Glucolisis

La glucólisis o glicolisis, es la vía metabólica encargada de oxidar la glucosa con la finalidad de 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.

El tipo de glucólisis más común y más conocida es la vía de Embden-Meyerhoff, explicada inicialmente por Gustav Embden y Otto Meyerhof. El término puede incluir vías alternativas, como la vía de Entner-Doudoroff. No obstante, glucólisis se usa con frecuencia como sinónimo de la vía de Embden-Meyerhoff. Es la vía inicial del catabolismo (degradación) de carbohidratos, y tiene tres funciones principales:













Generalidades
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.

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).
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.
En eucariotas y procariotas, la glucólisis ocurre en el citosol de la célula. En células vegetales, algunas de las reacciones glucolíticas se encuentran también en el ciclo de Calvin, que ocurre dentro de los cloroplastos. La amplia conservación de esta vía incluye los organismos filogenéticamente más antiguos, y por esto se considera una de las vías metabólicas más antiguas
Generalidades
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.

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).
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.
En eucariotas y procariotas, la glucólisis ocurre en el citosol de la célula. En células vegetales, algunas de las reacciones glucolíticas se encuentran también en el ciclo de Calvin, que ocurre dentro de los cloroplastos. La amplia conservación de esta vía incluye los organismos filogenéticamente más antiguos, y por esto se considera una de las vías metabólicas más antiguas
Generalidades
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.

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).
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.
En eucariotas y procariotas, la glucólisis ocurre en el citosol de la célula. En células vegetales, algunas de las reacciones glucolíticas se encuentran también en el ciclo de Calvin, que ocurre dentro de los cloroplastos. La amplia conservación de esta vía incluye los organismos filogenéticamente más antiguos, y por esto se considera una de las vías metabólicas más antiguas


Generalidades
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.

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).

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.

En eucariotas y procariotas, la glucólisis ocurre en el citosol de la célula. En células vegetales, algunas de las reacciones glucolíticas se encuentran también en el ciclo de Calvin, que ocurre dentro de los cloroplastos. La amplia conservación de esta vía incluye los organismos filogenéticamente más antiguos, y por esto se considera una de las vías metabólicas más antiguas

Etapas de la glucolisis

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. 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.

1er paso: Hexoquinasa

Glucosa + ATP Glucosa-6-fosfato + ADP

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,[6] 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.


2o paso: Glucosa-6-P isomerasa

Glucosa-6-fosfato Fructosa-6-fosfato

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.

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-enedio

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
Véase también: Fosfofructoquinasa-1

Fructosa-6-fosfato + ATP Fructosa-1,6-bifosfato
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.


4o paso: Aldolasa

Fructosa-1,6-bifosfato Dihidroxiacetona-fosfato + Gliceraldehído-3-fosfato

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.


5o paso: Triosa fosfato isomerasa

Dihidroxiacetona-fosfato Gliceraldehído-3-fosfato

Puesto 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 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 hemos gastado 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
6o paso: Gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa
Gliceraldehído-3-fosfato+ Pi + NAD+ 1,3-Bisfosfoglicerato + NADH + H+

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.




7o paso: Fosfoglicerato quinasa
1,3-Bifosfoglicerato+ ADP 3-Fosfoglicerato + ATP

En 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 transformo 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 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.




8o paso: Fosfoglicerato mutasa
Véase también: Fosfoglicerato mutasa

3-Fosfoglicerato 2-Fosfoglicerato

8. Se 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.




9o paso: Enolasa

2-Fosfoglicerato Fosfoenolpiruvato + H2O

9. 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.

10o paso: Piruvato quinasa

Fosfoenolpiruvato Piruvato

10. Desfosforilación del fosfoenolpiruvato, obteniéndose piruvato y ATP. Reacción irreversible mediada por la piruvato quinasa.

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 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).

glucolisis

La reacción global de la glucólisis es:

El ATP (adenosín trifosfato) es la fuente de energía universal de la célula.

NADH y H+, otorgan la capacidad de reducir otros compuestos pertenecientes a otras vías metabólicas, o bien para sintetizar ATP.

El piruvato es la molécula que seguirá oxidándose en el ciclo de Krebs, como parte de la respiración aeróbica, donde dará origen a más moléculas de NADH, que podrán pasar a sintetizar ATP en la mitocondria

Portada

Blog # 3: " Glucolisis,gluconeogenesis,glucogenesis y ciclo pentoso"

Nombre: Elide Carolina Romero Sanchez


Grupo: 201


Numero de lista: 38


Plantel: Conalep San Luis


Maestro: Varela Aleman Omar Guillermo


Fecha de entrega: 25/junio/2010


Materia:Identificacion de la biodiversidad


Profesional Tecnico en: Alimentos y Bebidas

ciclo pentoso

Constituye esta compleja ruta que conecta con el metabolismo de los glúcidos a través de la ribosa o ruta de las pentosas, la base metabólica más trascendental, para la información genética y la actuación de las importantes bases nitrogenadas, ya que a partir de esta ruta sintetizamos los nucleósidos, los nucleótidos y los ácidos nucléicos. Por tanto, la información genética para todos y cada uno de los sistemas enzimáticos que hemos empleado en el metabolismo intermediario depende de la correspondiente información genética de nuestros cromosomas. Asimimo, en esta ruta quedan patentes la formación de las grandes moléculas nucleotídicas como el ATP, GTP, UTP y CTP, que son a su vez claves en la definición y configuración de la energía biológica. Por otra parte, en esta misma ruta encontramos relacionados los aminoácidos básicos, como la histidina, y ácidos como el glutamato y la glutamina. Hacemos nuevamente uso del artificio metabólico de microorganismos para situar la síntesis de histidina, que al ser un aminoácido esencial, no podríamos biosintetizarlo, y que sin embargo sí que va a ser precursor del glutamato y de la histamina.












Reacciones que se producen en esta ruta:

Precursor/es Enzima / Proceso Producto/s

Ribosa Desoxirribosa

Desoxirribosa DNA

Ribosa RNA

Ribosa Fosforilación 5 - PRPP

5 - PRPP Fosforribosil transferasa Orotidilato

En esta reacción entra orotato.

Orotidilato Descarboxilasa UMP

En esta reacción aparece como producto CO2.

UMP Sintetasa CMP

En esta reacción entra ATP y glutamina y aparece como producto glutámico.

CMP CTP

UMP UTP

Glutamina

5 - PRPP Amidotransferasa 5 - fosforiboxilamina

5 - fosforiboxilamina Inositato (IMP)

En esta reacción entra ATP, glutamina, glicina y aspartato y aparece como productos glutámico y fumárico.

Inositato (IMP) Amidotransferasa

Deshidrogenasa Glutamato

En esta reacción entra glutamina y ATP y aparece como producto glutámico.

Glutamato GTP

Inositato (IMP) Sintetasa

Liasa Adenilato (AMP)

En esta reacción entra aspartato y GTP y aparece como producto fumarato.

Adenilato (AMP) Fosforilasa ATP

ATP Imidazol glicerol fosfato

En esta reacción entra glutamina y PRPP y aparecen como productos glutámico y AICAR.

Imidazol glicerol fosfato Hidratasa Imidazol acetol 3P

En esta reacción entra agua.

Imidazol acetol 3P Transaminasa L - histinidol - P

L - histinidol - P L - histinidol

En esta reacción aparece como producto PO3H2.

L - histinidol Deshidrogenasa Histidina
En esta reacción entra NAD+ y aparece como producto NADH+H+.

Histidina Histidina descarboxilasa Histamina
En esta reacción aparece como producto CO2.

Histidina Urocanato

En esta reacción aparece como producto NH3.

Urocanato Urocanasa imidazolona propionasa N - formiminoglutamato
En esta reacción entra agua.

N - formiminoglutamato Descarboxilasa

Hidratasa Glutamato

En esta reacción interviene el ácido fólico.

Glutamato Transaminasa Glutamina
En esta reacción entra NH.

sintesis y regulacion

Síntesis

En primer lugar, la glucosa es transformada en glucosa-6-fosfato por la accion de la enzima Hexocinasa, gastando una molécula de ATP.

glucosa + ATP → glucosa-6-P + ADP
A continuación se transforma la glucosa-6-fosfato en glucosa-1-fosfato con gasto de un ATP.

glucosa-6-P ←→ glucosa-1-P
Se transforma la glucosa-1-fosfato en UDP-glucosa, con el gasto de un UTP.

glucosa-1-P + UTP → UDP-glucosa + PPi
La glucógeno sintetasa va uniendo UDP-glucosa para formar el glucógeno.

(glucosa)n + UDP-glucosa → (glucosa)n+1 + UDP

Regulación

La glucogénesis es estímulada por la hormona insulina, secretada por las células β (beta) de los islotes de Langerhans del páncreas y es inhibida por su contrarreguladora, la hormona glucagón, secretada por las células α (alfa) de los islotes de Langerhans del páncreas, que estímula la ruta catabólica llamada glucogenólisis para degradar el glucógeno almacenado y transformarlo en glucosa y así aumentar la glicemia (azúcar en sangre). En general, en condiciones hipoglicemiantes la glucogénesis será inhibida, y en casos hiperglicemiantes ocurrirá lo contrario

glucogenesis

La glucogénesis, o también conocida por glucogenogenesis es la ruta anabólica por la que tiene lugar la síntesis de glucógeno (también llamado glicógeno) a partir de un precursor más simple, la glucosa-6-fosfato. Se lleva a cabo principalmente en el hígado, y en menor medida en el músculo.

Se forma por la incorporación repetida de unidades de glucosa, la que llega en forma de UDP-Glucosa a un partidor de glucógeno preexistente que consiste en la proteína glucogenina, formada por 2 cadenas, que al autoglicosilarse puede unir cada una de sus cadenas a un octámero de glucosas. Para que la glucosa-6-fosfato pueda unirse a la UDP requiere de la participación de dos enzimas, la primera consiste en una glucomutasa que modifica la posición del fosfato a glucosa-1-fosfato, con la cual interactúa la UDP fosforilaza la que cataliza la reacción entre UDP y el anterior sustrato.