Glucólisis: qué es, etapas y su importancia en la respiración celular
Glucólisis: descubre qué es, sus 10 etapas y su importancia en la respiración celular, aeróbica y anaeróbica; explicación clara del proceso metabólico universal.
La glucólisis es un proceso metabólico presente en la mayoría de los organismos y constituye la primera etapa de la respiración celular. Se lleva a cabo en el citoplasma y permite tanto la respiración aeróbica como la anaeróbica. Aunque por sí sola sólo libera una cantidad limitada de energía, sus productos son clave para obtener energía adicional en procesos posteriores.
Se considera que la glucólisis es un arquetipo de vía metabólica universal: ocurre, con variaciones, en casi todos los organismos —procariotas y eucariotas— y por eso se piensa que es una de las rutas metabólicas más antiguas conocidas.
La vía consta de diez reacciones secuenciales, con diez compuestos intermedios catalizados por diez enzimas diferentes. A continuación se describe el esquema general, el rendimiento energético y su importancia biológica.
Resumen general y rendimiento energético
- Substrato inicial: una molécula de glucosa (6 carbonos).
- Producto final: dos moléculas de piruvato (3 carbonos cada una).
- Rendimiento neto por glucosa: 2 ATP (ganancia neta) y 2 NADH. Además se generan 2 ATP adicionales en la fase de rendimiento, pero se consumen 2 ATP en la fase de inversión, de ahí el neto de 2 ATP.
- Localización: citosol celular.
Etapas principales
- Fase de inversión de energía (pasos 1–3): la glucosa se fosforila y se convierte en fructosa-1,6-bisfosfato. Se consumen 2 ATP (uno en la fosforilación inicial por hexocinasa/glucocinasa y otro en la reacción catalizada por la fosfofructoquinasa).
- Clivaje (paso 4): la fructosa-1,6-bisfosfato se divide en dos triosas de tres carbonos (dihidroxiacetona fosfato y gliceraldehído-3-fosfato), que se equilibran por la triosa fosfato isomerasa.
- Fase de rendimiento de energía (pasos 6–10): cada triose fosfato se oxida y, mediante fosforilaciones a nivel de sustrato, se generan 4 ATP (2 por cada triose) y 2 NADH en total, culminando en la formación de piruvato.
Enzimas clave (ejemplos)
- Hexocinasa / Glucocinasa (paso 1)
- Fosfofructoquinasa-1 (PFK-1) — punto de control principal (paso 3)
- Aldolasa (clivaje, paso 4)
- Triosa fosfato isomerasa (equilibrio entre triosas)
- Gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa (oxidación, paso 6)
- Fosfoglicerato quinasa y piruvato quinasa (producción de ATP)
Destino del piruvato: aeróbico vs anaeróbico
- Condiciones aeróbicas: el piruvato es transportado a la mitocondria (en eucariotas) y se convierte en acetil-CoA mediante la piruvato deshidrogenasa; el acetil-CoA entra en el ciclo de Krebs, y los NADH generados alimentan la cadena respiratoria para producir mucha más ATP.
- Condiciones anaeróbicas o en tejidos sin mitocondrias utilizables: el NADH producido en la glucólisis debe reoxidarse a NAD+ para que la vía continúe. Esto se consigue por fermentación: en células animales ocurre la fermentación láctica (piruvato → lactato), y en algunas levaduras y bacterias ocurre la fermentación alcohólica (piruvato → etanol + CO2).
Regulación
La glucólisis está regulada principalmente en la PFK-1, que responde a señales energéticas de la célula: AMP y fructosa-2,6-bisfosfato la activan, mientras que el ATP y el citrato la inhiben. Otras enzimas reguladas son la hexocinasa y la piruvato quinasa. A nivel hormonal, insulina y glucagón modulan la actividad metabólica global, favoreciendo o inhibiendo la captación y uso de glucosa.
Importancia biológica y aplicaciones
- Es esencial para la obtención de energía rápida en tejidos como músculo y eritrocitos (que dependen exclusivamente de glucólisis para obtener ATP).
- Proporciona precursores metabólicos (intermediarios) para rutas biosintéticas: aminoácidos, ácidos nucleicos y lípidos.
- Relevancia médica: muchos tumores muestran aumento de la glucólisis incluso en presencia de oxígeno (efecto Warburg), lo que tiene implicaciones diagnósticas y terapéuticas.
- Variantes: algunas bacterias emplean vías alternativas (por ejemplo, la vía de Entner–Doudoroff) en vez de la vía clásica embden‑meyerhof‑parnas.
En resumen, la glucólisis es una vía central, relativamente simple y altamente conservada que no solo suministra energía inmediata sino que también conecta y alimenta numerosas vías metabólicas celulares.
Proceso
Fase de preparación
La primera mitad de la glucólisis es la fase preparatoria. Comienza añadiendo un grupo fosfato a la glucosa (glucosa 6-fosfato). A continuación, la glucosa 6-fosfato se convierte en fructosa 6-fosfato. Se añade otro grupo fosfato convirtiéndola en fructosa -1,6- bifosfato. A continuación, la fructosa -1,6-bifosfato se divide en dos, una parte se convierte en G3P (gliceraldehído-3-fosfato) y en dihidroxiacetona fosfato. El fosfato de dihidroxiacetona se convierte en G3P, lo que nos deja con las dos moléculas de azúcar triosa G3P utilizadas en la fase de pago.
Fase de pago
La segunda mitad de la glucólisis se conoce como "fase de pago", por la ganancia neta de las moléculas ricas en energía ATP y NADH. Dado que la glucosa da lugar a dos azúcares triosas (G3P) en la fase preparatoria, cada reacción en la fase de pago ocurre dos veces por cada molécula de glucosa. Esto produce 2 moléculas de NADH y 4 moléculas de ATP, lo que lleva a una ganancia neta de 2 moléculas de NADH y 2 moléculas de ATP de la vía glucolítica por cada molécula de glucosa.
Resumen: 2ATP → 4ATP + 2(NADH + H+) + 2 piruvato (producción neta de 2ATP)
Respiración aeróbica
Las células que realizan la respiración aeróbica (respiración con oxígeno) sintetizan mucho más ATP, pero no como parte de la glucólisis. Estas reacciones posteriores utilizan el piruvato de la glucólisis.
La respiración aeróbica de los eucariotas produce unas 30 moléculas adicionales de ATP por cada molécula de glucosa. La glucólisis, a través de la respiración anaeróbica, es la principal fuente de energía en muchas células.
Páginas relacionadas
- Respiración celular (resumen)
- Reacción de enlace
- Ciclo de Krebs (ciclo del ácido cítrico)
- Cadena de transporte de electrones (ETC)
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es la glucólisis?
R: La glucólisis es un proceso metabólico que se observa en la mayoría de los organismos y es la primera etapa de la respiración celular.
P: ¿Qué tipo de respiración permite la glucólisis?
R: La glucólisis permite tanto la respiración aeróbica como la anaeróbica.
P: ¿Cuánta energía libera la glucólisis?
R: La glucólisis libera sólo una pequeña cantidad de energía.
P: ¿Qué significa la palabra "glucólisis"?
R: La palabra "glucólisis" proviene de las palabras griegas γλυκύς (que significa "dulce") y λύσις (que significa "ruptura").
P: ¿Cuál es la vía metabólica universal de la que se cree que la glucólisis es el arquetipo?
R: Se piensa que la glucólisis es el arquetipo de una vía metabólica universal.
P: ¿En qué organismos se produce la glucólisis?
R: La glucólisis se produce, con variaciones, en casi todos los organismos, tanto aerobios como anaerobios.
P: ¿Cuántos compuestos intermedios y enzimas tiene la glucólisis?
R: La glucólisis tiene diez compuestos intermedios, catalizados por diez enzimas diferentes.
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