GLUCÓLISIS paso a paso #Bioquímica

Introducción a la Glucólisis

Conceptos Básicos del Metabolismo

• El Dr. Joan Blues introduce el tema de la glucólisis, explicando su importancia y las reacciones enzimáticas involucradas.

• Se define el catabolismo como el proceso de degradar nutrientes para producir moléculas simples y obtener energía, mientras que el anabolismo es la ruta opuesta.

Función de las Enzimas

• Las enzimas actúan como catalizadores en las reacciones químicas, permitiendo controlar la velocidad y dirección de estas reacciones.

• Se menciona que las deshidrogenasas son enzimas clave en el catabolismo, trabajando generalmente con cofactores como NAD+.

Catabolismo: Objetivos y Nutrientes

Propósito del Catabolismo

• La función principal del catabolismo es obtener energía a partir de los nutrientes consumidos; sin alimentación adecuada, se experimenta debilidad por falta de energía.

Tipos de Nutrientes

• Los seres humanos se alimentan principalmente de macromoléculas orgánicas (hidratos de carbono, proteínas y lípidos), aunque también requieren pequeñas cantidades de minerales inorgánicos.

Clasificación Química: Orgánico vs Inorgánico

Biomoléculas

• Las biomoléculas se dividen en orgánicas e inorgánicas; las primeras son complejas y exclusivas de la materia viva (hidratos de carbono, proteínas, lípidos).

• Las biomoléculas inorgánicas tienen estructuras más simples y no son exclusivas de organismos vivos (ejemplo: sales minerales).

Composición Alimentaria y Energía

Composición Nutricional

• Aunque hay una gran variedad de alimentos disponibles, todos están compuestos principalmente por combinaciones de hidratos de carbono, proteínas o grasas.

Funciones Específicas

• Cada tipo de macromolécula tiene funciones específicas; sin embargo, todas pueden ser utilizadas para extraer energía mediante procesos catabólicos.

Funciones Adicionales: Proteínas y Grasas

Diversidad Funcional

• Las proteínas desempeñan múltiples roles en el organismo (estructurales, contracción muscular, respuesta inmunitaria), además pueden ser fuente energética cuando es necesario.

Reservas Energéticas

¿Cómo se metabolizan los hidratos de carbono?

Importancia de los Hidratos de Carbono

• Los hidratos de carbono son esenciales no solo para proporcionar energía, sino también para formar estructuras como el ADN y otros componentes celulares.

• Son la fuente principal de energía rápida, especialmente para órganos vitales como el cerebro y los testículos, que dependen exclusivamente de la glucosa.

Catabolismo de los Hidratos de Carbono

• Se inicia con el catabolismo, donde las macromoléculas se descomponen en monómeros durante la digestión: proteínas a aminoácidos, polisacáridos a monosacáridos y lípidos a glicerol y ácidos grasos.

• Estos monómeros ingresan al torrente sanguíneo y luego a las células, donde cada tipo es tratado según sus características específicas.

Procesamiento Celular

• Las células reconocen diferentes moléculas orgánicas; por ejemplo, un ácido graso es transportado a la mitocondria mediante L-carnitina para su degradación.

• Los aminoácidos también son llevados a la mitocondria para ser procesados mediante rutas específicas como la desaminación oxidativa.

Ruta Metabólica Específica

• La glucosa se identifica fácilmente debido a su estructura química y sabor dulce. Su degradación comienza en el citosol mediante un proceso llamado glucólisis.

• Todas las rutas metabólicas convergen en la formación de acetil-CoA y el ciclo de Krebs, donde se produce CO2 y portadores electrónicos reducidos.

Detalles sobre Glucólisis

• La glucólisis consiste en 10 reacciones químicas que convierten una molécula de glucosa (6 carbonos) en dos moléculas de piruvato (3 carbonos).

• La primera reacción irreversible transforma glucosa en glucosa 6-fosfato gracias a la enzima hexoquinasa; esta reacción es crucial ya que no puede revertirse.

Enzimas Clave en Glucólisis

• Además de hexoquinasa, existe glucoquinasa que cataliza la misma reacción pero dirige el exceso hacia formación de glucógeno tras comidas abundantes.

Proceso de la Glucólisis: Transformaciones y Enzimas Clave

Conversión de Glucosa a Fructosa

• La glucosa 6-fosfato se convierte en fructosa 6-fosfato mediante una enzima isomerasa, sin cambiar el número de átomos de carbono.

• La fructosa 6-fosfato se transforma en fructosa 1,6-bisfosfato gracias a la enzima fosfofructoquinasa, crucial para regular la ruta glucolítica.

Importancia del ATP

• Se utiliza una segunda molécula de ATP para añadir un fosfato al carbono 1 de la fructosa, lo que resalta el uso energético en esta etapa.

• El prefijo "bis" se usa porque los grupos fosfatos están en carbonos distintos (carbono 1 y carbono 6), diferenciándose del término "di".

División de la Ruta Glucolítica

• La fructosa 1,6-bisfosfato es cortada por la enzima aldolasa en dos moléculas de tres carbonos: gliceraldehído 3-fosfato y dihidroxiacetona fosfato.

• La dihidroxiacetona fosfato se convierte rápidamente en gliceraldehído 3-fosfato, ya que esta última es más favorable para la célula.

Producción Energética

• El gliceraldehído 3-fosfato pasa a ser ácido 1,3-bisfosfoglicérico mediante la acción de la enzima gliceraldehído 3-fosfatodeshidrogenasa, generando NADH como transportador electrónico reducido.

• Esta reacción ocurre dos veces debido a las dos moléculas generadas anteriormente (gliceraldehído y dihidroxiacetona).

Generación Final de ATP

• A partir del ácido 1,3-bisfosfoglicérico se produce ATP al transferir un grupo fosfato inorgánico a ADP; esto no implica gasto energético previo.

• El ácido 2-fosfoglicérico se convierte en fosfoenolpiruvato (PEP), donde el grupo fosfató cambia su posición entre carbonos.

Producto Final: Piruvato

• Finalmente, el PEP se transforma en piruvato mediante la acción de piruvato quinasa; este proceso también genera otra molécula de ATP.

• De cada molécula inicial de glucosa obtenemos dos moléculas finales de piruvato tras completar el ciclo glucolítico.

Rendimiento Energético General

Proceso de Glucólisis y Producción Energética

Fases de la Glucólisis

• En la primera fase de la glucólisis, se invierten dos moléculas de ATP, lo que resulta en un balance energético inicial negativo.

• La producción final tras completar la ruta es de cuatro moléculas de ATP y dos moléculas de piruvato, considerando que la reacción ocurre dos veces.

• El beneficio neto final tras restar las inversiones iniciales es de dos moléculas de ATP y dos moléculas de piruvato como productos finales.

Destinos del Piruvato

• El piruvato puede seguir diferentes rutas metabólicas: entrar en una vía oxidativa para continuar su degradación o ser utilizado en procesos reductores como la fermentación.

• Se propone ver la glucólisis no solo como una vía catabólica, sino también como fuente para biosíntesis a partir de sus intermediarios.

Intermediarios y Biosíntesis

• Los intermediarios gluco líticos pueden servir como sustratos para formar lípidos, azúcares o aminoácidos aromáticos.

• La glucosa 6-fosfato puede desviarse hacia la formación de glucógeno, mostrando así el papel multifuncional del metabolismo glucolítico.

Ruta Alternativa: Vía del Fosfato Pentoso

• Existe una ruta alternativa donde la glucosa se oxida para producir otros compuestos en lugar del piruvato; esta es conocida como la ruta del fosfato pentoso.

• Esta ruta produce ribosa 5-fosfato, esencial para la formación de nucleótidos.

Regulación de la Glucólisis

• La regulación está interconectada con otras rutas metabólicas importantes, incluyendo el ciclo de Krebs y el metabolismo del glucógeno.

• Tres enzimas clave controlan los pasos limitantes: hexoquinasa (reacción irreversible), fosfofructoquinasa (reacción reversible), y piruvato quinasa (reacción irreversible).

Control Energético

• La fosfofructoquinasa es el principal punto regulador; su actividad se inhibe por altos niveles de ATP y citrato.

Anaerobiosis en Glucólisis

¿Cómo se relacionan los seres aerobios con los microorganismos?

La conexión entre la evolución y el uso del oxígeno

• Se menciona que las reacciones compartidas por los seres aerobios y microorganismos aerobios son una ruta casi universal en las células vivas, utilizada desde hace más de 3.500 millones de años.

• La evolución trajo consigo la aparición del oxígeno en la atmósfera, lo que permitió a organismos aerobios más evolucionados aprender a utilizar esta molécula inorgánica para degradar compuestos.

• Este proceso no solo es fascinante por su antigüedad, sino que también resalta cómo parte de nuestra maquinaria celular conserva vestigios primitivos, lo cual es cautivador y extraordinario.

• La relación entre estos procesos antiguos y nuestra biología actual subraya la continuidad de la vida a través de miles de millones de años.