Glucólisis y Fermentaciones: Procesos Bioquímicos Esenciales

Glucólisis: El Camino de la Glucosa a Piruvato

La glucólisis es una ruta metabólica fundamental que convierte la glucosa en piruvato, liberando energía en forma de ATP y NADH. Este proceso se divide en dos fases principales:

Fase de Inversión de Energía (Preparatoria)

En esta fase inicial, se consume ATP para preparar la molécula de glucosa para su posterior escisión.

1. Transferencia del grupo fosforilo del ATP: Se consume ATP para formar Glucosa-6-Fosfato (G6P), una reacción catalizada por la enzima Hexoquinasa.
2. Isomerización: Conversión de Glucosa-6-Fosfato (G6P) a Fructosa-6-Fosfato (F6P), catalizada por la Fosfoglucosa Isomerasa.
3. Consumo del segundo ATP: Fructosa-6-Fosfato (F6P) se transforma en fructosa-1,6-bifosfato (FBP), catalizada por la Fosfofructoquinasa-1 (PFK-1). Esta enzima es estimulada alostéricamente por el AMP e inhibida alostéricamente por ATP y citrato.
4. Rotura: El FBP se rompe y forma Gliceraldehído-3-fosfato (GAP) y Dihidroxiacetona Fosfato (DHAP), gracias a la enzima Aldolasa. (Hasta aquí se consume energía).
5. Isomerización: GAP y DHAP son interconvertidos por la Triosa Fosfato Isomerasa.

(Al final de la primera fase: -2 ATP netos)

Fase de Generación de Energía (Beneficio)

En esta fase, se producen moléculas de ATP y NADH a partir de los productos de la primera fase.

6. Formación del primer intermediario de alta energía: La Gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa cataliza la oxidación y fosforilación del GAP, utilizando NAD+ y fosfato inorgánico, lo que produce 1,3-Bisfosfoglicerato (1,3-BPG).
7. Primera producción de ATP: Se forma el primer ATP, rindiendo 3-Fosfoglicerato (3PG), en una reacción catalizada por la Fosfoglicerato Quinasa (PGK).
8. Isomerización: La Fosfoglicerato Mutasa cataliza la conversión de 3PG a 2-Fosfoglicerato (2PG).
9. Formación del segundo intermediario de “alta energía”: La Enolasa cataliza la conversión de 2PG en Fosfoenolpiruvato (PEP), formando un complejo activo por la presencia de un catión de magnesio.
10. Producción del segundo ATP: La Piruvato Quinasa cataliza el acoplamiento del PEP a la síntesis de ATP, produciendo Piruvato.

(Al final de la glucólisis: Se forman 2 moléculas de ATP netas y 2 moléculas de NADH por 1 molécula de glucosa)

Fermentación: Regeneración de NAD+ en Ausencia de Oxígeno

Las fermentaciones son procesos metabólicos que permiten la regeneración de NAD+ en condiciones anaeróbicas, crucial para mantener la glucólisis activa.

Fermentación Homoláctica

• En el músculo, especialmente durante el ejercicio intenso, cuando la demanda de ATP es elevada y se ha consumido el oxígeno, la Lactato Deshidrogenasa (LDH) cataliza la oxidación del NADH por el piruvato para producir lactato. Los mamíferos poseen hasta cinco isoenzimas de la LDH (todas ellas tetraméricas).
• La mayor parte del lactato, producto final de la glucólisis anaeróbica, es exportado de las células musculares por la sangre hasta el hígado, donde vuelve a convertirse en glucosa (Ciclo de Cori).
• Al contrario de lo que se cree, la causa de la fatiga muscular y el dolor no es la acumulación de lactato en el músculo, sino del ácido producido durante la glucólisis (los músculos pueden mantener su carga de trabajo en presencia de concentraciones elevadas de lactato si el pH permanece constante).
• Los cazadores saben del sabor agrio de la carne de un animal que ha corrido hasta agotarse antes de morir. Esto se debe a la acumulación de ácido láctico en los músculos.

Fermentación Alcohólica

• En levadura, el NAD+ se regenera en condiciones anaeróbicas mediante un proceso de gran importancia para la humanidad: la conversión de piruvato a etanol y dióxido de carbono.
• El etanol es el componente activo de vinos y licores, y el CO2 producido en la panificación es el responsable de la "subida" del pan.
• La primera etapa es la descarboxilación del piruvato para formar acetaldehído y dióxido de carbono, catalizada por la Piruvato Descarboxilasa (ausente en animales) y que contiene el coenzima Pirofosfato de Tiamina (TPP) como grupo prostético.
• Una consecuencia de su falta en el hombre es la enfermedad del beriberi, que puede resultar mortal y se caracteriza por alteraciones neurológicas, parálisis, atrofia muscular y/o paro cardíaco.
• El acetaldehído formado por descarboxilación del piruvato es reducido a etanol por el NADH, en una reacción catalizada por la Alcohol Deshidrogenasa (ADH).
• La transferencia del hidrógeno (H) del NADH al acetaldehído está favorecida por un cofactor de Zn2+, que estabiliza la carga negativa de un intermediario que se forma en el proceso.