Visión general

Las células producen energía descomponiendo las macromoléculas. La respiración celular es el proceso bioquímico que convierte la "energía alimentaria" (de los enlaces químicos de las macromoléculas) en energía química en forma de trifosfato de adenosina (ATP). El primer paso de este proceso estrictamente regulado e intrincado es la glucólisis. La palabra glucólisis proviene del latín glyco (azúcar) y la lelisis (descomposición). La glucólisis sirve a dos funciones intracelulares principales: generar ATP y metabolitos intermedios para alimentarse en otras vías. La vía glucolítica convierte una hexosa (seis carbonos como la glucosa), en dos moléculas de triosa (hidratos de carbono) como el piruvato, y una red de dos moléculas de ATP (cuatro producidas, dos consumidas) y dos moléculas de dinucleótido de nicotinamida adenina (NADH).

Elucidación de la glucólisis

¿Sabías que la glucólisis fue la primera vía bioquímica descubierta? A mediados de la década de 1800, Louis Pasteur determinó que los microorganismos causan la descomposición de la glucosa en ausencia de oxígeno (fermentación). En 1897, Eduard Buchner descubrió que las reacciones de fermentación todavía se pueden llevar a cabo en extractos de levadura sin células, logrando rompiendo la célula y recogiendo el citoplasma que contiene las moléculas solubles y orgánulos. Poco después, en 1905, Arthur Harden y William Young descubrieron que la tasa de fermentación disminuye sin la adición de fosfato inorgánico (P_i)y que la fermentación requiere la presencia de un componente sensible al calor (más tarde identificado para contener una serie de enzimas) y una fracción de bajo peso molecular, termoestable (iones inorgánicos, ATP, ADP y coenzimas como NAD). En 1940, con el esfuerzo de muchos individuos, la vía completa de la glucólisis fue establecida por Gustav Embden, Otto Meyerhof, Jakub Karol Parnas, et al. De hecho, la glucólisis ahora se conoce como la vía EMP.

El destino de la glucosa

La glucosa puede entrar en las células de dos maneras: Se facilita la difusión a través de un grupo de proteínas integrales llamadas proteínas GLUT (transportador de glucosa) que transportan la glucosa al citosol. Los miembros de la familia de proteínas GLUT están presentes en tejidos específicos en todo el cuerpo humano. Alternativamente, el transporte activo secundario mueve la glucosa contra su gradiente de concentración a través de una proteína siportadora transmembrana. El simorero utiliza la energía electroquímica de bombear un ion. Algunos ejemplos son los transportadores vinculados a la sodio-glucosa en el intestino delgado, el corazón, el cerebro y los riñones.

En condiciones aeróbicas (O₂ ricas) y anaeróbicas (O₂ deficientes), la glucólisis puede comenzar una vez que la glucosa entra en el citosol de una célula. Hay dos fases principales de la glucólisis. La primera fase requiere energía y se considera un paso preparatorio, atrapando glucosa en la célula y reestructurando la columna vertebral de seis carbonos para que pueda ser cortada eficientemente. La segunda fase es la fase de pago, liberando energía y generando piruvato.

Destino del Piruvato

Dependiendo del nivel de oxígeno y la presencia de las mitocondrias, el piruvato puede tener uno de los dos destinos posibles. En condiciones aeróbicas, con las mitocondrias presentes, el piruvato entra en las mitocondrias, sometiendo al Ciclo de Ácido Cítrico y a la cadena de transporte de electrones (ETC) y se oxida convirtiéndose en CO_2,H₂O, y aún más ATP. Por el contrario, en condiciones anaeróbicas (es decir, músculos de trabajo) o falta de mitocondrias (es decir, prokaryotes), el piruvato se somete a fermentación de lactato (es decir, se reduce a lactato en condiciones anaeróbicas). Curiosamente, levadura y algunas bacterias en condiciones anaeróbicas pueden convertir piruvato en etanol a través de un proceso conocido como fermentación de alcohol.

Regulación de la glucólisis

El control y la regulación estrictos de las vías metabólicas mediadas por enzimas, como la glucólisis, es fundamental para el buen funcionamiento de un organismo. El control se ejerce por limitación del sustrato o regulación ligada a enzimas. La limitación del sustrato ocurre cuando la concentración de sustrato y productos en la célula están cerca del equilibrio. En consecuencia, la disponibilidad del sustrato determina la velocidad de la reacción. En la regulación ligada a enzimas, la concentración de sustrato y productos están lejos del equilibrio. La actividad de la enzima determina la velocidad de reacción, que controla el flujo de la vía general. En la glucólisis, las tres enzimas reguladoras son la hexoquinasa, la fosphofructoquinasa y la piruvato quinasa.