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Biología - Preparación Educación Superior
Curso: Biología - Preparación Educación Superior > Unidad 4
Lección 3: Respiración: anaeróbica y aeróbica de la glucosa, fosforilación oxidativa, balance energético- Introducción a la respiración celular
- Pasos de la respiración celular
- Glucólisis
- Fermentación y respiración anaeróbica
- La oxidación del piruvato
- El ciclo del ácido cítrico
- Fosforilación oxidativa
- Introducción a la respiración celular
- Respiración celular
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Glucólisis
La glucólisis es el primer paso en la degradación de la glucosa para extraer energía para el metabolismo celular. La glucólisis se compone de una fase que requiere energía, seguida de una fase que la libera.
Introducción
Vamos a suponer que les damos una molécula de glucosa a ti y una a Lactobacillus acidophilus, la amigable bacteria que convierte la leche en yogur. ¿Qué harían tú y la bacteria con sus respectivas moléculas de glucosa?
En general, el metabolismo de la glucosa en una de tus células es muy diferente al metabolismo de Lactobacillus; para más información, mira el artículo sobre fermentación. Sin embargo, los primeros pasos serían los mismos en ambos casos: tanto tú como la bacteria deberán romper en dos la molécula de glucosa mediante la glucólisis .
¿Qué es la glucólisis?
La glucólisis es una serie de reacciones que extraen energía de la glucosa al romperla en dos moléculas de tres carbonos llamadas piruvato. La glucólisis es una vía metabólica ancestral —o sea, que su evolución ocurrió hace mucho tiempo— y se encuentra en la gran mayoría de los organismos vivos hoy en día .
En los organismos que realizan respiración celular, la glucólisis es la primera etapa de este proceso. Sin embargo, la glucólisis no requiere de oxígeno, por lo que muchos organismos anaerobios —organismos que no utilizan oxígeno— también tienen esta vía.
Lo más destacado de la glucólisis
La glucólisis tiene diez pasos, pero según tus intereses —y las clases que estés tomando— quizá no quieras conocer todos los detalles de cada paso. Tal vez estás buscando una versión Grandes Éxitos de la glucólisis, algo que destaque los pasos y principios clave sin seguir el camino de cada átomo. Vamos a comenzar con una versión simplificada de la vía que muestra justo eso.
La glucólisis ocurre en el citosol de una célula y se puede dividir en dos fases principales: la fase en que se requiere energía, sobre la línea punteada en la siguiente imagen, y la fase en que se libera energía, debajo de la línea punteada.
- Fase en que se requiere energía. En esta fase, la molécula inicial de glucosa se reordena y se le añaden dos grupos fosfato. Los dos grupos fosfato causan inestabilidad en la molécula modificada —ahora llamada fructosa-1,6-bifosfato—, lo que permite que se divida en dos mitades y forme dos azúcares fosfatados de tres carbonos. Puesto que los fosfatos utilizados en estos pasos provienen de
, se deben utilizar dos moléculas de .
Los dos azúcares de tres carbonos formados cuando se descompone el azúcar inestable son diferentes entre sí. Solo uno —el gliceraldehído-3-fosfato— puede entrar al siguiente paso. Sin embargo, el azúcar desfavorable, , se puede convertir fácilmente en el isómero favorable, por lo que ambos completan la vía al final.
- Fase en que se libera energía. En esta fase, cada azúcar de tres carbonos se convierte en otra molécula de tres carbonos, piruvato, mediante una serie de reacciones. Estas reacciones producen dos moléculas de
y una de . Dado que esta fase ocurre dos veces, una por cada dos azúcares de tres carbonos, resultan cuatro moléculas de y dos de en total.
Cada reacción de la glucólisis es catalizada por su propia enzima. La enzima más importante para la regulación de la glucólisis es la fosfofructocinasa, que cataliza la formación de la inestable molécula de azúcar con dos fosfatos, fructuosa-1,6-bifosfato . La fosfofructocinasa acelera o frena la glucólisis en respuesta a las necesidades energéticas de la célula.
En resumen, la glucólisis convierte una molécula de glucosa de seis carbonos en dos moléculas de piruvato de tres carbonos. El producto neto de este proceso son dos moléculas de ( producidos invertidos) y dos moléculas de .
Los pasos a detalle: la fase en que se requiere energía
Ya vimos lo que pasa en términos generales durante la fase de la glucólisis en la que se requiere energía. Se gastan dos moléculas de para formar un azúcar inestable con dos grupos fosfato, el cual se rompe para formar dos moléculas de tres carbonos que son isómeros entre sí.
A continuación, veremos cada paso con mayor detalle. Cada paso es catalizado por su propia enzima específica, cuyo nombre se indica abajo de la flecha de reacción en el siguiente diagrama.
Paso 1. Un grupo fosfato se transfiere del a la glucosa y la transforma en glucosa-6-fosfato. La glucosa-6-fosfato es más reactiva que la glucosa y la adición del fosfato retiene la glucosa dentro de la célula, porque la glucosa con un fosfato es incapaz de atravesar por sí sola la membrana.
Paso 2. La glucosa-6-fosfato se convierte en su isómero, la fructosa-6-fosfato.
Paso 3. Un grupo fosfato se transfiere del a la fructosa-6-fosfato y se produce fructosa-1,6-bifosfato. Este paso lo cataliza la enzima fosfofructocinasa, que puede ser regulada para acelerar o frenar la vía de la glucólisis.
Paso 4. La fructosa-1,6-bifosfato se rompe para generar dos azúcares de tres carbonos: la dihidroxiacetona fosfato ( ) y el gliceraldehído-3-fosfato. Estas moléculas son isómeros el uno del otro, pero solo el gliceraldehído-3-fosfato puede continuar directamente con los siguientes pasos de la glucólisis.
Paso 5. La se convierte en gliceraldehído-3-fosfato. Ambas moléculas existen en equilibrio, pero dicho equilibrio "empuja" fuertemente hacia abajo, considerando el orden del diagrama anterior, conforme se va utilizando el gliceraldehído-3-fosfato. Es así que al final toda la se convierte en gliceraldehído-3-fosfato.
Los pasos a detalle: la fase en que se libera energía
En la segunda mitad de la glucólisis, los azúcares de tres carbonos formados en la primera mitad del proceso se someten a una serie de transformaciones adicionales para convertirse al final en piruvato. En el proceso se producen cuatro moléculas de junto con dos de .
Aquí estudiaremos con más detalle las reacciones que generan estos productos. Las reacciones mostradas a continuación ocurren dos veces por cada molécula de glucosa, puesto que la glucosa se rompe en dos moléculas de tres carbonos y ambas proceden por la vía.
Paso 6. Dos semirreaciones ocurren simultáneamente: 1) la oxidación del gliceraldehido-3-fosfato (uno de los azúcares de tres carbonos que se forma en la fase inicial), y 2) la reducción del en y . La reacción general es exergónica y libera la energía que luego se usa para fosforilar la molécula, lo que forma 1,3-bifosfoglicerato.
Paso 7. El 1,3-bifosfoglicerato dona uno de sus grupos fosfato al , lo transforma en una molécula de y en el proceso se convierte en 3-fosfoglicerato.
Paso 8. El 3-fosfoglicerato se convierte en su isómero, el 2-fosfoglicerato.
Paso 9. El 2-fosfoglicerato pierde una molécula de agua y se transforma en fosfoenolpiruvato ( ). El es una molécula inestable, lista para perder su grupo fosfato en el paso final de la glucólisis.
Paso 10. de inmediato dona su grupo fosfato al , y se forma la segunda molécula de . Al perder su fosfato, se convierte en piruvato, el producto final de la glucólisis.
¿Qué le sucede al piruvato y al ?
Al final de la glucólisis nos quedan dos moléculas de , dos de y dos de piruvato. Si hay oxígeno presente, el piruvato se puede degradar (oxidar) hasta dióxido de carbono en la respiración celular y así obtener más moléculas de . Puedes aprender cómo funciona esto en los videos y artículos sobre la oxidación del piruvato, el ciclo del ácido cítrico y la fosforilación oxidativa.
¿Qué pasa con el ? No puede solo estar por ahí en la célula, acumulándose. Eso es porque las células solo tienen un cierto número de moléculas de , que va y regresa entre sus estados oxidado ( ) y reducido ( ):
La glucólisis necesita para aceptar electrones durante una reacción específica. Si no hay disponible (porque todo está en forma de ), esta reacción no puede ocurrir y la glucólisis se detiene. Por lo tanto, todas las células necesitan una forma de convertir de para mantener la glucólisis andando.
Principalmente, hay dos formar de lograr esto. Cuando hay oxígeno presente, el puede donar sus electrones a la cadena de transporte de electrones y así regenerar para usar en la glucólisis. (Bono extra: ¡Se produce un poco de !).
En ausencia de oxígeno, las células pueden usar otras vías más simples para regenerar . En dichas vías, el dona sus electrones a una molécula aceptora en una reacción que no genera , pero regenera y la glucólisis puede continuar. Este proceso se llama fermentación y puedes aprender más sobre el en los videos sobre fermentación.
La fermentación es una de las principales estrategias metabólicas de muchas bacterias —incluyendo nuestra amiga de la introducción, Lactobacillus acidophilus . Incluso algunas células de tu cuerpo, como los glóbulos rojos, dependen de la fermentación para generar su .
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- ¿Cuáles son las enzimas que intervienen en la glucolisis?(6 votos)
- En órden en cuanto a cada paso: Hexoquinasa, fosfohexosa isomerasa, fosfofructoquinasa, aldolasa, fosfotriosa isomerasa, gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa, fosfoglicerato quinasa, fosfoglicerato mutasa, enolasa, piruvato quinasa.(15 votos)
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- Que sucede con el ATP en cada fase?(6 votos)
- Básicamente en la primer fase se gasta ATP y en la segunda fase se produce ATP.(5 votos)
- ¿Cuál es la ganancia neta de kilocalorias, en la glucolisis?(6 votos)
- Ecuación del balance general de la reaccion de la glucolisis(5 votos)
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- Que transportadores se emplean para poder utilizar la glucólisis(2 votos)
- ¿Cuantos ATP se producen a partir de 4 moléculas de gliceraldehido?(2 votos)
- Si dos moléculas de gliceraldehido 3-fosfato forman 4 ATP al tener cuatro moléculas de gliceraldehido 3-fosfato se producirán 8 ATP(2 votos)
- Cuales son las sustancias que intervienen en el proceso de glucólisis ?(2 votos)
- cuantas vueltas da una molécula de glucosa al ciclo de Krebs, hasta su completa degradación habiendo pasado primero por la glucolisis(1 voto)
- La glucosa queda degradada al finalizar la glucólisis, en el Ciclo de Krebs el único que inicia el ciclo es el ácido piruvico o piruvato.(1 voto)