CARBOHIDRATOS o glucidos

Familia de las Aldosas

Glicolisis

1. Introducción

Glicolisis o Glucolisis, ruta bioquímica principal para la descomposición de la glucosa en sus componentes más simples dentro de las células del organismo. Una ruta se refiere a una secuencia específica de reacciones catalizadas por enzimas que transforman un compuesto en otro biológicamente importante. La glicolisis se caracteriza porque puede utilizar oxígeno, si este elemento está disponible (ruta aerobia) o, si es necesario, puede continuar en ausencia de éste (ruta anaerobia), aunque a costa de producir menos energía..

2. Glucosa

La glucosa es un hidrato de carbono. Desde el punto de vista químico, estos compuestos se definen como derivados aldehídicos o cetónicos de alcoholes polihidroxílicos. El azúcar glucosa es el más importante. La mayor parte de los hidratos de carbono de la dieta se descomponen en glucosa y otros azúcares simples que son absorbidos por la mucosa intestinal. El hígado convierte estos otros azúcares sencillos, como la fructosa, en glucosa. En el organismo, todos los hidratos de carbono pueden sintetizarse a partir de glucosa.

La glucosa es un azúcar sencillo que se denomina monosacárido porque no puede descomponerse en otro más simple. Se llama hexosa porque contiene seis átomos de carbono y es un azúcar aldosa porque tiene un grupo aldehído. Por tanto, es un monosacárido aldohexosa. La fórmula estructural de su cadena en línea recta puede explicar algunas de sus propiedades; pero la estructura cíclica es termodinámicamente más estable y explica todas sus propiedades químicas.

Los niveles de glucosa en la sangre y en los tejidos están estrictamente regulados. El exceso se almacena en el hígado y los músculos en forma del hidrato de carbono polisacárido llamado glucógeno.

3. La ruta de la glicolisis

Al estudiar los cambios bioquímicos que se producían durante la contracción muscular se observó que cuando un músculo se contrae en ausencia de oxígeno (de forma anaerobia), se utiliza el glucógeno y aparecen como productos finales el ácido pirúvico y el ácido láctico. Sin embargo, si la contracción ocurre en presencia de oxígeno (de forma aerobia), no se acumula ácido láctico y el ácido pirúvico es oxidado completamente hasta dióxido de carbono y agua. En base a estas observaciones, se adoptó la costumbre de distinguir las fases aerobia y anaerobia en el metabolismo de los hidratos de carbono. Pero esta distinción es arbitraria, puesto que las reacciones con o sin oxígeno son las mismas, diferenciándose únicamente en el proceso final, que no tiene lugar en condiciones anaerobias.

4. Secuencia de reacciones en la glicolisis

La glicolisis es el proceso mediante el cual la molécula de glucosa, que posee seis átomos de carbono, se degrada enzimáticamente a través de una secuencia de diez reacciones catalizadas por enzimas para dar dos moléculas de ácido pirúvico, que poseen tres átomos de carbono cada una. En condiciones anaerobias el ácido pirúvico se transforma en ácido láctico. En conjunto, la ecuación de la glicolisis es la siguiente:

Glucosa + 2 ADP (difosfato de adenosina) + 2 Fosfato → 2 ácido pirúvico + 2 ATP (trifosfato de adenosina) + 4 H

Aunque las etapas intermedias implicadas son muchas y complejas, una visión simplificada podría describir el proceso como:

1. La incorporación inicial de dos grupos fosfato dentro de la molécula de glucosa de seis átomos de carbono, en un proceso denominado fosforilación de la glucosa. Los grupos fosfato los proporcionan dos moléculas de ATP, mediante la utilización de energía.

2. El compuesto intermedio de seis átomos de carbono que se forma, fructosa 1,6 fosfato, se rompe en dos compuestos más simples, con tres átomos de carbono cada uno.

3. Estos compuestos de tres átomos de carbono, fosfato de dihidroxiacetona y gliceraldeído 3-fosfato, son cada uno metabolizados para dar ácido pirúvico, en una vía con numerosos pasos intermedios. Durante este proceso, cada uno de los compuestos de tres átomos de carbono produce dos moléculas de ATP (cuatro en total), con lo que se genera una ganancia neta de dos moléculas de ATP, ya que dos moléculas de ATP se utilizaron en la etapa 1. Además, se producen dos moléculas del cofactor intermediario NADH (dinucleotido de nicotinamida y adenina), las cuales pueden ser oxidadas bajo condiciones aerobias, en una ruta separada que rinde seis moléculas de ATP.

4. Con aporte de oxígeno (glicolisis aerobia), las dos moléculas de ácido pirúvico resultantes pueden ser utilizadas por el ciclo mitocondrial del ácido cítrico (también llamado ciclo del ácido tricarboxílico o ciclo de Krebs) después de convertirse en acetil-CoA (acetil-coenzima A), produciendo 2 moléculas más de ATP. Durante el conjunto de glucolisis y ciclo de Krebs se liberan 24 átomos de hidrógeno, que se oxidan, en un proceso denominado fosforilación oxidativa, en el que se forman 34 moléculas de ATP. En el conjunto de todas estas reacciones de descomposición de la glucosa se generan CO2 y H2O como productos finales. En resumen, se pueden producir un total de 38 moléculas de ATP mediante el metabolismo completo de una molécula de glucosa bajo condiciones aerobias, pero sólo dos moléculas de ATP bajo condiciones anaerobias, porque en este caso el ácido pirúvico se transforma en ácido láctico sin producción adicional de ATP.

5. Por último, una de las moléculas intermediarias de tres átomos de carbono, el gliceraldeído-3 fosfato puede, en una reacción lateral, convertirse en 2,3 bifosfoglicerato, un compuesto que ayuda a la hemoglobina de los glóbulos rojos sanguíneos a descargar el oxígeno en los tejidos.

5. Importancia biomédica

La glicolisis es la principal ruta para el metabolismo de la glucosa, y conduce a la producción del compuesto intermediario acetil-CoA. Éste se oxida en el ciclo del ácido cítrico, produciendo energía en forma de ATP. También es la vía principal para el metabolismo de los otros azúcares simples de la dieta, fructosa y galactosa. La capacidad de la ruta de la glicolisis para funcionar con ausencia de oxígeno es de crucial importancia fisiológica, ya que proporciona ATP y permite a los músculos esqueléticos contraerse con extrema rapidez aun cuando el aporte de oxígeno resulte insuficiente. Ciertos tejidos, como el músculo esquelético, con una notable capacidad glucolítica, pueden resistir la anoxia (falta de oxígeno). Por el contrario, el músculo cardiaco, con sus numerosas mitocondrias y su abundante aporte de sangre, está adaptado a una función aerobia. Tiene una capacidad glicolítica relativamente pobre, por lo que resiste poco la anoxia.

Existen algunas enfermedades que hacen que las enzimas de la ruta glicolítica presenten una actividad deficiente. Se manifiestan principalmente como anemias hemolíticas (causadas por la destrucción de los glóbulos rojos de la sangre), ya que los glóbulos rojos dependen principalmente de la energía que se produce en la glicolisis, para hacer frente a las demandas de energía necesaria para el mantenimiento de la integridad estructural. En los cánceres en los que las células malignas se multiplican y crecen rápidamente, la tasa de la glucolisis es, a menudo, mayor que la que se requiere para la producción de energía mediante el ciclo del ácido cítrico en la mitocondria. Como consecuencia, estas células producen un exceso de ácido pirúvico, que se convierte en ácido láctico. De esta forma, la zona donde se localiza el tumor es relativamente ácida (el ácido láctico es ácido), un hecho que puede tener importancia para el tratamiento del cáncer. Un exceso similar de ácido láctico puede ser debido a otras circunstancias, tales como una deficiencia de la enzima piruvato deshidrogenasa, que metaboliza el ácido pirúvico. Esta enzima también puede ser inhibida por iones arsénico y mercurio, y por una deficiencia de tiamina (vitamina B1). Esto tiene importancia clínica, como en el caso de los alcohólicos con carencias nutricionales que a menudo presentan deficiencia de tiamina. Si reciben grandes cantidades de glucosa (por ejemplo, mediante goteo intravenoso), pueden desarrollar una rápida acumulación de ácido pirúvico que provocará una acidosis láctica, que con frecuencia resulta mortal.

ESQUEMAS DE GLICOLISIS

Ciclo de Krebs

Ciclo de Krebs, sucesión de reacciones químicas que ocurren dentro de la célula, mediante las cuales se realiza la descomposición final de las moléculas de los alimentos y en las que se producen dióxido de carbono, agua y energía. este proceso, que se lleva a cabo por la acción de siete enzimas, es conocido también por ciclo de los ácidos tricarboxílicos. El ciclo de Krebs ocurre en todos los animales, plantas superiores y en la mayoría de las bacterias. En los organismos que tienen células con núcleo, el ciclo tiene lugar dentro de un orgánulo membranoso que se llama mitocondria, una estructura que se compara a menudo con la central de producción de energía de la célula. El descubrimiento del ciclo es obra de Hans Adolf Krebs, un bioquímico británico que presentó este importante avance científico en 1937.

Los alimentos, antes de poder entrar en el ciclo del ácido cítrico, deben descomponerse en pequeñas unidades llamadas grupos acetilo. Cada grupo acetilo (CH3CO) contiene sólo dos átomos de carbono, junto con hidrógeno y oxígeno. Al comienzo del ciclo, un grupo acetilo se combina con una molécula con cuatro átomos de carbono llamada oxalacetato, para producir un compuesto con seis átomos de carbono: el ácido cítrico. En los restantes pasos del ciclo, la molécula de ácido cítrico se transforma, y pierde dos de sus átomos de carbono, que salen en forma de dióxido de carbono. Así mismo, se liberan también cuatro electrones. Estos viajan dentro de la célula gracias a una serie de moléculas transportadoras, la cadena transportadora de electrones, en la que se produce energía en forma de una molécula rica en energía llamada trifosfato de adenosina, o ATP, antes de reaccionar con el oxígeno para formar agua. Un producto adicional del ciclo es otra molécula con gran contenido energético, llamada trifosfato de guanosina, o GTP. La célula utiliza estas moléculas, el ATP y el GTP, como combustible en muchos procesos. Otra molécula usada como combustible, el fosfato de creatina, puede servir también para proveer de energía extra a las células del cerebro y de los músculos. La molécula original de oxalacetato se regenera al final del ciclo. Esta molécula puede reaccionar entonces con otro grupo acetilo y comenzar el ciclo de nuevo. En cada giro del ciclo se produce energía.

El ciclo de Krebs es una vía eficaz para convertir, dentro de la célula, los componentes de los alimentos en energía utilizable. En el ciclo, sólo se destruyen los grupos acetilo; tanto las siete enzimas que llevan a cabo las diferentes reacciones, como los compuestos intermedios sobre los que actúan, pueden volver a utilizarse una y otra vez. Muchos de los compuestos intermedios que se producen en el ciclo se usan también como materiales de construcción para la síntesis de aminoácidos, hidratos de carbono y otros productos celulares.