Glucólisis: qué es, funciones y fases

La glucólisis es una ruta metabólica que ocurre en las células de todos los seres vivos y que consiste en la degradación de la glucosa, un tipo de carbohidrato, para obtener energía química y otras moléculas útiles para el organismo. Se trata de una de las rutas metabólicas más estudiadas y mejor conocidas por su papel central en el metabolismo catabólico.

Se considera la primera etapa de la respiración celular y permite obtener dos moléculas de ATP (adenosín trifosfato), que son la principal fuente de energía para las reacciones químicas celulares, y dos moléculas de NADH (nicotinamida adenina dinucleótido), que son transportadores de electrones que se utilizan en otras etapas de la respiración celular.

Como resultado de la glucólisis se obtienen dos moléculas de piruvato, que pueden seguir diferentes rutas metabólicas dependiendo de la disponibilidad de oxígeno y del tipo de célula. Estas rutas son el ciclo de Krebs cuando hay disponibilidad de oxígeno, y la fermentación cuando no se dispone de este gas.

Este conjunto de reacciones químicas sobre el que hablaremos en este artículo de BIOenciclopedia, tiene lugar en el citoplasma celular y no requiere oxígeno para su funcionamiento.

• Es la principal vía de obtención de energía para las células que carecen de mitocondrias, como los eritrocitos y algunas bacterias. Descubre en este artículo la Mitocondria: qué es, función y estructura.
• Es la primera etapa de la respiración celular aeróbica, que permite la oxidación completa o parcial del piruvato y la generación de más ATP y otros compuestos.
• También supone el punto de partida para las rutas de fermentación, que aunque son menos eficientes que la respiración celular, también generan energía química en forma de ATP.
• Es una fuente de precursores para la síntesis de otras biomoléculas, como los aminoácidos, los ácidos grasos y el colesterol.
• Es un mecanismo de regulación del nivel de glucosa en sangre, ya que se activa cuando hay un exceso de glucosa y se inhibe cuando hay escasez o cuando hay otras fuentes de energía disponibles.

Este proceso metabólico consta de diez reacciones catalizadas por enzimas que se pueden dividir en dos fases: la fase de inversión de energía, o de gasto energético, y la fase de obtención de energía.

La fase de inversión de energía comprende las primeras cinco reacciones de la glucólisis, en las que se invierten dos moléculas de ATP para convertir la glucosa en dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato (G3P). Veamos sus cinco reacciones:

• La glucosa es fosforilada por la hexoquinasa, formando glucosa-6-fosfato (G6P).
• La G6P es isomerizada por la fosfoglucosa isomerasa, formando fructosa-6-fosfato (F6P).
• La F6P es fosforilada por la fosfofructoquinasa-1 (PFK-1), formando fructosa-1,6-bisfosfato (F1,6BP). Esta es una reacción irreversible y reguladora de la glucólisis.
• La F1,6BP es escindida por la aldolasa, formando dos triosas fosfato: dihidroxiacetona fosfato (DHAP) y G3P.
• La DHAP es isomerizada por la triosa fosfato isomerasa, formando otra molécula de G3P.

A continuación, tiene lugar la fase de obtención de energía, que comprende las últimas cinco reacciones de la glucólisis, en las que se producen cuatro moléculas de ATP y dos moléculas de NADH por cada molécula de glucosa. Estas reacciones son:

• El G3P es oxidado y fosforilado por la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa (GAPDH), formando 1,3-bisfosfoglicerato (1,3BPG) y reduciendo una molécula de NAD+ a NADH.
• El 1,3BPG es desfosforilado por la fosfoglicerato quinasa (PGK), formando 3-fosfoglicerato (3PG) y generando una molécula de ATP por sustitución a nivel de sustrato.
• El 3PG es isomerizado por la fosfoglicerato mutasa (PGM), formando 2-fosfoglicerato (2PG).
• El 2PG es deshidratado por la enolasa, formando fosfoenolpiruvato (PEP).
• El PEP es desfosforilado por la piruvato quinasa (PK), formando piruvato y generando otra molécula de ATP por sustitución a nivel de sustrato.

Cada una de estas reacciones se repite dos veces por cada molécula de glucosa, dando como resultado un balance neto de dos moléculas de ATP y dos moléculas de NADH por cada molécula de glucosa que entra en la glucólisis.

Además, en este vídeo podrás conocer el ejemplo de la glucólisis en el catabolismo de la glucosa.

La importancia biológica de la glucólisis radica en que es el primer paso en la producción de energía en la mayoría de las células. El ATP generado por la glucólisis se utiliza para llevar a cabo una amplia variedad de procesos celulares, como la síntesis de nuevas moléculas, la división celular, la contracción muscular y el transporte activo de moléculas a través de la membrana celular. Además, la glucólisis también proporciona precursores metabólicos para la síntesis de otros compuestos importantes, como ácidos grasos y aminoácidos.

En algunos organismos, como las bacterias y las levaduras, la glucólisis es la principal fuente de energía. En otros organismos, como los mamíferos, la glucólisis es una parte importante de la producción de energía, pero también se complementa con otros procesos metabólicos, como la respiración celular, la fermentación y la beta-oxidación de ácidos grasos.

Además, se ha podido comprobar en numerosas ocasiones que la glucólisis es una vía metabólica muy antigua y conservada, lo que significa que se originó hace miles de millones de años y que se ha mantenido con pocos cambios en la mayoría de los organismos vivos. Esto indica la importancia biológica de la glucólisis, ya que representa una forma eficiente y versátil de obtener energía a partir de una fuente abundante y accesible. La glucólisis también tiene otras funciones biológicas, como proveer los precursores para la síntesis de otros compuestos orgánicos (como aminoácidos, ácidos grasos o nucleótidos) o regular el equilibrio del pH celular al producir ácido láctico o etanol en condiciones anaeróbicas (sin oxígeno).

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