Metabolismo de la glucosa: glucolisis.

La glucosa es usada en la célula como combustible y como materia prima. Está en cantidad fija en la sangre. Cuando no hay bastante glucosa en los alimentos, se usan las reservas. En los animales, la reserva de glucosa es el glucógeno, que se acumula en hígado y músculo. En los vegetales, el almidón.

La glucosa es una molécula muy energética. Se pueden obtener 686Kcal/mol. Si la oxidamos de golpe, perderíamos mucha energía como calor. Por eso debe acumularse como NADPH, NADP y ATP. El sistema general es ir formándolo poco a poco. Se van formando moléculas de ATP y oros intermediarios en cada paso. La glucosa es consumida en la mitocondria cuando se lleva a cabo la respiración aerovía.

Glucólisis.

La glucólisis es la primera etapa de la degradación de la glucosa. Es común a las rutas catabólicas aeróbicas y anaeróbicas. Y está constituida por un conjunto de diez reacciones químicas que convierten la glucosa en dos moléculas de ácido pirúvico. Están catalizadas por enzimas solubles en el citoplasma e independientes unos de otros.

Hay dos grandes bloques. Por una parte está la fase preparatoria, que incluye las cinco primeras reacciones químicas y que transforma una molécula de glucosa (Glc) en dos moléculas de gliceraldehido 3 fosfato (GAP). No se obtiene energía y se van a invertir cuatro ATPs.

Tras la fase preparatoria, vendrá la segunda fase, en la que las dos moléculas de GAP se transforman en dos moléculas de piruvato (ácido pirúvico).

Comencemos con la fase preparatoria:

Glucolisis (1)

El enzima hexoquinasa es un enzima alostérico, que es inhibido por la glucosa 6 fosfato. Necesita Mg2+ ó Mn2+.

La fosfofructo quinasa es inhibida por niveles altos de ATP, citrato o ácidos grasos, que son compuestos que la célula acumula cuando hay disponibilidad energética. Se ve estimulado por AMP o ADP. Cuando el enzima se inhibe, aumenta la cantidad de fructosa 6 fosfato, lo que originará que se acumule glucosa 6 fosfato. Y la glucosa 6 fosfato inhibe la primera etapa.

A partir de la aldolasa, todo el proceso debe multiplicarse por dos, ya que se obtiene una molécula de dihidroxiacetona fosfato y gliceraldehido 3 fosfato. La dihidroxiacetona fosfato se transformará posteriormente en gliceraldehido 3 fosfato, por lo que hemos obtenido a nivel global dos moléculas de gliceraldehido 3 fosfato.

La transformación de glucosa en glucosa 6 fosfato tiene un ΔGº = -4, pero en la célula ese valor es de ΔG = -8. Del mismo modo, en la reacción catalizada por la aldolasa ΔGº = +5,7, pero en la célula ese valor es de ΔG ≈ 0.

Entramos ahora en la segunda fase de la glucólisis.

Glucolisis (2)

En la reacción que transforma el gliceraldehido 3 fosfato en ácido 1, 3 difosfoglicérico se forma NADH y se requiere ácido fosfórico. El ácido 1, 3 difosfoglicérico tiene un elevado potencial de transferencia de grupos fosfatos. En su transformación en ácido 3 fosfoglicérico su ΔGº = -4,5.

La piruvato quinasa es un enzima reguladora. Es inhibida por el ATP, el citrato, ácidos grasos y acetil CoA. Y es estimulada principalmente por la fructosa 1, 6 disfosfato y por el fosfoenol pirúvico. Y en menos medida, es estimulada por los intermediarios de las reacciones.

Los nuevos compuestos intermediarios entre la glucosa y el piruvato están fosforilados. Al estar ionizados, bien por el grupo fosfato, bien por el grupo ácido (COO-) no pueden atravesar las membranas, quedan atrapados en el citoplasma, a no ser que usen medios de transporte específicos.

Parece ser que los grupos fosfato son imprescindibles para la identificación de los enzimas.

En las condiciones de la célula, todas las reacciones tienen un ΔG ≈ 0 excepto tres, que son la primera (que transforma glucosa en glucosa 6 fosfato), la tercera (que transforma fructosa 6 fosfato en fructosa 1, 6 difosfato) y la diez (que transforma fosfoenol pirúvico en piruvato). Estas tres son irreversibles. El balance global en cuanto a energía útil es:

ATP/Glucosa = -1 -1 +2 +2 = +2

Además, se producen dos NADH con poder reductor. La reacción suma de todo el proceso sería:

C6H12O6+2NAD++2ADP+Pi → 2C3H8O6(piruvato)+2(NADH+H+)+2ATP+2H2O

La energía que se extrae del proceso no llega al 6% de la que se podría obtener.

En la glucólisis se necesita siempre NAD+. El NADH debe reoxidarse, porque sino la ruta se pararía. La manera en la que el NADH se oxida va unida al destino del piruvato.

Si la célula es anaerobia o facultativa en ausencia de oxígeno, el piruvato se acaba de degradar por fermentación. Si la célula es aerobia o facultativa en presencia de oxígeno, el NADH se oxida en la mitocondria, al igual que el piruvato. Cuando optamos por la vía aeróbica, el piruvato se oxida. Si se opta por la anaeróbica, se reduce.