Glucòlisi és tot el conjunt de processos que executa l'organisme de manera automàtica. Com és sabut, l'home necessita de molta energia per poder complir amb totes les seves activitats diàries, per això ha de mantenir una bona alimentació a base de verdures, proteïnes, fruites i sobretot, comptar amb la incorporació d'una de les fonts energètiques més importants, per exemple, la glucosa. La glucosa ingressa a l'organisme a través dels aliments i en diferents formes químiques que més endavant es convertiran en unes altres, això succeeix a partir de diferents processos metabòlics.
Què és Glucòlisi
Taula de Continguts
La glucòlisi representa la manera en què el cos inicia la ruptura de molècules de glucosa per obtenir una substància que pugui brindar energia a l'organisme. Aquesta és la ruta metabòlica responsable d'oxidar la glucosa, amb la finalitat d'adquirir energia per a la cèl·lula. Representa la forma més immediata de captar aquesta energia, a més, és una de les rutes que generalment s'escull dins el metabolisme de carbohidrats.
Entre les seves funcions, hi ha la de generar molècules d'alta energia NADH i ATP com a causa de l'origen d'energia cel·lular en els processos de fermentació i de respiració aeròbica.
Una altra de les funcions que realitza la glucòlisi, és la creació d'piruvat (molècula bàsica dins el metabolisme cel·lular) la qual passa a el cicle de la respiració cel·lular com a element de la respiració aeròbica. A més, genera intermediaris de 3 i 6 carbonis, mateixos que comunament són emprats en diferents processos cel·lulars.
La glucòlisi es troba composta per 2 etapes, cadascuna es troba integrada per 5 reaccions. L'etapa número 1 comprèn les cinc primeres reaccions, després, la molècula de glucosa original es converteix en dues molècules de 3-fosfogliceraldehído.
A aquesta etapa generalment se l'anomena etapa preparativa, és a dir que és aquí quan la glucosa es divideix en dues molècules de 3 carbonis cada un; incorporant-se a això dos àcids fosfòrics (dues molècules de gliceraldehid 3 fosfat). També és possible que es doni la glucòlisi en plantes, per logeneral aquesta informació tendeix a ser explicada en glucòlisi pdf.
Descobriment de la glucòlisi
El 1860 es van realitzar els primers estudis relacionats a l'enzim de la glucòlisi, mateixos que van ser elaborats per Louis Pasteur, el qual va descobrir que la fermentació ocorre gràcies a la intervenció de diversos microorganismes, anys més tard, el 1897, Eduard Buchner va descobrir un extracte cel·lular que podia causar la fermentació.
El 1905 es va fer una altra contribució a la teoria, doncs Arthur Harden i William Young van determinar que les fraccions cel·lulars de massa molecular són necessàries perquè la fermentació tingui lloc, però, aquestes masses han de ser elevades i termosensibles, és a dir, han de ser enzims.
També van al·legar que es necessita una fracció citoplasmàtica amb una massa molecular i termoresistent que sigui baixa, és a dir, coenzims de tipus ATP, ADP i NAD +. Hi va haver més detalls que es van acabar de confirmar a l'any 1940 amb la intervenció d'Otto Meyerhof i de Luis Leloir que se li va unir pocs anys després. Van tenir algunes dificultats per determinar la via de la fermentació, entre elles, la curta possibilitat de vida i les concentracions baixes d'intermediaris en les reaccions glicolítics que sempre acabaven sent ràpides.
A més, es va demostrar que la enzim de la glucòlisi ocorre en el citosol de les cèl·lules eucariotes i procariotes, però en les cèl·lules vegetals, les reaccions glicolítics es trobaven en el cicle de calvin, el qual es produeix dins dels cloroplasts. Els organismes filogenèticament antics estan inclosos en la conservació d'aquesta via, és per ells que és considerada una de les més antigues vies metabòliques. Finalitzat aquest glucòlisi resum, es pot parlar àmpliament sobre els seus cicles o fases.
Cicle de la glucòlisi
Tal com es va esmentar anteriorment, hi ha una sèrie de fases o cicles en la glucòlisi que són de summa importància, aquestes són la fase de despesa d'energia i la fase de benefici energètic, les quals es poden explicar com un esquema de la glucòlisi o senzillament enumerant cadascuna de les reaccions de la glucòlisi. Aquestes al seu torn, es desglossen en 4 parts o elements fonamentals que van a explicar-se detingudament a continuació.
Fase de despesa d'energia
Es tracta d'una fase que s'encarrega de transformar una molècula de glucosa en dues molècules de gliceraldehid, però, perquè això passi es necessita de 5 passos, aquests són l'hexoquinasa, glucosa-6-P isomerasa, fosfofructoquinasa, aldolasa i triosa fosfat isomerasa, les quals es detallaran a continuació:
- Hexoquinasa: per poder augmentar l'energia de la glucosa, la glucòlisi ha de generar una reacció, aquesta és la fosforilació de la glucosa. Ara, perquè aquesta activació tingui lloc, es necessita d'una reacció catalitzada per l'enzim hexoquinasa, és a dir, una transferència d'un grup de fosfat de l'ATP, mateixa que pot es pot afegir d'un grup fosfat a una sèrie de molècules que són similars a la glucosa, entre elles, la manosa i la fructosa. Una vegada que es dóna aquesta reacció, es pot utilitzar en altres processos, però només quan sigui necessari.
- Glucosa-6-P isomerasa: es tracta d'un pas molt important perquè és aquí on es defineix la geometria molecular que afectarà les fases crítiques existents a la glucòlisi, la primera és la que afegeix a el grup fosfat a el producte de la reacció, la segona és quan es vagin a crear les dues molècules de gliceraldehid, mateixes que, finalment, seran les precursores de l'piruvat. La glucosa 6 fosfat es isomeriza a fructosa 6 fosfat en aquesta reacció i això ho fa a través de l'enzim glucosa 6 fosfat isomerasa.
- Fosfofructoquinasa: en aquest procés de glucòlisi es porta a terme la fosforilació de la fructosa 6 fosfat en el carboni 1, a més, es porta la despesa d'un ATP a través de l'enzim fosfofructoquinasa 1, millor coneguda com PFK1.
A causa de tot l'anterior, el fosfat posseeix una baixa energia d'hidrólisi s i un procés irreversible, obtenint finalment un producte anomenat fructosa 1,6 bisfosfat. La qualitat irreversible és imperativa pel fet que la converteix en un punt de control de la glucòlisi, per això es col·loca en aquesta i no en la primera reacció, perquè hi ha altres substrats a part de la glucosa que aconsegueixen entrar a la glucòlisi.
- Aldolasa: aquest enzim aconsegueix trencar la fructosa 1,6 bisfosfat en dues molècules de 3 carbonis denominat com trioses, aquestes molècules són anomenades dihidroxiacetona fosfat i gliceraldehid 3 fosfat. Aquest trencament es fa gràcies a una condensació aldòlica que, per cert, és reversible.
Aquesta reacció té com a principal característica una energia lliure d'entre 20 i 25 Kj / mol i això no passa en condicions normals, menys encara espontàniament, però quan es tracta de condicions intracel·lulars, l'energia lliure és petita, això es deu al fet que hi ha una concentració baixa de substrats i és precisament això el que fa que la reacció sigui reversible.
- Triosa fosfat isomerasa: en aquest procés de glucòlisi, es té una energia lliure estàndard i positiva, això genera un procés que no és afavorit, però genera una energia lliure negativa, això fa que la direcció afavorida la formació de G3P. A més, cal tenir en compte que l'únic que pot seguir els passos que queden de la glucòlisi és el gliceraldehid 3 fosfat, així que l'altra molècula generada per la reacció dihidroxiacetona fosfat, és convertida en gliceraldehid 3 fosfat.
Hi ha dues avantatges en les fosforilació de la glucosa, la primera es basa en fer que la glucosa es converteixi en un agent metabòlic reactiu, la segona és que s'aconsegueix que la glucosa 6 fosfat no pugui creuar la membrana cel·lular, molt diferent de la glucosa, ja que aquesta té una càrrega negativa brindada pel grup fosfat a la molècula, d'aquesta manera, fa que sigui més complicada de travessar. Tot això evita que el substrat energètic de la cèl·lula es perdi.
A més, la fructosa posseeix centres al·lostèrics que són sensibles a les concentracions d'intermediaris com els àcids grassos i el citrat. En aquesta reacció, s'allibera l'enzim fosfofructocinasa 2, la qual s'encarrega de fosforilar en el carboni 2 i regular-la.
En aquest pas, només es consumeix ATP en el primer i tercer pas, a més, s'ha de recordar en el quart pas, es genera una molècula de gliceraldehid-3-fosfat, però en aquesta reacció, es genera una segona molècula. Amb això s'ha d'entendre que, a partir d'aquí, totes les reaccions següents ocorren dues vegades, això es deu a 2 molècules de gliceraldehid generades d'aquesta mateixa fase.
Fase de benefici energètic
Mentre que a la primera fase es consumeix energia ATP, en aquesta, el gliceraldehid es converteix en una molècula de més energia, així que finalment s'obté un benefici final: 4 molècules d'ATP. Cadascuna de les reaccions de la glucòlisi s'explica en aquest apartat:
- Gliceraldehid-3-fosfat deshidrogenasa: en aquesta reacció, s'oxida el gliceraldehid 3 fosfat utilitzant NAD +, només així es pot afegir un ió fosfat a la molècula, mateixa que es realitza per l'enzim gliceraldehid 3 fosfat deshidrogenasa en 5 passos, d'aquesta manera, augmenta l'energia total de l'compost.
- Fosfoglicerato quinasa: en aquesta reacció, l'enzim fosfoglicerat quinasa aconsegueix transferir el grup fosfat de 1,3 bisfosfoglicerato a una molècula d'ADP, això genera la primera molècula ATP de la via de beneficis energètics. A causa que la glucosa és transformada en dues molècules de gliceraldehid, en aquesta fase es recuperen 2 ATP.
- Fosfoglicerato mutasa: el que succeeix en aquesta reacció és el canvi de la posició de l'fosfat C3 a l'C2, ambdues són energies molt similars i reversibles amb variacions en l'energia lliure que és propera a zero. Aquí es converteix el 3 fosfoglicerat que s'obté de la reacció anterior a 2 fosfoglicerat, però, l'enzim que catalitza aquesta reacció és la fosfoglicerat mutasa.
- Enolasa: aquest enzim li brinda formació de doble enllaç en el 2 fosfoglicerat, això fa que s'elimini una molècula d'aigua que havia estat formada per l'hidrogen de l'C2 i l'OH de l'C3, resultant així el fosfoenolpiruvat.
- Piruvat quinasa: aquí es porta a terme la desfosforilació de l'fosfoenolpiruvat, és llavors quan s'obté l'enzim piruvat i ATP, una reacció irreversible i que es dóna a partir de la piruvat quinasa (enzim que, per cert, és depenent de l'potassi i de l' magnesi.
Productes de la glucòlisi
A causa de que la direcció metabòlica dels intermediaris en les reaccions depèn de les necessitats cel·lulars, cada intermediari pot ser considerat com productes de les reaccions, llavors, cada producte quedaria (en ordre d'acord a les reaccions anteriorment explicades) de la següent manera:
- Glucosa 6 fosfat
- Fructosa 6 fosfat
- Fructosa 1,6 bifosfat
- dihidroxiacetona fosfat
- Gliceraldehid 3 fosfat
- 1,3 bifosfoglicerato
- 3 fosfoglicerat
- 2 fosfoglicerat
- fosfoenolpiruvat
- Piruvat.
gluconeogènesi
Es tracta d'un camí anabòlic en el qual es dóna la síntesi de glicogen mitjançant un precursor simple, aquest és la glucosa 6 fosfat. La Glucogénesis es dóna en el fetge i en el múscul, però en aquest últim es produeix en una mesura menor. S'activa a través de la insulina com a resposta dels nivells de glucosa alts, els quals poden produir-se després d'ingerir aliments que continguin carbohidrats.
La gluconeogènesi es crea mitjançant la incorporació repetida de les unitats de glucosa, les quals arriben en forma d'UDP-glucosa a un partidor de glucogen que existia prèviament i que es basa en la proteïnes glucogenina, la qual està formada per dues cadenes que es autoglicosilan i que, a més, poden unir les seves cadenes a un octàmer de glucosa.
