Contenido
- ¿Qué es exactamente la glucosa?
- El camino de la glucólisis
- Resumen de la glucólisis: entradas y salidas
- El destino de los productos de la glucólisis
Los seres vivos, que consisten en una o más células individuales, se pueden dividir en procariotas y eucariotas.
Prácticamente todas las células dependen de glucosa para sus necesidades metabólicas, y el primer paso en la descomposición de esta molécula es la serie de reacciones llamadas glucólisis (literalmente, "división de glucosa"). En la glucólisis, una sola molécula de glucosa experimenta una serie de reacciones para producir un par de moléculas de piruvato y una cantidad modesta de energía en forma de trifosfato de adenosina (ATP).
Sin embargo, el manejo final de estos productos varía de un tipo de célula a otro. Los organismos procariotas no participan en respiración aeróbica. Esto significa que los procariotas no pueden usar oxígeno molecular (O2) En cambio, el piruvato sufre fermentación (Respiración anaerobica).
Algunas fuentes incluyen la glucólisis en el proceso de "respiración celular" en eucariotas, porque precede directamente aerobio respiración (es decir, el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa en la cadena de transporte de electrones). Más estrictamente, la glucólisis en sí misma no es un proceso aeróbico simplemente porque no depende del oxígeno y ocurre independientemente de si O2 está presente.
Sin embargo, dado que la glucólisis es un requisito previo de la respiración aeróbica, ya que suministra piruvato para las reacciones del mismo, es natural aprender sobre ambos conceptos a la vez.
¿Qué es exactamente la glucosa?
La glucosa es un azúcar de seis carbonos que sirve como el carbohidrato individual más importante en la bioquímica humana. Los carbohidratos contienen carbono (C) e hidrógeno (H) además de oxígeno, y la proporción de C a H en estos compuestos es invariablemente 1: 2.
Los azúcares son más pequeños que otros carbohidratos, incluidos los almidones y la celulosa. De hecho, la glucosa es a menudo una subunidad repetitiva, o monómero, en estas moléculas más complejas. La glucosa en sí misma no consiste en monómeros, y como tal se considera un monosacárido ("un azúcar").
La fórmula para la glucosa es C6H12O6. La porción principal de la molécula consiste en un anillo hexagonal que contiene cinco de los átomos de C y uno de los átomos de O. El sexto y último átomo de C existe en una cadena lateral con un grupo metilo que contiene hidroxilo (-CH2OH).
El camino de la glucólisis
El proceso de glucólisis, que tiene lugar en el citoplasma celular, consta de 10 reacciones individuales.
Por lo general, no es necesario recordar los nombres de todos los productos intermedios y enzimas. Pero, tener un sentido firme de la imagen general es útil. Esto no es solo porque la glucólisis es quizás la reacción más relevante en la historia de la vida en la Tierra, sino también porque los pasos ilustran muy bien una serie de eventos comunes dentro de las células, incluida la acción de las enzimas durante las reacciones exotérmicas (energéticamente favorables).
Cuando la glucosa ingresa a una célula, es abordada por la enzima hexoquinasa y fosforilada (es decir, se le agrega un grupo fosfato, a menudo escrito Pi). Esto atrapa la molécula dentro de la célula al dotarla de una carga electrostática negativa.
Esta molécula se reorganiza en una forma fosforilada de fructosa, que luego se somete a otro paso de fosforilación y se convierte en fructosa-1,6-bisfosfato. Esta molécula luego se divide en dos moléculas similares de tres carbonos, una de las cuales se transforma rápidamente en la otra para producir dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato.
Esta sustancia se reorganiza en otra molécula doblemente fosforilada antes de que la adición temprana de grupos fosfato se invierta en pasos no consecutivos. En cada uno de estos pasos, una molécula de difosfato de adenosina (ADP) ocurre por el complejo enzima-sustrato (el nombre de la estructura formada por cualquier molécula que esté reaccionando y la enzima que impulsa la reacción hacia su finalización).
Este ADP acepta un fosfato de cada una de las moléculas de tres carbonos presentes. Eventualmente, dos moléculas de piruvato se sientan en el citoplasma, listas para desplegarse en cualquier vía que la célula requiera que ingrese o sea capaz de alojar.
Resumen de la glucólisis: entradas y salidas
El único reactivo verdadero de la glucólisis es una molécula de glucosa. Se introducen dos moléculas de ATP y NAD + (dinucleótido de nicotinamida y adenina, un portador de electrones) durante la serie de reacciones.
A menudo verá el proceso completo de la respiración celular enumerado con glucosa y oxígeno como reactivos y dióxido de carbono y agua como productos, junto con 36 (o 38) ATP. Pero la glucólisis es solo la primera serie de reacciones que finalmente culmina en la extracción aeróbica de tanta energía de la glucosa.
Un total de cuatro moléculas de ATP se producen en las reacciones que involucran los componentes de tres carbonos de la glucólisis: dos durante la conversión del par de moléculas de 1,3-bisfosfoglicerato a dos moléculas de 3-fosfoglicerato, y dos durante la conversión de un par de moléculas de fosfoenolpiruvato a los dos Moléculas de piruvato que representan el final de la glucólisis. Todos estos se sintetizan a través de la fosforilación a nivel de sustrato, lo que significa que el ATP proviene de la adición directa de fosfato inorgánico (Pi) al ADP en lugar de formarse como consecuencia de algún otro proceso.
Se necesitan dos ATP al inicio de la glucólisis, primero cuando la glucosa se fosforila a glucosa-6-fosfato, y luego dos pasos más tarde cuando la fructosa-6-fosfato se fosforila a fructosa-1,6-bisfosfato. Por lo tanto, la ganancia neta de ATP en la glucólisis como resultado de una molécula de glucosa que se somete al proceso es de dos moléculas, lo cual es fácil de recordar si lo asocia con la cantidad de moléculas de piruvato creadas.
Además, durante la conversión de gliceraldehído-3-fosfato a 1,3-bisfosfoglicerato, dos moléculas de NAD + se reducen a dos moléculas de NADH, y esta última sirve como fuente indirecta de energía porque participan en las reacciones de, entre Otros procesos, respiración aeróbica.
En resumen, el rendimiento neto de la glucólisis es por lo tanto 2 ATP, 2 piruvato y 2 NADH. Esto es apenas una vigésima parte de la cantidad de ATP producida en la respiración aeróbica, pero debido a que los procariotas son, por regla general, mucho más pequeños y menos complejos que los eucariotas, con menores demandas metabólicas para igualar, pueden sobrevivir a pesar de esto. esquema ideal.
(Otra forma de ver esto, por supuesto, es que la falta de respiración aeróbica en las bacterias les ha impedido evolucionar hacia criaturas más grandes y diversas, por lo que importa).
El destino de los productos de la glucólisis
En los procariotas, una vez que se completa la vía de la glucólisis, el organismo ha jugado casi todas las cartas metabólicas que tiene. El piruvato se puede metabolizar más a lactato a través de fermentación, o respiración anaeróbica. El propósito de la fermentación no es producir lactato, sino regenerar NAD + a partir de NADH para que pueda usarse en la glucólisis.
(Tenga en cuenta que esto es distinto de la fermentación de alcohol, en la que se produce etanol a partir de piruvato bajo la acción de la levadura).
En eucariotas, la mayoría del piruvato entra en el primer conjunto de pasos en la respiración aeróbica: el ciclo de Krebs, también llamado ciclo de ácido tricarboxílico (TCA) o ciclo de ácido cítrico. Esto ocurre dentro de las mitocondrias, donde el piruvato se convierte en el compuesto de dos carbonos acetil coenzima A (CoA) y dióxido de carbono (CO2).
El papel de este ciclo de ocho pasos es producir más portadores de electrones de alta energía para reacciones posteriores: 3 NADH, un FADH2 (dinucleótido de adenina flavina reducida) y un GTP (trifosfato de guanosina).
Cuando estos ingresan a la cadena de transporte de electrones en la membrana mitocondrial, un proceso llamado fosforilación oxidativa desplaza los electrones de estos portadores de alta energía a moléculas de oxígeno, con el resultado final de la producción de 36 (o posiblemente 38) moléculas de ATP por molécula de glucosa ". río arriba."
La eficiencia y el rendimiento mucho mayores del metabolismo aeróbico explican esencialmente todas las diferencias básicas entre los procariotas y los eucariotas, y el primero precede y se cree que dio origen al segundo.