos etapas, cada una de ellas compuesta por 5 reacciones:

La primera etapa comprende las primeras cinco reacciones, en las cuales la molécula de glucosa inicial se transforma en dos moléculas de 3-fosfogliceraldehido o gliceraldehido-3-fosfato. Se trata de una fase que se suele llamar fase preparativa, donde la glucosa se va a romper en dos moléculas de 3 carbonos cada una, con la particularidad de que se van a incorporar dos ácidos fosfóricos (dos moléculas de gliceraldehido 3 fosfato; por lo que hay dos fosfatos, uno en cada molécula), lo que lleva al consumo de 2 moléculas de ATP.

En la segunda etapa comprende las siguientes 5 reacciones que llevan a la finalización del procedo, donde los dos gliceraldehido 3 fosfato se transforman en dos ácidos pirúvico. Es esta etapa la que conlleva la parte oxidativa, por lo que se produce la reducción de las dos moléculas de NAD+ a NADH + H+.

Además, en esta etapa se han de producir 4 moléculas de ATP para dar lugar al balance neto de + 2 ATP, es decir, la liberación de 2 ATP, por eso que esta segunda etapa recibe el nombre de fase de generación de energía.Desde el punto de vista energético, el rendimiento es muy bajo, solamente con la producción de dos moléculas de ATP; pero en este proceso se forma el ácido pirúvico, que participa en otras reacciones en las que la energía neta liberada es mucho mayor.El NADH + H+ en condiciones de aerobiosis, es decir, en presencia de oxígeno, da lugar a agua (reduce al oxígeno) y a la oxidación del mismo a NAD+. Esto es la cadena respiratoria (cadena de transporte electrónico) llevada a cabo en las mitocondrias (por lo que el NADH + H+ ha de entrar en la misma), en la que se libera cierta cantidad de energía aprovechada para la síntesis de ATP a partir de ADP y Pi en la llamada fosforilación oxidativa.El NADH + H+ producido en la glucólisis, con presencia de oxígeno, es utilizado para generar ATP, es decir, energía.Si existen condiciones de anaerobiosis, es decir, sin la presencia de oxígeno, el NADH + H+ ha de ser transformado en NAD+, utilizado en otras reacciones acopladas a las llamadas fermentaciones anaeróbicas.De las 10 reacciones, 7 son reacciones reversibles, que van a ocurrir en el proceso contrario, la gluconeogénesis (síntesis de glucógeno a partir de ácido pirúvico); mientras que 3 reacciones son irreversibles.

La glucólisis comienza con la glucosa, donde la primera reacción, irreversible, consiste en una fosforilación en el carbono 6 de la glucosa, originando por tanto la glucosa-6-fosfato. Esto significa

la utilización de una molécula de ATP que dona un Pi y queda liberado como ADP. Esta primera reacción está catalizada por un enzima denominado hexokinasa

La segunda reacción de la glucólisis es reversible, donde se pasa de la glucosa-6-fosfato (G6P) a fructosa-6-fosfato (F6P). Se trata de una reacción de isomerización de aldosa a cetosa catalizada por la fosfoglucoisomerasa.

La tercera reacción, también irreversible, conlleva la presencia y consumo de ATP, originando la fructosa-1,6-bisfosfato (FBP).Se trata de una reacción de fosforilación, por lo que está catalizada por una kinasa, concretamente la fosfofructokinasa-1 (PFK-1), que fosforila el carbono 1 de la F6P.

La cuarta reacción es reversible, y consiste en la ruptura de la molécula de FBP para dar lugar a 3-fosfodihiroxiacetona (DHAP) y a 3-fosfogliceraldehido (G3P), ambas con 3 carbonos. La 3-fosfodihiroxiacetona corresponde a los átomos de carbono 1, 2 y 3 de la FBP; mientras que el también llamado gliceraldehido-3-fosfato corresponde a los carbonos 4, 5 y 6, siendo el 6 el 1 de la nueva molécula.El enzima que cataliza esta reacción es una aldolasa, concretamente recibe el nombre de fructosa bisfosfato aldolasa.

La quinta y última reacción de la primera etapa de la glucólisis, también reversible, consiste en una isomerización catalizada por la triosa-fosfato isomerasa, cuyo sustrato son las triosas (las dos moléculas anteriores). La función de este enzima es la transformación de uno de los productos de la reacción anterior en el otro. Concretamente, la triosa-fosfato isomerasa cataliza la isomerización del 3-fosfodihiroxiacetona a 3-fosfogliceraldehido, dado que este es el sustrato de la siguiente reacción glucolítica.

Para ello, partiendo de las dos moléculas de G3P, se lleva a cabo la sexta reacción, una reacción reversible, de la glucólisis, donde ambas moléculas se transforman en dos moléculas de ácido-1,3-bisfosfoglicerico (BPG).

La séptima reacción consiste en la transferencia del fosfato unido por un enlace rico en energía a una molécula de ADP para formar ATP y el ácido 3-fosfoglicérico (3PG). El BPG libera con el enlace rico en energía 11 Kcal/mol, suficientes como para formar el ATP. Por tanto se producen dos moléculas de ATP, compensando así el gasto energético de la primera etapa.

La siguiente reacción, la octava, es también reversible, en la cual se produce la transformación del 3PG en el ácido 2-fosfoglicérico (2PG), catalizado por el enzima fosfoglicerato mutasa, cuyo mecanismo de acción es el siguiente: en su centro activo posee una His con el nitrógeno 3 de su radical fosforilado, de tal modo que reacciona con el fosfato del carbono 3 de 3PG y cede su fosfato al carbono 2 del sustrato, originando un intermediario 2,3-bisfosfoglicerato.

La siguiente reacción, la novena, también reversible, es una deshidratación, con pérdida de una molécula de agua procedente del OH libre (que ya no esta fosforilado) del carbono 3 y el H del carbono 2. Esto da lugar a un doble enlace entre el carbono 2 y el 3, dejando el fosfato del carbono 2 unido mediante un enlace rico en energía, para dar lugar al ácido fosfoenolpirúvico (PEP).

El enzima encargado de catalizar esta reacción es una deshidratasa denominada enolasa. Este enlace rico en energía es aprovechado en la décima y última reacción para sintetizar ATP a partir de ADP, para dar lugar al ácido pirúvico. El enlace rico en energía libera 14'8, Kcal/mol suficientes como para formar el ATP.Esto quiere decir que ya se han sintetizado las dos moléculas de ATP que faltaban.

ECUACIÓN DE LA GLUCÓLISIS

Glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ 2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O

CICLO DE KREBS

El ciclo de Krebs también conocido como ciclo del ácido cítrico es la vía común final de oxidación del ácido pirúvico, ácidos grasos y las cadenas de carbono de los aminoácidos.

La primera reacción del ciclo ocurre cuando la coenzima A transfiere su grupo acetilo (de 2 carbonos) al compuesto de 4 carbonos (ácido oxalacético) para producir un compuesto de 6 carbonos (ácido cítrico).

El ácido cítrico inicia una serie de pasos durante los cuales la molécula original se reordena y continúa oxidándose, en consecuencia se reducen otras moléculas: de NAD+ a NADH y de FAD+ a FADH2. Además ocurren dos carboxilaciones y como resultado de esta serie de reacciones vuelve a obtenerse una molécula inicial de 4 carbonos el ácido oxalacético.

El proceso completo puede describirse como un ciclo de oxalacético a oxalacético, donde dos átomos de carbono se adicionan como acetilo y dos átomos de carbono (pero no los mismos) se pierden como CO2.

TRANSPORTE DE ELECTRONES O CADENA RESPIRATORIA

En esta etapa se oxidan las coenzimas reducidas, el NADH se convierte en NAD+ y el FADH2 en FAD+. Al producirse esta reacción, los átomos de hidrógeno (o electrones equivalentes), son conducidos a través de la cadena respiratoria por un grupo de transportadores de electrones, llamados citocromos. Los citocromos experimentan sucesivas oxidaciones y reducciones (reacciones en las cuales los electrones son transferidos de un dador de electrones a un aceptor).

En consecuencia, en esta etapa final de la respiración, estos electrones de alto nivel energético descienden paso a paso hasta el bajo nivel energético del oxígeno (último aceptor de la cadena), formándose de esta manera agua.

Cabe aclarar que los tres primeros aceptores reciben el H+ y el electrón conjuntamente. En cambio, a partir del cuarto aceptor, sólo se transportan electrones, y los H+ quedan en solución.