18.3A: Glicólisis

Objetivos de aprendizaje

1. Describir brevemente la función de la glucólisis durante la respiración aeróbica e indicar los reactivos y productos.
2. Afirme si la glucólisis requiere o no oxígeno.
3. Compara dónde ocurre la glucólisis en células procariotas y en células eucariotas.
4. Indicar si los pasos 1 y 3 de la glucólisis son exergónicos o endergónicos e indican por qué.
5. Indicar por qué una molécula de glucosa es capaz de producir dos moléculas de piruvato durante la glucólisis.
6. Definir fosforilación a nivel de sustrato.
7. Indicar el número total y el número neto de ATP producido por la fosforilación a nivel de sustrato durante la glucólisis.
8. Durante la respiración aeróbica, indicar qué sucede con los 2 NADH producidos durante la glucólisis.
9. Durante la respiración aeróbica, indicar qué sucede con las dos moléculas de piruvato producidas durante la glucólisis.

La glucólisis es una descomposición parcial de una molécula de glucosa de seis carbonos en dos moléculas de tres carbonos de piruvato, 2NADH +2H ⁺ y 2 ATP neto como resultado de la fosforilación a nivel de sustrato, como se muestra en (Figuras 1 y 2).

Figura\(\PageIndex{1}\) y 2: Resumen de la glicólisis

Pasos de la glucólisis

1. Se agrega un fosfato de la hidrólisis de una molécula de ATP a la glucosa, un azúcar de 6 carbonos, para formar glucosa 6-fosfato.
2. La molécula de 6-fosfato de glucosa se reordena en un isómero llamado fructosa 6-fosfato.
3. Un segundo fosfato proporcionado por la hidrólisis de una segunda molécula de ATP se agrega a la fructosa 6-fosfato para formar fructosa 1,
4. El 6-bifosfato de fructosa de 6 carbonos se divide en dos moléculas de gliceraldehído 3-fosfato, una molécula de 3 carbonos.
5. La oxidación y fosforilación de cada 3-fosfato de gliceraldehído produce 1,3-bifosfoglicerato con un enlace fosfato de alta energía (línea roja ondulada) y NADH.
6. A través de la fosforilación a nivel de sustrato, el fosfato de alta energía se elimina de cada 1,3-bifosfoglicerato y se transfiere a ADP formando ATP y 3-fosfoglicerato.
7. Cada 3-fosfoglicerato se oxida para formar una molécula de fosfoenolpiruvato con un enlace fosfato de alta energía.
8. A través de la fosforilación a nivel de sustrato, el fosfato de alta energía se elimina de cada fosfoenolpiruvato y se transfiere a ADP formando ATP y piruvato.

En resumen, una molécula de glucosa produce dos ATP netos (se utilizaron dos ATP al inicio; cuatro ATP se produjeron mediante fosforilación a nivel de sustrato), dos moléculas de NADH + 2H ⁺ y dos moléculas de piruvato.

La glucólisis ocurre en el citoplasma de la célula. La reacción general es:

\[glucose (6C) + 2 NAD+ 2 ADP + 2 inorganic phosphates (P_i)\]

\[ \rightarrow 2 pyruvate (3C) + 2 NADH + 2 H^+ + 2 ATP\]

La glucólisis también produce una serie de metabolitos precursores clave, como se muestra en la Figura\(\PageIndex{3}\). La glucólisis no requiere oxígeno y puede ocurrir en condiciones aeróbicas y anaeróbicas. Sin embargo, durante la respiración aeróbica, las dos moléculas de NADH reducidas transfieren protones y electrones a la cadena de transporte de electrones para generar ATPs adicionales mediante fosforilación oxidativa.

Figura\(\PageIndex{3}\): Integración del Metabolismo - Metabolitos Precursores.Los carbohidratos, proteínas y lípidos pueden ser utilizados como fuentes de energía; los metabolitos involucrados en la producción de energía pueden ser utilizados para sintetizar carbohidratos, proteínas, lípidos, ácidos nucleicos y estructuras celulares.

La vía de la glucólisis implica 9 etapas distintas, cada una catalizada por una enzima única. No eres responsable de conocer las estructuras químicas o enzimas involucradas en los pasos a continuación. Se incluyen para ayudar a ilustrar cómo las moléculas en la ruta son manipuladas por las enzimas con el fin de lograr los productos requeridos.

Paso 1

Para iniciar la glucólisis en células eucariotas (Figura\(\PageIndex{4}\)), se hidroliza una molécula de ATP para transferir un grupo fosfato al carbono número 6 de glucosa para producir glucosa 6-fosfato. En procariotas, la conversión de fosfoenolpiruvato (PEP) en piruvato proporciona la energía para transportar glucosa a través de la membrana citoplásmica y, en el proceso, agrega un grupo fosfato a la glucosa productora de glucosa 6-fosfato.

Figura\(\PageIndex{4}\): Glicólisis, Paso 1. Para iniciar la glucólisis en células eucariotas, que se muestra en esta figura, se hidroliza una molécula de ATP para transferir un grupo fosfato al carbono número 6 de glucosa para producir glucosa 6-fosfato. En procariotas, la conversión de fosfoenolpiruvato (PEP) en piruvato proporciona la energía para transportar glucosa a través de la membrana citoplásmica y, en el proceso, agrega un grupo fosfato a la glucosa productora de glucosa 6-fosfato.

Paso 2

El 6-fosfato de glucosa se reordena a una forma isomérica llamada fructosa 6-fosfato (Figura\(\PageIndex{5}\)).

Figura\(\PageIndex{5}\): Glicólisis, Paso 2. El 6-fosfato de glucosa se reordena a una forma isomérica llamada fructosa 6-fosfato.

Paso 3

Se hidroliza una segunda molécula de ATP para transferir un grupo fosfato al carbono número 1 de fructosa 6-fosfato para producir fructosa 1,6-bifosfato (Figura\(\PageIndex{6}\)).

Figura\(\PageIndex{6}\): Glicólisis, Paso 3. Una segunda molécula de ATP se hidroliza para transferir un grupo fosfato al carbono número 1 de fructosa 6-fosfato para producir fructosa 1,6-bifosfato.

Paso 4

El bifosfato de fructosa 1,6 de 6 carbonos se divide para formar dos moléculas de 3 carbonos: gliceraldehído 3-fosfato y dihidroxiacetona fosfato. El fosfato de dihidroxiacetona se convierte luego en una segunda molécula de gliceraldehído 3-fosfato (Figura\(\PageIndex{7}\)). Dos moléculas de gliceraldehído 3-fosfato ahora pasarán por cada uno de los pasos restantes en la glucólisis produciendo dos moléculas de cada producto.

Figura\(\PageIndex{7}\): Glicólisis, Paso 4. El bifosfato de fructosa 1,6 de 6 carbonos se divide para formar dos moléculas de 3 carbonos: gliceraldehído 3-fosfato y dihidroxiacetona fosfato. El fosfato de dihidroxiacetona se convierte luego en una segunda molécula de gliceraldehído 3-fosfato. Dos moléculas de gliceraldehído 3-fosfato ahora pasarán por cada uno de los pasos restantes en la glucólisis produciendo dos moléculas de cada producto.

Paso 5

Como cada una de las dos moléculas de gliceraldehído 3-fosfato se oxidan, la energía liberada se utiliza para agregar un grupo fosfato inorgánico para formar dos moléculas de 1,3-bifosfoglicerato, cada una conteniendo un enlace fosfato de alta energía. Durante estas oxidaciones, dos moléculas de NAD ⁺ se reducen para formar 2NADH + 2H ⁺ (Figura\(\PageIndex{8}\)). Durante la respiración aeróbica, el 2NADH ^{+ 2H +} transporta protones y electrones a la cadena de transporte de electrones para generar ATP adicional por fosforilación oxidativa.

Figura\(\PageIndex{8}\): Glicólisis, Paso 5. Como cada una de las dos moléculas de gliceraldehído 3-fosfato se oxidan, la energía liberada se utiliza para agregar un grupo fosfato inorgánico para formar dos moléculas de 1,3-bifosfoglicerato, cada una conteniendo un enlace fosfato de alta energía. Durante estas oxidaciones, dos moléculas de NAD ⁺ se reducen para formar dos NADH + 2H ⁺.

Paso 6

A medida que cada una de las dos moléculas de 1,3-bifosfoglicerato se convierten en 3-fosfoglicerato, el grupo fosfato de alta energía se agrega al ADP produciendo 2 ATP por fosforilación a nivel de sustrato, como se muestra en la Figura\(\PageIndex{9}\).

Figura\(\PageIndex{9}\): Glicólisis, Paso 6. A medida que cada una de las dos moléculas de 1,3-bifosfoglicerato se convierte en 3-fosfoglicerato, el grupo fosfato de alta energía se agrega al ADP produciendo 2 ATP por fosforilación a nivel de sustrato.

Paso 7

Las dos moléculas de 3-fosfoglicerato se reordenan para formar dos moléculas de 2-fosfoglicerato (Figura\(\PageIndex{10}\)).

Figura\(\PageIndex{10}\): Glicólisis, Paso 7. Las dos moléculas de 3-fosfoglicerato se reordenan para formar dos moléculas de 2-fosfoglicerato.

Paso 8

Se elimina agua de cada una de las dos moléculas de 2-fosfoglicerato convirtiendo los enlaces fosfato en enlaces fosfato de alta energía a medida que se producen dos moléculas de fosfoenolpiruvato (Figura\(\PageIndex{11}\)).

Figura\(\PageIndex{11}\): Glicólisis, Paso 8. El agua se elimina de cada una de las dos moléculas de 2-fosfoglicerato convirtiendo los enlaces fosfato en enlaces fosfato de alta energía a medida que se producen dos moléculas de fosfoenolpiruvato.

Paso 9

A medida que las dos moléculas de fosfoenolpiruvato se convierten en dos moléculas de piruvato, los grupos fosfato de alta energía se agregan al ADP produciendo 2 ATP por fosforilación a nivel de sustrato, como se muestra en la Figura\(\PageIndex{12}\).

Figura\(\PageIndex{12}\): Glicólisis, Paso 9. A medida que las dos moléculas de fosfoenolpiruvato se convierten en dos moléculas de piruvato, los grupos fosfato de alta energía se agregan al ADP produciendo 2 ATP por fosforilación a nivel de sustrato.

A través de un paso intermedio llamado reacción de transición, las dos moléculas de piruvato luego ingresan al ciclo del ácido cítrico para descomponerse aún más y generar más ATP por fosforilación oxidativa.

Descripción general

La glucólisis es una descomposición parcial de una molécula de glucosa de seis carbonos en dos moléculas de tres carbonos de piruvato, 2NADH +2H ⁺ y 2 ATP neto como resultado de la fosforilación a nivel de sustrato. La glucólisis ocurre en el citoplasma de la célula.

La reacción general de la glucólisis es:

glucosa (6C) + 2 NAD ⁺ 2 ADP +2 fosfatos inorgánicos (P _i)

rinde 2 piruvato (3C) + 2 NADH + 2 H ⁺ 2 ATP neto

Enlaces externos

• Película de YouTube de Glycolysis: Overview Reaction for Cellular Respiration
• Película de YouTube: Cómo funciona la glucólisis

Resumen

1. La respiración aeróbica es el catabolismo aeróbico de nutrientes a dióxido de carbono, agua y energía, e involucra un sistema de transporte de electrones en el que el oxígeno molecular es el aceptor final de electrones.
2. La respiración aeróbica implica cuatro etapas: glucólisis, una reacción de transición que forma acetil coenzima A, el ciclo del ácido cítrico (Krebs), y una cadena de transporte de electrones y quimioósmosis.
3. La glucólisis es una descomposición parcial de una molécula de glucosa de seis carbonos en dos moléculas de tres carbonos de piruvato, 2NADH +2H ⁺ y 2 ATP neto como resultado de la fosforilación a nivel de sustrato.
4. La reacción global para la glucólisis es: glucosa (6C) + 2 NAD ⁺ 2 ADP +2 fosfatos inorgánicos (P _i) produce 2 piruvato (3C) + 2 NADH + 2 H ⁺ 2 ATP neto.
5. La glucólisis no requiere oxígeno y puede ocurrir en condiciones aeróbicas y anaeróbicas. Sin embargo, durante la respiración aeróbica, las dos moléculas de NADH reducidas transfieren protones y electrones a la cadena de transporte de electrones para generar ATPs adicionales mediante fosforilación oxidativa.
6. La glucólisis también produce una serie de metabolitos precursores clave.
7. A través de un paso intermedio llamado reacción de transición, las dos moléculas de piruvato luego ingresan al ciclo del ácido cítrico para descomponerse aún más y generar más ATP por fosforilación oxidativa.