Contenido
- Glucosa: definición
- Glucosa, tipos celulares y metabolismo
- El proceso de la glucólisis
- Glucólisis temprana
- Glucólisis posterior
- Procesos posteriores a la glucólisis
La glucosa es el última fuente de combustible celular para todos los seres vivos, con la energía en sus enlaces químicos que se utiliza para sintetizar trifosfato de adenosina (ATP) en varias formas interconectadas e interdependientes. Cuando una molécula de este azúcar de seis carbonos (es decir, hexosa) cruza la membrana plasmática de una célula desde el exterior para ingresar al citoplasma, es inmediatamente fosforilada - es decir, un grupo fosfato, que lleva una carga eléctrica negativa, está unido a parte de la molécula de glucosa. Esto da como resultado una carga negativa neta en lo que luego se ha convertido en un glucosa-6-fosfato molécula, que evita que salga de la célula.
Procariotas, que incluyen los dominios Bacteria y Archaea, no tienen orgánulos unidos a la membrana, incluidos los mitocondrias que en eucariotas albergan el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones dependiente de oxígeno. Como resultado, los procariotas no participan en la respiración aeróbica ("con oxígeno"), sino que obtienen casi toda su energía de la glucólisis, el proceso anaeróbico que también funciona antes de la respiración aeróbica que se lleva a cabo en las células eucariotas.
Glucosa: definición
Como la glucosa se encuentra entre las moléculas más vitales en bioquímica, y es el punto de partida de quizás el conjunto más vital de reacciones en los anales de la vida en el planeta Tierra, es necesario un breve debate sobre la estructura y el comportamiento de esta molécula.
También conocido como dextrosa (generalmente en referencia a sistemas no biológicos, como la glucosa hecha de maíz) y glicemia (en referencia a los sistemas biológicos, por ejemplo, en contras médicas), la glucosa es una molécula de seis carbonos con la fórmula química C6H12O6. En la sangre humana, la concentración normal de glucosa es de aproximadamente 100 mg / dL. 100 mg es la décima parte de un gramo, mientras que un dL es la décima parte de un litro; esto equivale a un gramo por litro, y dado que la persona promedio tiene alrededor de 4 litros de sangre, la mayoría de las personas tienen alrededor de 4 g de glucosa en el torrente sanguíneo en cualquier momento, solo alrededor de un séptimo de una onza.
Cinco de los seis átomos de carbono (C) en glucosa se encuentran en el anillo de seis átomos forma que la molécula asume el 99.98 por ciento del tiempo en la naturaleza. El sexto átomo del anillo es un oxígeno (O), con el sexto C unido a uno de los anillos C como parte de un hidroximetilo (-CH2OH) grupo. Es en el grupo hidroxilo (-OH) que fosfato inorgánico (Pi) se une durante el proceso de fosforilación que atrapa la molécula en el citoplasma celular.
Glucosa, tipos celulares y metabolismo
Los procariotas son pequeños (la gran mayoría son unicelulares) y simples (la única célula que la mayoría carece de núcleo y otros orgánulos unidos a la membrana). Esto puede evitar que sean tan elegantes e interesantes en la mayoría de los casos como los eucariotas, pero también mantiene sus necesidades de combustible relativamente bajas.
Tanto en procariotas como en eucariotas, la glucólisis es el primer paso en el metabolismo de la glucosa.. La fosforilación de la glucosa al entrar en una célula al difundirse a través de la membrana plasmática es el primer paso en la glucólisis, que se describe en detalle en una sección posterior.
Al final de la glucólisis, la molécula de glucosa se ha utilizado para generar dos moléculas de piruvato de tres carbonos, dos moléculas del llamado dinucleótido de nicotinamida adenina (NADH), portador de electrones de alta energía, y una ganancia neta de dos moléculas de ATP.
En este punto, en los procariotas, el piruvato generalmente entra en fermentación, un proceso anaeróbico con una serie de variaciones diferentes que se explorarán en breve. Pero algunas bacterias han desarrollado la capacidad de llevar a cabo la respiración aeróbica hasta cierto punto y se llaman anaerobios facultativos. Las bacterias que pueden derivar energía solo de la glucólisis se llaman anaerobios obligados, y muchos de estos en realidad son asesinados por el oxígeno. Unas pocas bacterias limitadas son incluso aerobios obligados, lo que significa que, como usted, tienen un requisito absoluto de oxígeno. Dado que las bacterias han tenido unos 3.500 millones de años para adaptarse a las demandas del entorno cambiante de la Tierra, no debería sorprendernos que hayan ordenado una serie de estrategias básicas de supervivencia metabólica.
El proceso de la glucólisis
La glucólisis incluye 10 reacciones, que es un buen número redondo, pero no necesariamente necesita memorizar todos los productos, intermedios y enzimas en todos estos pasos. En cambio, aunque algunas de estas minucias son divertidas y útiles para saber, es más importante tener una idea de qué sucede en la glucólisis en general, y por qué sucede (en términos de física básica y las necesidades de la célula).
La glucólisis se captura en la siguiente reacción, que es la suma de sus 10 reacciones individuales:
C6H12O6 → 2 C3H4O3 + 2 ATP + 2 NADH
En inglés simple, en la glucólisis, una sola molécula de glucosa se divide en dos moléculas de piruvato, y en el camino, se forman un par de moléculas de combustible y un par de moléculas "pre-combustible". El ATP es la moneda casi universal para la energía en los procesos celulares, mientras que NADH, la forma reducida de NAD + o nicotinamida adenina dinucleótido, funciona como un portador de electrones de alta energía que finalmente dona esos electrones, en forma de iones de hidrógeno (H +), a las moléculas de oxígeno al final de la cadena de transporte de electrones en metabolismo aeróbico, resultando en mucho más ATP que la glucólisis sola puede suministrar.
Glucólisis temprana
La fosforilación de glucosa después de su entrada en el citoplasma da como resultado glucosa-6-fosfato (G-6-P). El fosfato proviene del ATP y su incorporación a las hojas de glucosa. difosfato de adenosina (ADP) detrás. Como se señaló, esto atrapa la glucosa dentro de la célula.
A continuación, G-6-P se convierte a fructosa-6-fosfato (F-6-P). Esto es un isomerización reacción, porque el reactivo y el producto son isómeros entre sí: moléculas con el mismo número de cada tipo de átomo, pero con diferentes disposiciones espaciales. En este caso, el anillo de fructosa solo tiene cinco átomos. La enzima responsable de este tipo de acto de malabarismo atómico se llama isomerasa de fosfoglucosa. (La mayoría de los nombres de enzimas, aunque a menudo son engorrosos, al menos tienen mucho sentido).
En la tercera reacción de glucólisis, F-6-P se convierte en fructosa-1,6-bisfosfato (F-1,6-BP). En esta etapa de fosforilación, el fosfato nuevamente proviene del ATP, pero esta vez se agrega a un átomo de carbono diferente. La enzima responsable es fosfofructoquinasa (PFK).
En la cuarta reacción de la glucólisis, la molécula F-1,6-BP, que es bastante inestable debido a su doble dosis de grupos fosfato, se divide por la enzima aldolasa en las moléculas de tres carbonos, portadoras de un solo grupo fosfato gliceraldehído 3-fosfato (GAP) y fosfato de dihidroxiacetona (DHAP) Estos son isómeros, y el DHAP se convierte rápidamente en GAP en el quinto paso de la glucólisis utilizando un impulso de la enzima. triosa fosfato isomerasa (TIM)
En esta etapa, la molécula de glucosa original se ha convertido en dos moléculas idénticas de tres carbonos, fosforiladas individualmente, a costa de dos ATP. A partir de este momento, cada reacción de glucólisis descrita ocurre dos veces por cada molécula de glucosa que sufre glucólisis.
Glucólisis posterior
En la sexta reacción de glucólisis, GAP se convierte en 1,3-bisfosfoglicerato (1,3-BPG) bajo la influencia de gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa. Las enzimas deshidrogenasa eliminan los átomos de hidrógeno (es decir, protones). El hidrógeno liberado de GAP se une a la molécula NAD +, produciendo NADH. Porque la molécula inicial de glucosa aguas arriba ha dado lugar a dos moléculas de GAP, después de esta reacción, dos Se han creado moléculas de NADH.
En la séptima reacción de glucólisis, una de las reacciones de fosforilación de la glucólisis temprana es, en efecto, revertida. Cuando la enzima fosfoglicerato quinasa elimina un grupo fosfato de 1,3-BPG, el resultado es 3-fosfoglicerato (3-PG). Los fosfatos que se han eliminado de las dos moléculas de 1,3-BPG se agregan a un ADP para formar dos ATP. Esto significa que los dos ATP "prestados" en los pasos uno y tres son "devueltos" en la séptima reacción.
En el paso ocho, 3-PG se convierte en 2-fosfoglicerato (2-PG) por mutasa de fosfoglicerato, que transporta el grupo fosfato restante a un átomo de carbono diferente. Una mutasa difiere de una isomerasa en que es menos dura en su acción; en lugar de reorganizar la estructura de una molécula, simplemente cambian uno de sus grupos laterales a un nuevo lugar, dejando la columna vertebral, el anillo, etc. tal como estaban.
En la novena reacción de glucólisis, 2-PG se convierte en fosfoenolpiruvato (PEP) bajo la acción de enolasa. Un enol es un compuesto con un doble enlace carbono-carbono en el que uno de los carbonos también está unido a un grupo hidroxilo.
Finalmente, la décima y última reacción de la glucólisis, PEP se transforma en piruvato gracias a la enzima. piruvato quinasa. Los grupos fosfato eliminados de los dos PEP se unen a las moléculas de ADP, produciendo dos ATP y dos piruvatos, cuya fórmula es ( C3H4O3) o (CH3) CO (COOH). Así, el procesamiento anaeróbico inicial de una sola molécula de glucosa produce dos moléculas de piruvato, dos de ATP y dos de NADH.
Procesos posteriores a la glucólisis
El piruvato generado en última instancia por la entrada de glucosa en las células puede tomar uno de dos caminos. Si la célula es procariota, o si la célula es eucariota pero requiere temporalmente más combustible del que puede proporcionar la respiración aeróbica sola (como en, por ejemplo, las células musculares durante el ejercicio físico duro, como cantar o levantar pesas), el piruvato entra en el camino de fermentación. Si la célula es eucariota y sus requerimientos de energía son típicos, mueve el piruvato dentro de las mitocondrias y participa en el ciclo de Krebs: