Catabolismo de glúcidos: glucólisis

» Serie dedicada al catabolismo de los glúcidos. En este artículo aprenderás el primer paso donde la glucosa se convierte en piruvato. ¿Qué procesos están implicados? ¿Qué enzimas actúan?

Azúcar

A continuación, nos disponemos a introducirnos en uno de los ámbitos de la biología más apasionantes y arduos. Configurado por un total de cuatro artículos, durante las siguientes semanas os explicaremos cómo funcionan las rutas metabólicas, especialmente, el catabolismo de los glúcidos. Pero antes, debemos empezar por el principio. Por tanto, ¿qué es el metabolismo?

Metabolismo: conjunto de reacciones catabólicas y anabólicas

Conocemos como metabolismo al conjunto de reacciones químicas que se desencadenan en el interior celular. La peculiaridad de dichas reacciones es que se dan de forma encadenada, es decir, que los productos de una reacción serán los sustratos de la siguiente. De esta forma, podremos establecer diferentes vías o rutas metabólicas.

Dentro de este conjunto de rutas, podremos encontrar principalmente de dos tipos:

  • Rutas catabólicas: hablamos de rutas catabólicas como el conjunto de rutas metabólicas que degradan biomoléculas orgánicas en otras más sencillas y liberan energía durante ese proceso.
  • Rutas anabólicas: hablamos de rutas anabólicas como el conjunto de rutas metabólicas que generan biomoléculas orgánicas más complejas a partir de otras más sencillas y consumen energía durante ese proceso.

Dentro de estas rutas, durante las siguientes semanas nos centraremos especialmente en las referentes al catabolismo de glúcidos y dónde serán destinados sus productos ya sean en los procesos de respiración aerobia o anaerobia.

Glucólisis: de glucosa a ácido pirúvico

Para empezar este largo viaje de los procesos catabólicos de los glúcidos, lo primero que debemos hacer es elegir cuál va a ser la molécula de origen a partir de la cual queremos iniciar dicho viaje. En nuestro caso, elegiremos la glucosa puesto que es la molécula hegemónica para la explicación de las reacciones referentes a los glúcidos.

La glucosa, es un monosacárido cuya composición química responde a la fórmula C6H12O6. Este monosacárido, que hemos obtenido mediante diferentes procesos de digestión, lo encontraremos en el citoplasma de la célula. Es importante indicar esto, pues la glucólisis será una ruta metabólica que se dará enteramente en el citoplasma de la célula –a diferencia de otros procesos como el Ciclo de Krebs que estudiaremos en otro artículo–.

En lo referente en la glucólisis, es una ruta catabólica que cuenta con un total de diez reacciones catalizadas enzimáticamente y que tiene como sustrato la glucosa y como resultado el piruvato o ácido pirúvico. A continuación, pasamos a explicar detalladamente el proceso. Dividiremos dicho proceso en dos fases:

FASE 1

Durante esta fase observaremos un total de cinco reacciones catabólicas catalizadas por diferentes enzimas. La primera de ellas será la llevada a cabo por una hexoquinasa que utilizará un ATP para fosforilar la glucosa y convertirla en glucosa-6-fosfato. Esta glucosa-6-fosfato, mediante la enzima fosfoglucosa isomerasa, se convertirá en fructosa-6-fosfato en la segunda reacción. En el siguiente proceso, una nueva quinasa, la fosfofructoquinasa, fosforilará el primer carbono de la fructosa-6-fosfato, obteniendo la fructosa-1,6-bisfosfato. Esto es curioso, porque en la siguiente reacción observaremos cómo esta molécula se fragmenta en otras dos, las cuales, tendrán en sus extremos los grupos fosfato y estarán compuestas por tres carbonos.

En la penúltima reacción de esta fase, es decir, la cuarta, obtendremos dos moléculas por la fragmentación de la fructosa-1,6-bisfosfato mediante una enzima aldolasa. El resultado será una molécula gliceraldehido-3-fosfato y una molécula dihidroxiacetona fosfato. Sin embargo, quedará por realizar una última reacción, mediada por la enzima triosa fosfato isomerasa que convertirá esta dihidroxiacetona fosfato en otro gliceraldehido-3-fosfato.

Por tanto, como resumen de esta etapa podemos establecer que:

  • Partíamos de una molécula de glucosa y ahora tenemos dos moléculas de glicerladehido-3-fosfato.
  • Hemos consumido durante el proceso dos moléculas de ATP.
Glucólisis

FASE 2

En esta segunda fase partimos de dos moléculas de gliceraldehido-3-fosfato, por tanto, pese a que explicaremos las reacciones de forma singular, cabe tener en cuenta que deberemos multiplicar siempre los factores implicados por dos.

El gliceraldehido-3-fosfato será convertido mediante la gliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa en 1,3-bisfosfoglicerato y durante este proceso producirá una molécula de NADH. Este 1,3-bisfosfoglicerato, mediante la acción de la fosfoglicerato quinasa, perderá uno de sus grupos fosfatos que será traspasado una molécula de ADP, convirtiéndose en ATP. El producto de dicho proceso será el 3-fosfoglicerato, el cual sufrirá una nueva conversión mediante la fosfoglicerato metasa que lo convertirá en 2-fosfoflicerato. El 2-fosfoglicerato mediante la acción de la enolasa se convertirá en fosfoenolpiruvato con la expulsión de una molécula de agua. Por último, la piruvato quinasa extraerá ese último grupo fosfato y se lo otorgará a una molécula de ADP, convirtiéndola en ATP, y dejando como producto piruvato o ácido pirúvico.

Por tanto, como resumen de esta etapa podemos establecer que:

  • Partíamos de dos moléculas de gliceraldehido-3-fofato y hemos obtenido dos moléculas de piruvato.
  • Durante esta fase se ha generado una molécula de NADH por cada gliceraldehido-3-fosfato, es decir, un total de dos.
  • Durante esta fase, además, se han generado dos moléculas de ATP por cada gliceraldehido-3-fosfato, es decir, un total de cuatro.

Por tanto, si hiciéramos un cómputo total de los sustratos y productos de la glicólisis observaríamos que partíamos de una molécula de glucosa y hemos obtenido dos moléculas de piruvato, dos moléculas de NADH y dos moléculas de ATP –recordad que en la primera fase gastamos dos previamente–. Además, cabe tener en cuenta que se han expulsado dos H+ en la formación del NADH y dos moléculas de agua con la acción de la enolasa.

Piruvato, ¿dónde voy ahora?

Con la formación del piruvato nos surgen dos posibles alternativas. La primera de ellas sería dirigirnos a la vía metabólica de carácter aerobio que continuaría dentro de la mitocondria. Mientras que la segunda, de carácter anaeróbico, nos llevaría a conocer diferentes tipos de fermentaciones. Así que os espero en el siguiente artículo, para seguir descifrando juntos cómo se comporta el piruvato en cada una de estas rutas.

Bibliografía:

  • García, M.; García, M.A. & Furió, J. (2010). Biologia. 2n de Batxillerat. Paterna: Editorial Ecir.
  • Peretó, J.; Sendra, R.; Pamblanco, M. & Bañó, C. (2005). Fonaments de bioquímica. 5ª Edició. València: Universitat de València.