9.5: Respiración aeróbica, Parte 1 - Glucólisis

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Has leído que casi toda la energía que usan los seres vivos les llega en los lazos del azúcar, la glucosa. La glucólisis es el primer paso en la descomposición de la glucosa para extraer energía para el metabolismo celular. Muchos organismos vivos llevan a cabo la glucólisis como parte de su metabolismo. La glucólisis tiene lugar en el citoplasma de la mayoría de las células procariotas y todas las eucariotas.

La glucólisis comienza con una molécula de glucosa (C ₆ H ₁₂ O ₆). Se utilizan diversas enzimas para descomponer la glucosa en dos moléculas de piruvato (C ₃ H ₄ O ₃, básicamente una molécula de glucosa rota por la mitad) (Figura\(\PageIndex{1}\)). Este proceso libera una pequeña cantidad de energía.

Un gráfico muestra glucosa en la parte superior con una flecha apuntando hacia abajo al difosfato de fructosa, que luego se divide en dos moléculas de gliceraldehído 3-fosfato. Cada uno de estos forma una molécula de NADH y dos ATP en el proceso de convertirse cada una en una molécula de piruvato. — **Figura\(\PageIndex{1}\):** Una visión general de la glucólisis. En la glucólisis, una molécula de glucosa se convierte en dos moléculas de piruvato.

La glucólisis consta de dos fases distintas: requiere energía y producción de energía.

Pasos que requieren energía

La primera parte de la vía de la glucólisis requiere un aporte de energía para comenzar. El primer paso en la glucólisis es catalizado por la hexoquinasa, una enzima con amplia especificidad que cataliza la fosforilación de azúcares de seis carbonos. La hexoquinasa fosforila (agrega un fosfato a) la glucosa usando ATP como fuente del fosfato (Figura\(\PageIndex{2}\)). Esto produce glucosa-6-fosfato, una forma de glucosa más químicamente reactiva. Esta molécula de glucosa fosforilada ya no puede salir de la célula debido a que el fosfato cargado negativamente no le permitirá cruzar el interior hidrófobo de la membrana plasmática.

Se producen varias reacciones enzimáticas adicionales (Figura\(\PageIndex{2}\)), una de las cuales requiere una molécula de ATP adicional. Al final de los pasos que requieren energía, la glucosa original se ha dividido en dos moléculas de tres carbonos, y dos ATP se han utilizado como fuentes de energía para este proceso.

muestra estructuras químicas de moléculas en la primera mitad de la glucólisis. — **Figura\(\PageIndex{2}\): La** primera mitad de la glucólisis utiliza dos moléculas de ATP en la fosforilación de la glucosa, que luego se divide en dos moléculas de tres carbonos.

Pasos de producción de energía

Hasta el momento, la glucólisis le ha costado a la célula dos moléculas de ATP y ha producido dos moléculas pequeñas de azúcar de tres carbonos. Ambas moléculas procederán a través de la segunda mitad de la vía, y se extraerá suficiente energía para devolver las dos moléculas de ATP utilizadas como inversión inicial y producir un beneficio para la célula de dos moléculas de ATP adicionales y dos moléculas de NADH de mayor energía ( Figura\(\PageIndex{3}\)).

Durante las etapas de producción de energía, enzimas adicionales continúan catalizando la descomposición de la glucosa (Figura\(\PageIndex{3}\)). El resultado final de estas reacciones son dos moléculas de piruvato de 3 carbonos.

más reacciones químicas en la glucólisis — **Figura\(\PageIndex{3}\): La** segunda mitad de la glucólisis implica fosforilación sin inversión de ATP (etapa 6) y produce dos moléculas de NADH y cuatro moléculas de ATP por glucosa.

Un paso importante limitante de la velocidad ocurre en el paso 6 en la glucólisis. Si miras la Figura\(\PageIndex{3}\), notará que durante el paso 6, NAD ⁺ se convierte en NADH. El NADH contiene más energía que el NAD ⁺, y por lo tanto es un producto deseado de esta reacción. Sin embargo, la continuación de la reacción depende de la disponibilidad de NAD ⁺. Por lo tanto, el NADH debe convertirse continuamente de nuevo en NAD ⁺ para mantener este paso adelante. Si el NAD ⁺ no está disponible, la segunda mitad de la glucólisis se ralentiza o se detiene.

Si hay oxígeno disponible en el sistema, el NADH se convertirá fácilmente de nuevo en NAD ⁺ por los procesos posteriores en la respiración celular aeróbica. Sin embargo, si no hay oxígeno disponible, el NADH no se vuelve a convertir en NAD ⁺. Sin NAD ⁺, la reacción en la etapa 6 no puede continuar y la glucólisis se ralentiza o se detiene. En un ambiente sin oxígeno, una vía alternativa (fermentación) puede proporcionar la oxidación de NADH a NAD ⁺.

Resultados de la glucólisis

La glucólisis comienza con glucosa y termina con dos moléculas de piruvato, un total de cuatro moléculas de ATP y dos moléculas de NADH. Se utilizaron dos moléculas de ATP en la primera mitad de la ruta para preparar el anillo de seis carbonos para la escisión, por lo que la célula tiene una ganancia neta de dos moléculas de ATP y 2 moléculas de NADH para su uso. Si la célula no puede catabolizar (descomponer) las moléculas de piruvato más, cosechará solo dos moléculas de ATP de una molécula de glucosa. Los glóbulos rojos de mamíferos maduros no son capaces de respirar aeróbica, el proceso en el que los organismos convierten la energía en presencia de oxígeno, y la glucólisis es su única fuente de ATP. Si se interrumpe la glucólisis, estas células pierden su capacidad de mantener sus bombas de sodio-potasio, y eventualmente, mueren.

Resumen de la Sección

La glucólisis es la primera vía utilizada en la descomposición de la glucosa para extraer energía. Probablemente fue una de las primeras vías metabólicas en evolucionar y es utilizada por casi todos los organismos en la tierra. La glucólisis consta de dos partes: La primera parte prepara el anillo de seis carbonos de glucosa para su escisión en dos azúcares de tres carbonos. El ATP se invierte en el proceso durante esta mitad para energizar la separación. La segunda mitad de la glucólisis extrae ATP y electrones de alta energía de los átomos de hidrógeno y los une a NAD ⁺. Dos moléculas de ATP se invierten en la primera mitad y cuatro moléculas de ATP se forman por fosforilación del sustrato durante la segunda mitad. Esto produce una ganancia neta de dos moléculas de ATP y dos NADH para la célula.

¿Qué se produjo (por molécula de glucosa)?

2 piruvato (3 moléculas de carbono), 2 NADH, ganancia neta de 2 ATP

Consulta\(\PageIndex{1}\)

Referencias

A menos que se indique lo contrario, las imágenes de esta página están bajo licencia CC-BY 4.0 de OpenStax.

OpenStax, Conceptos de Biología. OpenStax CNX. mayo 18, 2016 http://cnx.org/contents/b3c1e1d2-839...9a8aafbdd@9.10

OpenStax, Biología. OpenStax CNX. septiembre 16, 2017 https://cnx.org/contents/GFy_h8cu@10...X@6/Glycolysis