Las Enzimas de la Glucólisis

Hola de nuevo!! En esta publicación hablaremos de Enzimas... específicamente de aquellas que actúan en el proceso degradativo de la glucosa, conocido como "Glucólisis".

Empecemos por explicar qué es la glucólisis:

    La glucólisis es la ruta degradativa de la glucosa, la principal molécula energética del organismo. Es una de las rutas más importantes del metabolismo, ya que constituye uno de los primeros en el procesamiento y aprovechamiento de la glucosa para la obtención de energía para la célula. La glucólisis puede considerarse como el proceso oxidativo de la glucosa, bien mediante su degradación hasta generar piruvato (como es el caso del que vamos a hablar hoy) o bien mediante su fermentación para dar ácido láctico.

    La glucólisis es la forma más rápida de conseguir energía para una célula y, en el metabolismo de carbohidratos, generalmente es la primera vía de combustión.

    El tipo de glucólisis más común y más conocida es la vía de Embden-Meyer-hoff, explicada inicialmente por Gustav Embden y Otto Meyerhoff. La ruta se encuentra estructurada en diez reacciones enzimáticas que permiten la transformación  de una molécula de glucosa a dos moléculas de piruvato, mediante un proceso catabólico.

    La glucólisis tiene lugar en el citoplasma de la célula, tanto de células eucariotas como procariotas, si bien en células vegetales algunas de las reacciones glucolíticas se encuentran también en el ciclo de Calvin (fase de fijación del CO2 de la fotosíntesis) que ocurre en los cloroplastos.

    Podemos dividir a la glucólisis en dos fases: la fase preparativa y la fase de beneficios o de rendimiento energético: (todo esto será explicado más detalladamente cuanto expliquemos la glucólisis reacción por reacción)

   - La fase preparativa: implica la transformación y escisión de la glucosa en dos triosas fosfato, el gliceraldehído-3-fosfato y la dihidroxiacetona fosfato. En esta fase se produce un gasto energético: dos moléculas de ATP por molécula de glucosa.

   - La fase de beneficios o de rendimiento energético: implica la transformación de la molécula de gliceraldehído-3-fosfato en piruvato, mediante una serie de reacciones que liberan energía. Se obtiene cuatro moléculas de ATP y dos de NADH + H+ por molécula de glucosa, por lo que se libera más energía que la gastada en la fase preparatoria.

   Luego de esta introducción con el simple fin de que podamos entender de qué es lo que estamos estudiando y para qué sirve, pasemos de explicar y analizar cada una de las reacciones de la glucólisis. En esta imagen podemos ver la serie de reacciones involucradas:

Enumeraremos las reacciones de arriba hacia abajo. Es importante que vayan mirando la imagen a medida que leen cada una de las reacciones para poder entender de mejor manera cada proceso y transformación.

1)_  Comenzamos viendo en la imagen que una molécula de glucosa se transforma en glucosa-6-fosfato. Este proceso o reacción se llama fosforilación de la glucosa a glucosa-6-fosfato y está catalizada por una enzima llamada Hexoquinasa. Esta enzima pertenece a la clase de las Transfersas: las quinasas catalizan la transferencia de un grupo fosfato a otra molécula desde un nucleósido trifosfato. Por ello se muestra en la imagen un gasto de ATP, molécula de la cuál extrae el grupo fosfato la hexoquinasa para poder fosforilizar a la glucosa agregando el fosfato en el cabrono 6 de la molécula.

2)_ En la segunda reacción vemos la conversión de la glucosa-6-fosfato a fructosa-6-fosfato. Esta es una reacción reversible catalizada por la fosfofructoisomerasa. Esta enzima pertenece a la clase de enzimas Isomerasas. Éstas catalizan reacciones que suponen un movimiento de un grupo o un doble enlace dentro de la molécula, lo que hace que se obtenga un nuevo isómero. En este caso, la fosfofructoisomerasa transporta el grupo carbonilo que se encontraba en el carbono 1 de la glucosa-6-fosfato (aldosa) al carbono 2 de la molécula transformándola en fructosa-6-fosfato (cetosa).

3)_ En tercer lugar vemos la segunda reacción de fosforilación en la que una fructosa-6-fosfato se transforma en una fructosa-1,6-bifosfato. Esta reacción es llamada fosforilación de la fructosa-6-fosfato a fructosa-1,6-bifosfato. Aqui se produce un gasto de energía de una molécula de ATP y es también irreversible. Está catalizada por la fosfofructoquinasa que al igual que la hexoquinasa forma parte de la clase de enzimas Transferasas. La fosfofructoquinasa "agrega" un grupo fosfato al carbono 1 de la molécula fructosa-6-fosfato, conviertiéndose así en fructosa-1,6-bifosfato.

4)_ En esta cuarta reacción vemos cómo una fructosa-1,6-bifosfato se "separa en dos mitades" distintas dando como resultado una dihidroxiacetona fosfato y un gliceraldehído-3-fosfato (G3P). 

Esta reacción es llamada "escisión" de la fructosa-1,6-bifosfato en dos triosas fosfato. Ésta es reversible y es catalizada por la enzima "aldolasa". Esta enzima pertenece a la clase de las Liasas, que generalmente catalizan la escisión reversible de enlaces carbono-carbono. En este caso, como producto de esta reacción tenemos una cetosa fosfato (grupo fosfato en el primer carbono o uno de los terminales, aunque igual pasa a llamarse 1) y una aldosa-3-fosfato (ya que su grupo fosfato se encuentra en el carbono 3 de la molécula).

5)_ En esta quinta reacción encontramos una reacción reversible entre estas dos triosas fosfato en la cual, ambas se "interconvierten". Esta reacción llamada "Interconversión de las triosas fosfato" es un equilibrio catalizado por la enzima triosa fosfato isomerasa. Dicho equilibrio se encuentra desplazado hacia la formación de gliceraldehído-3-fosfato, ya que es el compuesto que debe ser metabolizado en los siguientes pasos de la glucólisis. Esta enzima triosa fosfato isomerasa pertenece a la clase de las Isomerasas, ya que en esta reacción de interconversión se lleva a cabo un movimiento de un grupo funcional dentro de la molécula de triosa fosfato, formando así la cetosa o la aldosa respectivamente, aunque se formarán más aldosas que cetosas. 

6)_ A partir del gliceraldehído-3-fosfato, podemos conseguir 1,3-bifosfoglicerato a través de una oxidación de la primer molécula. Es decir, a través de la reacción de "oxidación del gliceraldehído-3-fosfato a 1,3-bifosfoglicerato". En este paso se oxida el grupo aldehído hasta una forma ácido, lo cuál permite obtener una molécula de NADH + H^+ por triosa fosfato, a la vez que se aprovecha para fijar un grupo fosfato a la molécula en su carbono 1 (por eso 1,3-bifosfoglicerato).

Esta reacción es reversible y está catalizada por la enzima gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa. Esta enzima pertenece a la clase de las "Oxidorreductasas", las cuales catalizan reacciones de oxidación y reducción. Aquí, los electrones que resultan eliminados de las sustancias que se oxidan son aceptados por el agente que cuasa la oxidación (agente oxidante), que sufre así un proceso de reducción. En este caso el agente oxidante o aceptor de electrones es el NAD+, que se reduce a NADH.

Esta reacción además constituye el primer paso de la fase de beneficios.

7)_ La séptima reacción consiste en la "primera fosforilación a nivel de sustrato" de la fase de rendimiento energético. Aquí se produce la síntesis de una molécula de ATP, gracias a la transferencia de un grupo fosfato desde el 1,3-bifosfoglicerato hasta un ADP, liberando ATP y 3-fosfoglicerato. La enzima que cataliza es la fosfoglicerato quinasa, y la reacción es reversible. Esta enzima, al ser una "quinasa", pertenece a la clase de las "Transferasas" ya que de nuevo se produjo la transferencia de un grupo fosfato de una molécula a otra, pero en este caso se ha transferido un fosfato desde el 1,3-bifosfoglicerato a un ADP para formar ATP, y así formar o aprovechar la energía de la triosa bifosfato, a partir de la unión de fosfatos en los nucleósidos resultantes (energía almacenada en uniones fosfato en ATP).

8)_ En esta reacción ocurre la "conversión del 3-fosfoglicerato a 2-fosfoglicerato". Aquí se produce un cambio en la posición del grupo fosfato en la triosa, en el que pasa de estar unido al carbono 3 para unirse al carbono 2, y así formar 2-fosfoglicerato. Esta reacción esta catalizada por la enzima fosfoglicerato mutasa y es además reversible. Esta enzima pertenece a la clase de las Isomerasas, las cuales, como habíamos dicho, catalizan reacciones que suponen el movimiento de un grupo o doble enlace en la molécula. Al tratarse de una "mutasa" lo que se pruduce es un cambio en la posición de un grupo fosfato.

9)_ En esta penúltima reacción ocurre la "deshidratación del 2-fosfoglicerato a fosfoenolpiruvato". Ésta es reversible y, además, permite la creación de un enlace fosfato de alta energía, que será aprovechado en el siguiente paso para obtener energía en forma de un nucleótido trifosfato. Esta reacción es catalizada por la enzima "enolasa". Ésta pertenece a la clase de las Liasas, caracterizadas por catalizar reacciones en las que se eliminan grupos H2O, CO2 y NH3 para formar un doble enlace o añadirse a uno.

Para formarse el fosfoenolpiruvato, la enolasa "arranca" el grupo -OH del carbono 3 del 2-fosfoglicerato y el H+ del carbono 2 del mismo. Es decir que se libera una molécula de H2O por triosa.

10)_ La última reacción de la glucólisis consiste en una "segunda fosforilación a nivel de sustrato". En ella se produce la síntesis de una molécula de ATP, gracias a la transferencia de un grupo fosfato desde el fosfoenolpiruvato hasta un ADP, liberando ATP y piruvato. Esta reacción es catalizada por la enzima piruvato quinasa que pertenece a la clase de las Transferasas, ya que transfieren un grupo químico de una molécula a otra. Al ser una quinasa, cataliza específicamente la transferencia de un grupo fosfato de una molécula a otra, en este caso, del fosfoenolpiruvato al ADP, formando ATP y piruvato.

Esta reacción es irreversible en condicones fisiológicas.

A continuación dejo una imagen un poco diferente a la enterior, que representa todo esto que estuvimos hablando y detallando.

Para la realización de esta publicación me asistí con el libro "Bioquímica: Conceptos esenciales. 2da Edición" Feduchi; Romero; Yáñez; Blasco; García-Hoz. pág.152-153 (enzimas) y 254-256 (glucólisis).

Recomiendo su lectura para una mejor comprensión.

Hasta la próxima Adictos a la Química!!!!