INTRODUCCION

La glucólisis es una vía que permite obtener ATP a las células.La glucólisis (o glicólisis) es una vía catabólica a través de la cual tanto las células de los animales como vegetales, hongos y bacterias oxidan diferentes moléculas de glúcidos y obtienen energía. El hecho de que esta vía ocurra en organismos muy diversos, indica que es una vía metabólica conservada, es decir presente en organismos filogenéticamente distantes.

Para su estudio, describiremos 9 reacciones enzimáticas que ocurren en el citoplasma y permiten la transformación de una molécula de glucosa a dos moléculas de piruvato.La degradación hasta priuvato es parte del proceso catabólico o degradativo de los glúcidos, porque estas moléculas pueden seguir oxidándose y continuar entregando energía a la célula.

El balance neto para la reacción global de la glucólisis es:Hexosa + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi 2 NADH + 2 piruvato + 2 ATP

En la glucólisis se pueden establecer dos fasesPrimera fase Activación de la hexosa (glucosa por ej.), con gasto de energía como ATP.Segunda fase Obtención de energía que se conserva como ATP.

La primera fase es endergónica, porque se consumen 2 ATP, y consta en la transformación de una hexosa (por ejemplo, glucosa) en dos triosas (dihidroxicetona 3 P y gliceraldehído 3P). La segunda fase es exergónica, dado que se forman 4 ATP utilizando la energía liberada de la conversión de 2 gliceraldehídos 3P en 2 piruvatos.

La glucólisis ocurre a través de reacciones enzimáticas, donde cada enzima cataliza una reacción o paso específico. De esta forma, cuando se hace referencia a una isomerasa, lo es a una específica para determinada molécula, y no a una isomerasa universal que catalice cualquier reacción de isomerización. Lo mismo sucede con las quinasas, deshidrogenasas, etc.

OBJETIVOS

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OBJETIVO GENERAL Comprender la importancia de la función que desempeñan la

glucolisis en las células

OBJETIVO ESPECIFICO Definir que es la glucolisis Identificar las diferentes etapas Conocer su rendimiento energético Aprender las funciones de la glucolisis Comprender las diferentes regulaciones

GLUCÓLISIS

La glucólisis o glicolisis proviene del griego glycos, azúcar y lysis, ruptura. Es la vía metabólica encargada de oxidar la glucosa con la finalidad de

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obtener energía para la célula. Consiste en 10 reacciones enzimáticas consecutivas que convierten a la glucosa en dos moléculas de piruvato, el cual es capaz de seguir otras vías metabólicas y así continuar entregando energía al organismo.

VISIÓN GENERAL

Durante la glucólisis se obtiene un rendimiento neto de dos moléculas de ATP y dos moléculas de NADH; el ATP puede ser usado como fuente de energía para realizar trabajo metabólico, mientras que el NADH puede tener diferentes destinos. Puede usarse como fuente de poder reductor en reacciones anabólicas; si hay oxígeno, puede oxidarse en la cadena respiratoria, obteniéndose tres ATPs; si no hay oxígeno, se usa para reducir el piruvato a lactato (fermentación láctica), o a CO2 y etanol (fermentación alcohólica), sin obtención adicional de energía.

La glucólisis es la forma más rápida de conseguir energía para una célula y, en el metabolismo de carbohidratos, generalmente es la primera vía a la cual se recurre. Se encuentra estructurada en 10 reacciones enzimáticas que permiten la transformación de una molécula de glucosa a dos moléculas de piruvato mediante un proceso catabólico.

La glucólisis es una de las vías más estudiadas, y generalmente se encuentra dividida en dos fases: la primera, de gasto de energía y la segunda fase, de obtención de energía.

La primera fase consiste en transformar una molécula de glucosa en dos moléculas de gliceraldehído (una molécula de baja energía) mediante el uso de 2 ATP. Esto permite duplicar los resultados de la segunda fase de

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obtención energética.

En la segunda fase, el gliceraldehído se transforma en un compuesto de alta energía, cuya hidrólisis genera una molécula de ATP, y como se generaron 2 moléculas de gliceraldehído, se obtienen en realidad dos moléculas de ATP. Esta obtención de energía se logra mediante el acoplamiento de una reacción fuertemente exergónica después de una levemente endergónica. Este acoplamiento ocurre una vez más en esta fase, generando dos moléculas de piruvato. De esta manera, en la segunda fase se obtienen 4 moléculas de ATP.

Reacciones posterioresLuego de que una molécula de glucosa se transforme en 2 moléculas de piruvato, las condiciones del medio en que se encuentre determinarán la vía metabólica a seguir.En organismos aeróbicos, el piruvato seguirá oxidándose por la enzima piruvato deshidrogenasa y el ciclo de Krebs, creando intermediarios como NADH y FADH2. Estos intermediarios no pueden cruzar la membrana mitocondrial, y por lo tanto, utilizan sistemas de intercambio con otros compuestos llamados lanzaderas (en inglés, shuttles). Los más conocidos son la lanzadera malato-aspartato y la lanzadera glicerol-3-fosfato. Los intermediarios logran entregar sus equivalentes al interior de la membrana mitocondrial, y que luego pasarán por la cadena de transporte de electrones, que los usará para sintetizar ATP.De esta manera, se puede obtener hasta 30 moles de ATP a partir de 1 mol de glucosa como ganancia neta.

Sin embargo, cuando las células no posean mitocondrias (ej: eritrocito) o cuando requieran de grandes cantidades de ATP (ej.: el músculo al ejercitarse), el piruvato sufre fermentación que permite obtener 2 moles de ATP por cada mol de glucosa, por lo que esta vía es poco eficiente respecto a la fase aeróbica de la glucólisis.

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El tipo de fermentación varía respecto al tipo de organismos: en levaduras, se produce fermentación alcohólica, produciendo etanol y CO2

como productos finales, mientras que en músculo, eritrocitos y algunos microorganismos se produce fermentación láctica, que da como resultado ácido láctico o lactato.

ETAPAS DE LA GLUCÓLISIS

La glucólisis se divide en dos partes principales y diez reacciones enzimáticas, que se describen a continuación.

Fase de gasto de energía (ATP) Esta primera fase de la glucólisis consiste en transformar una molécula de glucosa en dos moléculas de gliceraldehído.

1er paso: Hexoquinasa La primera reacción de la glucólisis es la fosforilación de la glucosa, para activarla (aumentar su energía) y así poder utilizarla en otros procesos cuando sea necesario. Esta activación ocurre por la transferencia de un grupo fosfato del ATP, una reacción catalizada por la enzima hexoquinasa,5 la cual puede fosforilar (añadir un grupo fosfato) a moléculas similares a la glucosa, como la fructosa y manosa. Las ventajas de fosforilar la glucosa son 2: La primera es hacer de la glucosa un metabolito más reactivo, mencionado anteriormente, y la segunda ventaja es que la glucosa-6-fosfato no puede cruzar la membrana celular a diferencia de la glucosa ya que en la célula no existe un transportador de G6P. De esta forma se evita la pérdida de sustrato energético para la célula. Técnicamente hablando, la hexoquinasa sólo fosforila las D-hexosas, y utiliza de sustrato MgATP2+, ya que este catión permite que el último fosfato del ATP (fosfato gamma, γ-P o Pγ) sea un blanco más fácil para el ataque nucleofílico que realiza el grupo hidroxilo (OH) del sexto carbono de la glucosa, lo que es posible debido al Mg2+ que apantalla las cargas de los otros dos fosfatos.

Esta reacción posee un ΔG negativo, y por tanto se trata de una reacción en la que se pierde energía en forma de calor. En numerosas bacterias esta reacción esta acoplada a la última reacción de la glucólisis (de fosfoenolpiruvato a piruvato) para poder aprovechar la energía sobrante de la reacción: el fosfato del fosfoenolpiruvato se transfiere de una a otra proteína de un sistema de transporte fosfotransferasa, y en última instancia, el fosfato pasará a una molécula de glucosa que es tomada del exterior de la célula y liberada en forma de G6P en el interior celular. Se trata por tanto de acoplar la primera y la última reacción de esta vía y usar el excedente de energía para realizar un tipo de transporte a través de membrana denominado translocación de grupo.

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2° paso: Glucosa-6-P isomerasa Éste es un paso importante, puesto que aquí se define la geometría molecular que afectará los dos pasos críticos en la glucólisis: El próximo paso, que agregará un grupo fosfato al producto de esta reacción, y el paso 4, cuando se creen dos moléculas de gliceraldehido que finalmente serán las precursoras del piruvato.1 En esta reacción, la glucosa-6-fosfato se isomeriza a fructosa-6-fosfato, mediante la enzima glucosa-6-fosfato isomerasa. La isomerización ocurre en una reacción de 4 pasos, que implica la apertura del anillo y un traspaso de protones a través de un intermediario cis-enediol.

Puesto que la energía libre de esta reacción es igual a +1,7 kJ/mol la reacción es no espontánea y se debe acoplar.

3er paso: Fosfofructoquinasa Fosforilación de la fructosa 6-fosfato en el carbono 1, con gasto de un ATP, a través de la enzima fosfofructoquinasa-1 (PFK1). También este fosfato tendrá una baja energía de hidrólisis. Por el mismo motivo que en la primera reacción, el proceso es irreversible. El nuevo producto se denominará fructosa-1,6-bifosfato. La irreversibilidad es importante, ya que la hace ser el punto de control de la glucólisis. Como hay otros sustratos aparte de la glucosa que entran en la glucólisis, el punto de control no está colocado en la primera reacción, sino en ésta. La fosfofructoquinasa tiene centros alostéricos, sensibles a las concentraciones de intermediarios como citrato y ácidos grasos. Liberando una enzima llamada fosfructocinasa-2 que fosforila en el carbono 2 y regula la reacción.

4° paso: Aldolasa La enzima aldolasa (fructosa-1,6-bifosfato aldolasa), mediante una condensación aldólica reversible, rompe la fructosa-1,6-bifosfato en dos moléculas de tres carbonos (triosas): dihidroxiacetona fosfato y gliceraldehído-3-fosfato. Existen dos tipos de aldolasa, que difieren tanto en el tipo de organismos donde se expresan, como en los intermediarios de reacción. Esta reacción tiene una energía libre (ΔG) entre 20 a 25 kJ/mol, por lo tanto en condiciones estándar no ocurre de manera espontánea. Sin embargo, en condiciones intracelulares la energía libre es pequeña debido a la baja concentración de los sustratos, lo que permite que esta reacción sea reversible.

5° paso: Triosa fosfato isomerasaPuesto que sólo el gliceraldehído-3-fosfato puede seguir los pasos restantes de la glucólisis, la otra molécula generada por la reacción anterior (dihidroxiacetona-fosfato) es isomerizada (convertida) en gliceraldehído-3-fosfato. Esta reacción posee una energía libre en condiciones estándar positiva, lo cual implicaría un proceso no favorecido, sin embargo al igual que para la reacción 4, considerando las

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concentraciones intracelulares reales del reactivo y el producto, se encuentra que la energía libre total es negativa, por lo que la dirección favorecida es hacia la formación de G3P.

Éste es el último paso de la "fase de gasto de energía". Sólo se ha consumido ATP en el primer paso (hexoquinasa) y el tercer paso (fosfofructoquinasa-1). Cabe recordar que el 4to paso (aldolasa) genera una molécula de gliceraldehído-3-fosfato, mientras que el 5to paso genera una segunda molécula de éste. De aquí en adelante, las reacciones a seguir ocurrirán dos veces, debido a las 2 moléculas de gliceraldehído generadas de esta fase. Hasta esta reacción hay intervención de energía (ATP).

Fase de beneficio energético (ATP, NADH) Hasta el momento solo se ha consumido energía (ATP), sin embargo, en la segunda etapa, el gliceraldehído es convertido a una molécula de mucha energía, donde finalmente se obtendrá el beneficio final de 4 moléculas de ATP.

6° paso: Gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa Esta reacción consiste en oxidar el gliceraldehído-3-fosfato utilizando NAD+ para añadir un ion fosfato a la molécula, la cual es realizada por la enzima gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa o bien, GAP deshidrogenasa en 5 pasos, y de ésta manera aumentar la energía del compuesto.

Técnicamente, el grupo aldehído se oxida a un grupo acil-fosfato, que es un derivado de un carboxilo fosfatado. Este compuesto posee una energía de hidrólisis sumamente alta (cercana a los 50 kJ/mol) por lo que se da inicio al proceso de reacciones que permitirán recuperar el ATP más adelante.

Mientras el grupo aldehído se oxida, el NAD+ se reduce, lo que hace de esta reacción una reacción redox. El NAD+ se reduce por la incorporación de algún [H+] dando como resultado una molécula de NADH de carga neutra.

7° paso: Fosfoglicerato quinasaEn este paso, la enzima fosfoglicerato quinasa transfiere el grupo fosfato de 1,3-bisfosfoglicerato a una molécula de ADP, generando así la primera molécula de ATP de la vía. Como la glucosa se transformó en 2 moléculas de gliceraldehído, en total se recuperan 2 ATP en esta etapa. Nótese que la enzima fue nombrada por la reacción inversa a la mostrada, y que ésta opera en ambas direcciones.

Los pasos 6 y 7 de la glucólisis nos muestran un caso de acoplamiento de reacciones, donde una reacción energéticamente desfavorable (paso 6) es

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seguida por una reacción muy favorable energéticamente (paso 7) que induce la primera reacción. En otras palabras, como la célula se mantiene en equilibrio, el descenso en las reservas de 1,3 bifosfoglicerato empuja a la enzima GAP deshidrogenasa a aumentar sus reservas. La cuantificacion de la energía libre para el acople de ambas reacciones es de alrededor de -12 kJ/mol.

Ésta manera de obtener ATP sin la necesidad de O2 se denomina fosforilación a nivel de sustrato.

8° paso: Fosfoglicerato mutasaSe isomeriza el 3-fosfoglicerato procedente de la reacción anterior dando 2-fosfoglicerato, la enzima que cataliza esta reacción es la fosfoglicerato mutasa. Lo único que ocurre aquí es el cambio de posición del fosfato del C3 al C2. Son energías similares y por tanto reversibles, con una variación de energía libre cercana a cero.

Cataliza la transferencia interna de un grupo fosfato desde el carbono C-3 al carbono C-2 que resulta en la conversión de 3-fosfoglicerato a 2-fosfoglicerato a traves del compuesto intermedio 2,3-bisfosfoglicerato. La reacción implica a dos grupos fosfato diferentes, es decir el grupo fosfato final del 2-fosfoglicerato no es el mismo que el grupo fosfato inicial del 3-fosfoglicerato.

9° paso: Enolasa o fosfopiruvato hidratasaConsideramos aquí a dos reacciones sucesivas, la isomerización del 3-fosfoglicerato a 2-fosfoglicerato y la otra corresponde a la transformación del 2-fosfoglicerato en fosfoenolpiruvato (PEP), por acción de la enolasa. La enzima enolasa propicia la formación de un doble enlace en el 2-fosfoglicerato, eliminando una molécula de agua formada por el hidrógeno del C2 y el OH del C3. El resultado es el fosfoenolpiruvato.10° paso: Piruvato quinasaDesfosforilación del fosfoenolpiruvato, obteniéndose piruvato y ATP. Reacción irreversible mediada por la piruvato quinasa. La transferencia del grupo fosfato del PEP al ADP la cataliza una quinasa (piruvato quinasa). Es la segunda fosforilación a nivel de sustrato: se fosforila el ADP a ATP independientemente de la cadena respiratoria.

El enzima piruvato quinasa es dependiente de magnesio y potasio. La energía libre es de -31,4 kJ/mol, por lo tanto la reacción es favorable e irreversible.

El rendimiento total de la glucólisis de una sola glucosa (6C) es de 2 ATP y no 4 (dos por cada gliceraldehído-3-fosfato (3C)), ya que se consumen 2 ATP en la primera fase, y 2 NADH (que dejarán los electrones Nc en la cadena de transporte de electrones para formar 3 ATP por cada electrón). Con la molécula de piruvato, mediante un paso de oxidación intermedio llamado descarboxilación oxidativa, mediante el cual el piruvato pasa al

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interior de la mitocondria, perdiendo CO2 y un electrón que oxida el NAD+, que pasa a ser NADH más H+ y ganando un CoA-SH (coenzima A), formándose en acetil-CoA gracias a la enzima piruvato deshidrogenasa, se puede entrar al ciclo de Krebs (que, junto con la cadena de transporte de electrones, se denomina respiración).

EL NADH.H GENERADO EN LA GLUCÓLISIS DEBE REOXIDARSE Y GENERAR NAD

Para que la glucólisis continúe se debe reoxidar el NADH.H generado en la reacción GA3P a 1,3 P glicerato, de manera de mantener disponible NAD, necesario para que ocurra esa reacción (sexta). De no ser así la glucólisis se interrumpiría porque la enzima no tiene el cofactor oxidado para aceptar los hidrógenos.

Según las células sean fermentativas o sean aerobias, hay dos formas de reoxidar el NADH.H glicolítico:1. Las fermentaciones. Este proceso consiste en reoxidar el NADH.H, reduciendo por ejemplo el piruvato que rinde lactato. Hay diferentes fermentaciones además de la láctica que se acaba de describir, como la alcohólica, la acética, la propiónica etc.

2. Las lanzaderas. Estas corresponden a la estrategia aerobia de reoxidación del NADH.H. Una de las lanzaderas es la del glicerol 3-P. El mecanismo de la lanzadera es el siguiente: el D3P se reduce a glicerol 3-P a partir del NADH.H, de manera que éste se oxida a NAD y se mantiene una concentración de NAD que permite la actividad de la enzima. El glicerol 3-P tiene transportador en la membrana mitocondrial y pasa a la matriz, donde es oxidado y regenera el D3P por una deshidrogenasa que tiene como cofactor al FAD de la cadena respiratoria. De esta forma, mientras el D3P vuelve al citoplasma, el FADH2 se oxida a FAD y ese poder reductor es usado para reducir al oxígeno y formar H2O a través de la cadena respiratoria, donde se forman 2 ATP. Otra lanzadera es la del malato-oxalacetato, con la misma función que la del glicerol 3-P, pero a diferencia de ésta es el malato el transportador, y quien se oxida a oxalacetato a través de una deshidrogenasa que usa NAD como cofactor: se generan 3 ATP.

BALANCE NETO

El balance neto de la glucolisis es:glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+---> 2 piruvatos + 2 ATP + 2 (NADH +

H+)

La energía total que se puede obtener de la glucosa por oxidación aeróbica es = 688 kcal/mol.

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La energía total acumulada en 2 ATP = 2 x 7.3 = 14.6 kcal/mol

Esto es un - 2% de rendimiento, si se tiene en cuenta la posibilidad de oxidar completamente la glucosa, es decir que el 98% de la energía potencialmente disponible no es usada por la célula.

Los dos NADH + H+  pasan a la cadena de transporte de electrones en ambiente aerobios y pueden dar mas ATP, recuperándose el NAD en su forma oxidada.

EL PIRUVATO TIENE DIFERENTES DESTINOS

En organismos aeróbicos, el piruvato seguirá oxidándose en el ciclo de Krebs, donde se generan intermediarios de cadena respiratoria reducidos, como NADH.H y FADH2. El poder reductor generará H2O y parte de la energía liberada ATP.

En organismos fermentativos, como algunas levaduras, a partir del piruvato tiene lugar la fermentación, y se generan diferentes moléculas como el lactato, etanol, etc.

En las células musculares que son aerobias el piruvato deriva al ciclo de Krebs. Sin embargo, cuando el oxígeno no es suficiente en ese tejido por determinadas razones fisiológicas, puede haber en el músculo fermentación láctica.

ANÁLISIS ESTEQUIOMÉTRICO DE LA GLUCÓLISIS

Glucosa + 2Pi + 2 ADP + 2 NAD+ 2 Pyr + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O

La glucólisis es una vía que transforma la glucosa en Piruvato y, a su vez, reduce 2 NAD+ del citosol a NADH y usa 2 ADP para formar 2 ATP.La célula en cuanto puede, transforma otros monosacáridos a moléculas que están en la vía de la glucólisis.

FructosaSe encuentra en el azúcar, se metaboliza según:

En el hígado: la fructosa se transforma en fructosa-1-P. Se gasta 1 ATP que pasa a ADP. Lo realiza la fructoquinasa. La fructosa-1-P es degradada por una aldolasa, que da lugar a dihidroxiacetona-P y a gliceraldehido. El gliceraldehido es fosforilado con gasto de ATP a G3P. Se produce el mismo rendimiento que en la glucosa.

En el tejido adiposo: la fructosa es fosforilada a fructosa-6-P a partir de la transformación de ATP a ADP por la hexoquinasa. La hexoquinasa tiene mucha menos afinidad por la fructosa que por la

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glucosa. Por eso, en el hígado, la hexoquinasa fosforila glucosa. En el tejido adiposo la hexoquinasa (HK) actúa sobre la fructosa porque no hay tanta glucosa.

Galactosa La galactosa se fosforila en Gal-1-P y se gasta ATP que pasa a ADP.

Lo hace la galactoquinasa. La Gal-1-P es transferida al Uridindifosfoglucosa (UDPglucosa), que es la forma activada de la glucosa, por la Gal-1-P-uridiltransferasa y se genera UDPgalactosa y se libera Glucosa-1-P Después se transforma la Glucosa-1-P en Glucosa-6-P mediante la fosfoglucomutasa.

Para que el circuito funcione correctamente, hay que regenerar UDPglucosa. Hay una epimerasa que retransforma UDP-galactosa en UDPglucosa.

La galactosa rinde igual que la glucosa.

RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE LA GLUCÓLISIS

El rendimiento de la glucólisis es diferente según: Condiciones anaerobias: Fermentación Condiciones aerobias: Ciclo de krebs, Cadena transportadora de

electrones y Fosforilacion oxidativaFERMENTACIÓN Se llama fermentación a un conjunto de rutas metabólicas, que se realizan en el hialoplasma, por las cuales ciertos organismos obtienen energía por la oxidación incompleta de compuestos orgánicos. Los electrones liberados en esta oxidación no son llevados al oxígeno molecular (tal como ocurre en la respiración celular), sino que son aceptados por un compuesto orgánico sencillo que es el producto final de la fermentación. Así, la oxidación de la materia orgánica no es completa (no se transforma totalmente en materia inorgánica) y el rendimiento energético es bajo. El combustible que con más frecuencia se utiliza es algún tipo de azúcar, pero pueden ser utilizados otros compuestos orgánicos en estos procesos.

La fermentación la llevan a cabo diferentes tipos de bacterias capaces de vivir sin oxígeno, pero también se da en células aerobias como las musculares, que la utilizan como mecanismo complementario de la respiración celular al faltar el oxígeno.

La mayoría de las fermentaciones son anaerobias, y su finalidad es que no se bloquee completamente el catabolismo en ausencia de

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oxígeno, permitiendo al organismo obtener energía, aunque sea poca, en esas condiciones.

Tipos de fermentación:Fermentación anaerobia, son las más típicas; no requieren oxígeno.

Fermentación láctica. En la que el producto final que se obtiene es ácido láctico (fermentación homoláctica) unido, en ocasiones, a otros compuestos (heteroláctica). La realizan ciertas bacterias como las del género Lactobacillus (utilizadas para la obtención de yogur y queso) y las células musculares cuando el aporte de oxígeno es insuficiente.

Fermentación alcohólica. En la que se obtiene alcohol etílico. La realizan ciertas levaduras (género Saccharomyces) utilizadas para fabricar gran variedad de bebidas alcohólicas (vino, cerveza, etc.) a partir de diversos azúcares (de uva, de cereales, etc).

Fermentación oxidativa. Requieren oxígeno (son aerobias) pero éste no actúa como último aceptor de electrones sino como oxidante del sustrato. La más conocida es la fermentación acética (se produce vinagre a partir del vino) y en la cual, el alcohol etílico es oxidado a ácido acético mediante el oxígeno.

CICLO DE KREBSLlamado ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos es una ruta metabólica, es decir, una sucesión de reacciones químicas, que forma parte de la respiración celular en todas las células aeróbicas. En células eucariotas se realiza en la mitocondria. En las procariotas, el ciclo de Krebs se realiza en el citoplasma, específicamente en el citosol.

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En organismos aeróbicos, el ciclo de Krebs es parte de la vía catabólica que realiza la oxidación de glúcidos, ácidos grasos y aminoácidos hasta producir CO2, liberando energía en forma utilizable (poder reductor y GTP).

Se encarga de transformar los carbonos de la acetil-CoA en CO2 y H2O

Reación sumaria:AcetIl-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi  ------------>  3 NADH + FADH2 + CoA-SH + GTP + 3 CO2

Es un mecanismo que incorpora el Acetil del Acetil Co-Enzima-A sobre un oxaloacetato y resulta en la eliminación de 2 C más oxidados (CO2), a expensas del paso de algunas moléculas de NAD a NADH y de FAD a FADH. Es un proceso central en el metabolismo de carbohidratos y de lípidos y de muchos aminoácido.

Las reacciones que implica el ciclo de Krebs son: Una molécula de Acetil Co-A se incorpora en una molécula de

oxaloacetato, dando el ácido cítrico. La condensación se da por el enzima citratosintasa. Esta reacción tiende hacia la incorporación de Acetil Co-A incluso en concentraciones muy pequeñas.

El citrato tiene un OH central, que se transfiere a un C adyacente mediante la aconitasa. Se forma un intermedio, que es el cis-aconitato. Es una reacción de deshidratación, seguida de rehidratación. El agua que entra, entra en el otro C involucrado en el proceso.

El isocitrato se deshidrata formando NADH por la isocitrato deshidrogenasa. Da lugar al oxalosuccinato (es químicamente

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inestables porque es un -cetoácido (descarboxilan muy fácilmente) y un -cetoácido, y pierde el carboxilo de la posición y pasa de 6 a 5 C). Da lugar al -cetoglutarato.

El α-cetoglutarato, mediante la -cetoglutarato deshidrogenasa, es descarboxilado, reduciendo un NAD, y se genera succinil co-A. Se trata de la misma reacción que realiza la piruvato deshidrogenasa. El -cetoglutarato es un complejo proteico con 4 aminoácidos y 5 coenzimas.

La hidrólisis del tioéster (succinil Co-A), se acopla a la síntesis de una molécula de GTP a partir de GDP. Lo hace la Succinil Co-A sintetasa). El GTP está informando a la piruvato deshidrogenasa de como va el metabolismo. El GTP pasa a ATP gracias a la nucleósidodifosfoquinasa:

  Lo que queda del ciclo, sirve para regenerarel oxaloacetato. El

succinato con grupo ceto, da lugar a un oxaloacetato. Se va a oxidar este C a cetona. Se hace introduciendo 1 doble enlace entre los C centrales del succinato mediante la succinato deshidrogenasa. Se reduce FAD a FADH2. Es el único enzima que está en la membrana interna mitocondrial. Se relaciona con la cadena de transporte de electrones. Se forma el ácido fumaral.

El fumaral es hidratado por la fumarasa, que es estereoespecífica. Forma la L-Malato, que es oxidada a cetona para dar oxaloacetato mediante la malatodeshidrogenasa, que reduce NAD a NADH.

CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONESEs  un sistema multienzimático ligado a membrana que transfiere electrones desde moléculas orgánicas al oxígeno.

La CTE comprende dos procesos: 1. Los electrones son transportados a lo largo de la membrana, de un

complejo de proteínas transportador ("carrier") a otro. 2. Los protones son translocados a través de la membrana,  estos

significa que son pasados desde el interior o matriz hacia el espacio intermembrana. Esto construye un gradiente de protones. El oxígeno es el aceptor terminal del electrón, combinándose con electrones e iones H+para producir agua.

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Los tres componentes de la cadena respiratoria son: 3 grandes complejos proteicos con moléculas trasnportadoressa y sus enzimas correspondientes, un componente no proteico: UBIQUINONA (Q) que están embebidos en la membrana y una pequeña proteína llamada citocromo c que es periférica y se ubica en el espacio intermembrana, pero afdosado laxamente a la membrana interna. El NADH transfiere iones H+ y electrones dentro de la cadena transportadora de electrones. La secuencia de eventos:

1. Pasa los  electrones a través de el 1º complejo (NADH-Q reductasa) hasta la ubiquinona, los iones H+ traspasan la membrana hacia el espacio intermembrana.

2. el 2º complejo (citocromo c reductasa) trasnsfiere electrones desde la Q a el citocromo c, generando un nuevo bombeo de protones al exterior.

3. el 3º complejo es una citocromo c oxidasa, pasa los e- del citocromo c al oxígeno, el oxígeno reducido (1/2 O2-) toma dos iones H+ y forma H2O.

Balance netoLos electrones entran a la CTE desde portadores tales como el NADH o el FADH, llegan a la "oxidasa terminal" (una oxígeno-reductasa) y se "pegan" al oxígeno.

FOSFORILACION OXIDATIVALa fosforilación oxidativa es un proceso metabólico que utiliza energía liberada por la oxidación de nutrientes para producir adenosín trifosfato (ATP). Se le llama así para distinguirla de otras rutas que producen ATP con menor rendimiento, llamadas "a nivel de sustrato". Se

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calcula que hasta el 90% de la energía celular en forma de ATP es producida de esta forma.

Consta de dos etapas: en la primera, la energía libre generada mediante reacciones químicas redox en varios complejos multiproteicos conocidos en su conjunto como cadena de transporte de electrones- se emplea para producir, por diversos procedimientos como bombeo, ciclos quinona/quinol o bucles redox, un gradiente electroquímico de protones a través de una membrana asociada en un proceso llamado quimiosmosis. La cadena respiratoria está formada por tres complejos de proteínas principales (complejo I,III, IV), y varios complejos "auxiliares", utilizando una variedad de donantes y aceptores de electrones. Los tres complejos se asocian en super complejos para canalizar las moléculas transportadoras de electrones, la coenzima Q y el citocromo c, haciendo más eficiente el proceso.

La energía potencial de ese gradiente, llamada fuerza protón-motriz, se libera cuando se translocan los protones a través de un canal pasivo, la enzima ATP sintasa, y se utiliza en la adición de un grupo fosfato a una molécula de ADP para almacenar parte de esa energía potencial en los enlaces anhidro "de alta energía" de la molécula de ATP mediante un mecanismo en el que interviene la rotación de una parte de la enzima a medida que fluyen los protones a través de ella. En vertebrados, y posiblemente en todo el reino animal, se genera un ATP por cada 2,7 protones translocados. Algunos organismos tienen ATPasas con un rendimiento menor.Existen también proteínas desacopladoras que permiten controlar el flujo de protones y generar calor desacoplando ambas fases de la fosforilación oxidativa.

Aunque las diversas formas de vida utilizan una gran variedad de nutrientes, casi todas realizan la fosforilación oxidativa para producir ATP, la molécula que provee de energía al metabolismo. Esta ruta es tan ubicua debido a que es una forma altamente eficaz de liberación de energía, en comparación con los procesos alternativos de fermentación, como la glucólisis anaeróbica.

Pese a que la fosforilación oxidativa es una parte vital del metabolismo, produce una pequeña proporción de especies reactivas del oxígeno tales como superóxido y peróxido de hidrógeno, lo que lleva a la propagación de radicales libres, provocando daño celular, contribuyendo a enfermedades y, posiblemente, al envejecimiento. Sin embargo, los radicales tienen un importante papel en la señalización celular, y

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posiblemente en la formación de enlaces disulfuro de las propias proteínas de la membrana interna mitocondrial. Las enzimas que llevan a cabo esta ruta metabólica son blancas de muchas drogas y productos tóxicos que inhiben su actividad.

SINTESIS DEL RENDIMIENTO ENERGETICO

En células anaerobias A partir de una hexosa se generan 2ATP por cada triosa, dado que

ocurren 2 fosforilaciones a nivel de sustrato. Como a partir de una hexosa se forman 2 triosas se producen 4

ATP. A su vez, se consumen 2 ATP desde la hexosa no foslorilada hasta

fructosa 1,6P, de manera que el balance neto es de 2 ATP/hexosa.

En células aerobias A partir de una hexosa se generan, igual que en células

fermentativas 4 ATP por fosforilaciones a nivel de sustrato. En células aeróbias el NADH.H que se genera en la glucólisis se

reoxida y genera glicerol 3-P o malato. En el caso de la lanzadera del glicerol 3-P el poder reductor va a cadena respiratoria y genera 2 ATP por triosa.

Como se producen 2 triosas por cada hexosa, se generan 4 ATP/hexosa por lanzadera de glicerol 3-P.

En resumen se generan 4 ATP (fosforilación a nivel de sustrato) + 4 ATP (lanzadera) = 8 ATP/hexosa. Como se consumen 2 ATP para producir la fructosa 1,6P el balance neto son 6 ATP/hexosa.

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Si la lanzadera fuera la del malato-oxalacetato se generan 3 ATP/ triosa, es decir, 6 ATP/hexosa. En este caso el balance neto es 8 ATP/hexosa.

Mientras el grupo aldehído se oxida, el NAD+ se reduce, lo que hace de esta reacción una reacción redox. El NAD+ se reduce por la incorporación de algún [H+] dando como resultado una molécula de NADH de carga neutra

REGULACIÓN

REGULACIÓN ENZIMÁTICA

La glucólisis se regula enzimáticamente en los tres puntos irreversibles de esta ruta, esto es, en la primera reacción (G -- >G-6P), por medio de la hexoquinasa; en la tercera reacción (F-6P --> F-1,6-BP) por medio de la

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PFK1(fosfofructoquinasa) y en el último paso (PEP --> Piruvato) por la piruvato quinasa.

La hexoquinasa es un punto de regulación poco importante, ya que se inhibe cuando hay mucho G-6P en músculo. Es un punto poco importante ya que el G-6P se utiliza para otras vías. HQ: Inhibe G-6P

La PFK1 es la enzima principal de la regulación de la glucólisis, actúa como una llave de agua, si está activa cataliza muchas reacciones y se obtiene más Fructosa 1,6 bisfosfato, lo que permitirá a las enzimas siguientes transformar mucho piruvato. Si está inhibida, se obtienen bajas concentraciones de producto y por lo tanto se obtiene poco piruvato.

Esta enzima es controlada por regulación alostérica mediante: Por un lado se activa gracias a niveles energéticos elevados de ADP y AMP, inhibiendose en abundancia de ATP y citrato, y por otro se activa en presencia de un regulador generado por la PFK2 que es la Fructosa-2,6-Bisfosfato (F-2,6-BP), que no es un metabolito ni de la glucolisis ni de la gluconeogénesis, sino un regulador de ambas vías que refleja el nivel de glucagón en sangre.

La lógica de la inhibición y activación son las siguientes: ATP: inhibe esta enzima pues si hay una alta concentración

de ATP entonces la célula no necesita generar más.

Citrato: Si la concentración de citrato es alta el Ciclo de Krebs va más despacio de lo que el sustrato (acetil-CoA) llega para degradarse, y la concentración de glucosa será más alta. En el Ciclo de Krebs se produce mucho NADH y FADH2, para que funcionen se han de reoxidar en la cadena de transporte electrónico creando gradiente de protones, si el gradiente no se gasta los coenzimas no se reoxidan y el Ciclo de Krebs se para.

AMP, ADP: la alta concentración de estas moléculas implica que hay una carencia de ATP, por lo que es necesario realizar glucólisis, para generar piruvato y energía.

PFK1: Inhibe: ATP - Activa: ADP, AMP y F-2,6-BP. La piruvatoquinasa se regula distintamente según el tejido en el

que trabaje, pero en hígado se inhibe en presencia de ATP y Acetil Coenzima-A (Acetil-CoA), y se activa gracias de nuevo ante la F-2,6-BP y la concentración de fosfoenolpiruvato.

PQ: Inhibe: ATP, A-CoA - Activa: PEP y F-2,6-BP

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REGULACIÓN POR INSULINAAl aumentar la glucosa en la sangre, después de una comida, las células beta del páncreas estimulan la producción de insulina, y ésta a su vez aumenta la actividad de la glucocinasa en los hepatocitos.Las concentraciones altas de glucagon y las bajas de insulina disminuyen la concentración intracelular de fructosa 2,6 bisfosfato. Esto trae por consecuencia la disminución de la glicólisis y el aumento de la gluconeogenésis.

La insulina, secretada por las células-β del páncreas, entra directamente al hígado por vía de la vena porta, en donde ejerce efectos metabólicos profundos. Estos efectos son la respuesta de la activación del receptor de la insulina que pertenece a la clase de receptores de la superficie celular que tienen una actividad de tirosina cinasa intrínseca. El receptor de la insulina es un heterotetrámero de 2 sub-unidades extracelulares α unidas por puentes bisulfuro a 2 sub-unidades transmembrana β. Con relación a la homeostasis de glucosa hepática, los efectos de la activación del receptor son eventos específicos de fosforilación que llevan a un incremento en el almacenamiento de glucosa con una disminución concomitante en la secreción de glucosa por el hígado a la circulación como se esquematiza luego (solamente se representan aquellas respuestas en el nivel de fosforilación de la sintasa de glicógeno y de la glicógeno fosforilasa).

SÍNTESIS DE GLUCOSA POR GLUCOGÉNESIS OCURRE CUANDO LA RELACIÓN ATP/ADP ES ALTA

La glucogénesis corresponde a la vía anabólica que permite la síntesis de glucosa a partir de moléculas no glucídicas como el lactato, piruvato, glicerol, así como algunos aminoácidos e intermediarios del ciclo de Krebs. Esta vía ocurre en algunos órganos como el hígado y el riñón.

En la glucogénesis se evitan o saltean las reacciones irreversibles de la glucólisis: piruvato a PEP, fructosa 1,6 P a fructosa y glucosa 6P a glucosa. Estas reacciones constituyen las únicas diferentes a la gucólisis.Para que estas reacciones tengan lugar la relación ATP/ADP debe ser alta, de manera que la FFQ estará modulada negativamente y la piruvato carboxilasa positivamente.

FUNCIONES

Las funciones de la glucólisis son: La generación de moléculas de alta energía (ATP y NADH) como

fuente de energía celular en procesos de respiración aeróbica (presencia de oxígeno) y fermentación (ausencia de oxígeno).

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La generación de piruvato que pasará al ciclo de Krebs, como parte de la respiración aeróbica.

La producción de intermediarios de 6 y 3 carbonos que pueden ser utilizados en otros procesos celulares.

CATABOLISMO DE LA GLUCOSA A PIRUVIRATO

La vida es un estado dinámico de equilibrio inestable, que, por lo mismo, requiere un consumo continuo de energía. Esta energía es extraída de los alimentos provistos por el medio: carbohidratos, lípidos y proteínas, pero no puede ser utilizada si no es almacenada previamente en una molécula de ATP. El ATP está compuesto por la Adenosina, un nucleótido (formado por adenina y ribosa) que tiene la propiedad de establecer tres enlaces consecutivos con grupos fosfato. El último enlace, al hidrolizarse, desprende gran cantidad de energía libre, que es utilizada por la célula para sus procesos metabólicos. Como resultado, se producen una molécula de ADP y una de fosfato, las que luego serán utilizadas para regenerar ATP, mediante una serie de procesos. Las células obtienen energía a través de la oxidación de los nutrientes, como la glucosa. Esa energía llamada ATP que el organismo necesita para su funcionamiento se produce en gran parte a partir de la glucosa, ya sea de forma circulante o extrayéndola del glucógeno (su forma de almacenamiento). De este modo,  la glucosa constituye la principal fuente de energía, y por algunos tejidos, como única fuente de energía (como el corazón y el cerebro).

El catabolismo es la fase de degradación del metabolismo mediante la cual las moléculas complejas se convierten en otras más simples. Durante este proceso se produce oxidación, liberación de energía libre y reacciones de convergencia.

FINALIDAD DEL CATABOLISMO Obtención de energía (ATP) que se utilizará para las funciones

vitales: biosíntesis, transporte activo y movimiento. Otras: por un lado encontramos la obtención de coenzimas

reducidos (NADH, FADH) que aportarán los electrones necesarios para la reducción de sustratos en el anabolismo; y por otro la obtención de algunos precursores metabólicos necesarios para la síntesis de algunas moléculas orgánicas en el anabolismo.

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