Secuencia didáctica para profundizar en el tema de la glucólisis e ilustrar los mecanismos de regulación enzimática. La organización de la secuencia didáctica enfatiza la interpretación de diagramas científicos (gráficas y diagramas de flujo) usados en la literatura científica. Los dos casos de estudio son la función de la insulina en la absorción de glucosa y la respiración anaeróbica en el músculo.

1. Dr Omar Rafael Regalado Fernández
BIOLOGÍA – NIVEL DE EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR
BIOLOGÍA MOLECULAR | 1
Glucólisis
IDEAS PARA DESARROLLAR:
1. La glucólisis ocurre en el citoplasma de la célula.
2. Inicia cuando la glucosa, un monosacárido de seis carbonos, entra a través de la
membrana celular. Este proceso utiliza difusión facilitada.
3. La primera parte de la glucólisis agrega fosfato a los azúcares para evitar que la glucosa
siga entrando a la célula.
4. La sucesión de 10 reacciones químicas reorganiza los seis carbonos para poder romper el
azúcar en dos moléculas con tres carbonos, el ácido pirúvico (piruvato).
5. La regulación enzimática depende de inhibición alostérica y retroalimentación.
6. El proceso final libera dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa y la formación
de dos moléculas de la nicotinamida adenina dinucleótido-reducida (NADH2).
7. El piruvato tiene dos destinos: en la ruta anaeróbica produce lactato o etanol; en la ruta
aeróbica se oxida en dióxido de carbono.
Ruta metabólica
1. El siguiente diagrama representa los pasos generales en la oxidación de la glucosa en una
célula eucarionte. Usa este diagrama para contestar las siguientes preguntas.
a) Sugiere el tipo de reacción que elimina un
grupo fosfato de una molécula de ATP.
La fosforilación de la glucosa (primer parte del
diagrama donde la glucosa se transforma en
hexosa fosfato).
Hidrólisis de ATP (ruptura del ATP en ADP y un
grupo fosfato usando agua).
b) ¿Dónde tiene lugar la ruta glucolítica?
En el citosol (citoplasma) de cada célula.
c) ¿Qué compuestos corresponden a las
letras D, E y F?
D, segundo ATP
E, NAD
F, piruvato
d) En condiciones anaeróbicas, el compuesto F no procede hacia Ciclo de Krebs.
Describe el destino del compuesto F durante la respiración anaeróbica en una célula
animal y explica la importancia de esta reacción.
El piruvato se puede fermentar en lactato produciendo 2 NAD+, que luego se puede usar en
la última etapa de la glucólisis y seguir produciendo energía (ATP).

2. Dr Omar Rafael Regalado Fernández
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Producción de energía
2. La siguiente figura muestra los cambios de energía que ocurren durante una etapa de la
respiración celular. A, B, C y D son compuestos intermedios. La energía de activación es la energía
mínima necesaria en una molécula para producir una reacción química.
a) Indica en qué parte de la célula se llevaría a cabo esta etapa.
El diagrama representa la glucólisis (de glucosa a piruvato) que ocurre en el citoplasma.
b) Sugiere una explicación para los cambios de energía entre:
i. Tiempo 0 y T1: la glucosa es fosforilada por la adición de ATP; el enlace con
fósforo se considera un enlace de alta energía.
ii. Tiempo T1 a T2: el compuesto B (con 6 carbonos) es partido en dos moléculas
de tres carbonos (compuesto C). Los compuestos C y D liberan energía al pasarla a
moléculas de ATP y NADH. El piruvato es el compuesto final producido después de remover
enlaces de alta energía de la glucosa.
c) ¿Cuál es, en términos de estructura química, la principal diferencia entre los productos
intermedios A y B y entre C y D?
Los productos intermedios A y B tienen seis carbonos, mientras que los intermedios C y D
tienen tres carbonos.
d) El gráfico anterior corresponde a los procesos descritos en la siguiente vía:
i) Explica por qué las moléculas de ATP se utilizan en la primera etapa de la glucólisis.
El ATP proporciona energía de activación y hace que la glucosa sea más reactiva.
ii) ¿Qué tipo de reacción química ocurre en la conversión de triosa fosfato en piruvato?
Una reacción oxido-reducción (redox): Deshidrogenación del piruvato u oxidación del
piruvato o reducción de NAD.

3. Dr Omar Rafael Regalado Fernández
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Enzimas
La glucólisis es una secuencia de diez reacciones que se pueden entender en cuatro etapas. En
general, la glucólisis rompe la glucosa en dos moléculas con el mismo número de átomos, pero
en diferente arreglo, lo que hace que una secuencia de reacciones tenga nueve pasos y otra,
diez.
Etapa Descripción Enzimas
Reactivos →
productos
Activación de
la glucosa
Dos moléculas de ATP son
usadas para incorporar dos
fosfatos inorgánicos en la
molécula de glucosa, lo que
la hace más reactiva ya que
la energía de activación es
reducida.
Hexoquinasa (1x)
Glucosa → Glucosa-
6-fosfato
Glucosa-6-fosfato
isomerasa (1x)
Glucosa-6-fosfato →
Fructosa-6-fosfato
Fosfofructoquinasa
Fructosa-6-fosfato →
fructosa-1,6-bisfosfato
Ruptura
Las moléculas de hexosa
(azúcar de seis carbonos)
fosforiladas se rompen en
dos triosas (azúcar de tres
carbonos). Las dos triosas
son diferentes, por lo que
este paso requiere una
reacción extra para
isomerizar una de las triosas.
Aldolasa (1x)
Fructosa-1,6-
bisfosfato →
gliceraldehído-3-
fosfato +
dihidroxiacetona
fosfato
Triosafosfato
isomerasa (1x)
Dihidroxiacetona
fosfato →
gliceraldehído-3-
fosfato
Oxidación de
las triosas
Átomos de hidrógeno son
removidos de cada molécula
de fosfotriosas hacia el
acarreador NAD para
producir NADH (o NAD
reducido).
Gliceradehído-3-
fosfato
deshidrogenasa (2x)
Gliceraldehído-3-
fosfato → 1,3-
bisfosfoglicerato
Producción
de energía
Las fosfotriosas son
convertidas en piruvato,
removiendo los fosfatos del
azúcar hacia el ATP. Las
quinasas siempre mueven
fosfatos de una molécula a
otra. Una mutasa mueve
fosfatos de un átomo a otro
dentro de la misma molécula.
Fosfoglicerato
quinasa (2x)
1,3-bisfosfoglicerato
→ 3-fosfoglicerato +
ATP
Fosfoglicerato mutasa
(2x)
3-fosfoglicerato → 2-
fosfoglicerato
Fosfopiruvato
hidratasa (enolasa)
(2x)
2-fosfoglicerato →
fosfoenolpiruvato
Piruvato quinasa (2x)
Fosfoenolpiruvato →
piruvato + ATP

4. Dr Omar Rafael Regalado Fernández
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3. Los GLUT son proteínas de membrana integrales (canales) que ayudan a la difusión facilitada
de glucosa dentro y fuera de las células.
Tomada de Bermúdez et al. (2007) Biología molecular de los transportadores de glucosa: clasificación,
estructura y distribución. Archivos Venezolanos de Farmacología y Terapéutica. 26(2): 76-86.
http://ve.scielo.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0798-02642007000200002&lng=es
El canal GLUT tiene cargas negativas en sus extremos externos. 1) Las cargas negativas atraen
iones positivos, que alteran la configuración de la proteína, lo que 2) permite que la glucosa se una
al sitio activo. 3) Una vez dentro del canal GLUT, la proteína se restructura y mueve los iones
positivos y la glucosa hacia el interior, 4) el canal GLUT se disocia y libera primero 5) la glucosa
hacia el interior de la célula y después libera 6) los iones positivos.
a) Con base en la información anterior:
i. Nombra el proceso mediante el cual la glucosa entra a las células: difusión
facilitada o co-transporte, ya que la glucosa entra a la célula al mismo tiempo que iones
positivos.
ii. En dónde ocurre el transporte de glucosa: en la membrana celular.
b) Con base en la información anterior:
i. Explica las ventajas energéticas de que el primer paso de la glucólisis sea la
conversión de glucosa en glucosa-6-fosfato. La fosforilación reduce la energía de activación, lo
que hace que la glucosa sea más reactiva. Además, el fosfato cambia la estructura molecular
de la glucosa, por lo que no puede entrar al canal GLUT e impide que la glucosa salga de la
célula ya que la membrana celular no tiene canales para glucosa-6-fosfafato. Ya que la
glucosa se mueve utilizando difusión facilitada, un tipo de transporte pasivo, la conversión
de glucosa en glucosa-6-fosfato permite que la concentración de glucosa dentro de la célula
se mantenga baja causando que la glucosa continúe moviéndose en la dirección de su
gradiente de concentración.

5. Dr Omar Rafael Regalado Fernández
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ii. ¿Por qué la glucólisis es un proceso importante en los eritrocitos de la sangre? Los
eritrocitos no tienen mitocondrias, por lo que dependen enteramente de la glucólisis.
4. Estudia el diagrama de flujo a continuación, que se refiere a varias rutas metabólicas, y luego
responde las preguntas.
a) ¿Qué es la isomerización?
Es una reacción donde se cambia la estructura molecular conservando la misma fórmula
molecular.
b) Sugiere una razón por la que ocurre la isomerización de la glucosa a fructosa. Usa la
siguiente imagen para argumentar tu respuesta.
glucosa fructosa
Imagen tomada de Anatomy & Physiology,
Connexions Website, OpenStax College.
CC BY SA 3.0
La fructosa tiene un arreglo de carbonos simétrico, mientras que la glucosa no, ya que un
átomo de oxígeno forma parte del anillo del azúcar. Como la aldolasa (enzima que rompe la
glucosa en dos) requiere cortar el compuesto en dos con tres carbonos, un arreglo simétrico
requerirá menos energía.

6. Dr Omar Rafael Regalado Fernández
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c) ¿Cuál es la importancia de la etapa de deshidrogenación en la vía?
Producir NAD+ reducido (NADH, NADH2), que puede ser utilizado y oxidado de nuevo en otras
vías donde se sintetiza ATP, o para ser utilizado para construir otros polímeros, como las
proteínas.
d) Dependiendo de los organismos, el ácido pirúvico (piruvato) tendrá diferentes destinos.
i. Explica por qué las levaduras a veces pueden respirar para producir alcohol, pero
en otras ocasiones sólo producen dióxido de carbono y agua.
La levadura respira, lo que implica la producción de dióxido de carbono y agua mediate la
vía aeróbica cuando hay oxígeno disponible. Cuando falta oxígeno, el NADH2 debe oxidarse
de nuevo sin el uso de respiración aeróbica. Esto se hace descarboxilando el ácido pirúvico
(eliminando el CO2 del ácido pirúvico) para formar etano. Este se hidrogena (reduce) a etanol
utilizando NADH2 y produciendo en NAD+.
ii. ¿Por qué algunas bacterias, como Lactobacillus, producen ácido láctico?
Los lactobacilos toman el NADH2 y lo oxidan, hidrogenando (reduciendo) el ácido pirúvico a
ácido láctico.
iii. El fluoruro es un inhibidor de la enzima enolasa, la penúltima enzima de la
glucólisis que remueve un fosfato del piruvato ¿Por qué es ventajoso agregar flúor a la pasta de
dientes y al agua potable?
Las bacterias producen ácido láctico a partir de ácido pirúvico. El ácido láctico puede causar
caries del esmalte en los dientes; si se inhibe la enolasa, entonces las bacterias no pueden
producir el ácido láctico a partir del ácido pirúvico de la glucólisis. Además, si las bacterias
no producen ácido pirúvico, se reduce la eficiencia energética de la glucólisis.
5. Completa el siguiente resumen sobre las reacciones químicas que ocurren durante la glucólisis.
Reacciones Reactivos Enzimas Productos
Fosforilación
Inhibición por retroalimentación
Inhibición alostérica
ATP
ADP
NAD+
NADH
Alqueno
Alcano
Sitio activo
Fructosa-1,6-bifosfatasa
Fosfofructoquinasa
Deshidrogenasa
Enolasa
ADP
ATP
NAD
NADH
Alqueno
Alcano
La hexoquinasa fosforila la glucosa usando ATP, creando una molécula de glucosa que no puede
cruzar la membrana plasmática. La fosfofructoquinasa es la principal enzima que controla el flujo
de la glucólisis. Cuando la célula no consume suficiente ATP, el ATP inhibe la fosfofructoquinasa;
mientras que cuando la célula consume energía, los niveles de ADP incrementan y activan la
enzima. La glucólisis es regulada por inhibición por retroalimentación e inhibición alostérica.
La inhibición alostérica ocurre cuando el producto de una reacción inactiva la enzima al unirse a
otro sitio de la enzima y cambiar la forma del sitio activo. Además, la fructosa-2,6-bisfosfato
(F2,6P) inhibe la fructosa-1,6-bifosfatasa, pero activa la fosfofructoquinasa.

7. Dr Omar Rafael Regalado Fernández
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El fosfoenolpiruvato es un alqueno, ya que tiene un doble enlace de carbono, por lo tanto, la
enolasa cataliza la ruptura de un enlace doble. El fosfoenolpiruvato tiene el enlace fosfato con más
energía en los organismos (un mol de enlace libera 61.9 kilo Joules de energía), sin embargo, en
la glucólisis este no es el principal paso de generación de energía, sino la producción de 1,3-
bisfosfoglicerato catalizada por una deshidrogenasa; en este paso, electrones de alta energía son
removidos hacia los acarreadores de electrones, NAD+, que puede ser usado para producir energía
en otras rutas.
La energía liberada por la oxidación de la glucosa se almacena como ATP y NADPH. Para cada
molécula de glucosa convertida en piruvato en la vía glucolítica se utilizan inicialmente 2 moléculas
de ATP y se producen 4 moléculas de ATP para un rendimiento general de 2 moléculas de ATP
por glucosa.
Casos de estudio
6. En la diabetes tipo 2, las células diana no responden correctamente a la insulina producida
cuando hay un aumento en la concentración de glucosa en sangre. Sugiere por qué la fatiga
puede ocurrir en una persona con diabetes tipo 2 que no está tomando medicamentos. Utiliza el
diagrama a continuación para explicar tu respuesta.
Imagen tomada y traducida de Biology 2e, OpenStax.
CC BY SA 3.0
El receptor de insulina envía una señal a las vesículas que transportan los canales Glut4.
Cuando el receptor envía esta señal, la vesícula se fusiona con la membrana plasmática y
permite que la célula absorba glucosa a través del canal Glut4. Si no todos los canales se
translocan a la membrana celular, no toda la glucosa se oxidará y la producción de ATP y la
energía disponible disminuirán. La glucosa no utilizada en el torrente sanguíneo se
transportará al hígado y se transformará en glucógeno.

8. Dr Omar Rafael Regalado Fernández
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7. El tremetol es un veneno metabólico que se encuentra en la planta de raíz de ageratina
(Ageratina altissima) y previene el metabolismo del lactato. Cuando las vacas ingieren esta
planta, se concentra en la leche que producen. Las personas que consumen esta leche con el
veneno se enferman manifestando síntomas como vómitos, dolor abdominal y temblores, que
empeoran después del ejercicio ¿Por qué crees que este es el caso? Usa el siguiente diagrama
para argumentar tu respuesta.
Después del ejercicio, la mayoría de los músculos se habrán sometido a anoxia (demandan
más energía que oxígeno disponible) y dependerán de la respiración anaeróbica para
producir energía. La fermentación del piruvato en lactato produce NAD+ que luego puede
alimentar la glucólisis para seguir produciendo energía. El lactato se acumula en la sangre
y produce acidosis (una reducción en el pH de la sangre). Después del ejercicio, la
producción de lactato aumenta muchas más veces que antes del ejercicio, empeorando los
síntomas de acidosis.