Bioquímica-Glucólisis-Problemario y notas.pptx

Glucólisis
Metabolismo celular
Micrografía electrónica de la levadura
Kazachstania humilis, una de las levaduras que
forman parte de la masa madre
Dr Omar Rafael Regalado Fernández 1

Introducción
•ocurre en el citoplasma de la célula.
•inicia cuando la glucosa, un monosacárido de
seis carbonos, entra a través de la membrana
celular.
•utiliza difusión facilitada.
Los siguientes escenarios ilustran
que la glucólisis:

Introducción
•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.
Conceptos generales

Introducción
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).
ATP glucosa
fosforilación
hidrólisis
P
P P

Introducción
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

Introducción
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).

Introducción
•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.
Producción de energía

Energía de activación (Ea)
Energía
Avance de la reacción
Sustratos
Productos
Sin enzima
Con enzima
Ea sin enzima
Ea con enzima
Energía liberada

Introducción
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 t0 y t1, y entre t1 y t2.
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.

Introducción
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.

Introducción
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.

Introducción
d) El gráfico 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.

Introducción
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.

Reacciones enzimáticas
•la primera parte de la glucólisis agrega fosfato a los
azúcares para evitar que la glucosa siga entrando a la
célula.
•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).
•la regulación enzimática depende de inhibición y
activación alostérica.
Los siguientes escenarios ilustran que:

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
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.

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

Regulación enzimática
Sustrato
Inhibición no competitiva
Inhibición alostérica Activación alostérica
Inhibición competitiva
Inhibidor
Enzima 1
Sitio activo
Sustrato
Inhibidor
Sitio
alostérico
Sitio activo
alterado
Enzima 2
Enzima 3
Activador
Sitio
alostérico
Sitio activo
alterado
Sustrato

Glucosa
Bromopiruvato
Hexoquinasa
Sitio activo
Fotografía de células de
Trypanosoma brucei (teñidas
en púrpura), causante de la
enfermedad tripanosomiasis
de la enfermedad del sueño,
entre los eritrocitos (glóbulos
rojos, descoloridos).
El bromopiruvato puede ser
usado como tratamiento al
detener la glucólisis en los
protozoarios.

Glucosa Sitio
alostérico
Hexoquinasa
Sitio activo
alterado
Glucosa-6-
fosfato
Glucosa-6-fosfato
Producto
La hexoquinasa se inhibe alostéricamente
por su producto, glucosa-6-fosfato.
Cuando la glucosa-6-fosfato se eleva por
encima de su nivel normal, la
hexoquinasa es inhibida temporal y
reversiblemente.

Glucosa
Sitio
alostérico
Hexoquinasa
Sitio activo
alterado
Fosfato
inorgánico
Cuando el ATP es utilizado por la célula y
se convierte en ADP y fosfatos
inorgánicos (Pi), por lo que su
concentración incrementa. El fosfato
inorgánico funciona como un activador
alostérico que indica que hay un déficit de
ATP.
ATP
P
P P
ADP

•Los GLUT son proteínas de
membrana integrales (canales) que
ayudan a la difusión facilitada de
glucosa dentro y fuera de las
células.
•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.
Activación

•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.
Activación

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. Identifica en dónde ocurre el transporte de glucosa:
en la membrana celular
iii. ¿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

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.

•Estudia el diagrama de flujo a
continuación, que se refiere a
varias rutas metabólicas, y luego
responde las preguntas.
•Relaciona el diagrama de flujo con
las diez reacciones enzimáticas
descritas anteriormente.
Ruptura y oxidación

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

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.
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.
glucosa fructosa

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+.
Fotografía de células de
levadura Saccharomyces
cerevisiae, utilizada en la
producción de pan, vino y
cerveza.

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.

Regulación de la glucólisis
•Completa el siguiente resumen
sobre las reacciones químicas que
ocurren durante la glucólisis.
Regulación
Reacciones Reactivos Enzimas Productos
Fosforilación
Activación
alostérica
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
activación alostérica e inhibición alostérica.

Regulación
Fosforilación
Activación
alostérica
ATP
ADP
NAD+
NADH
Alqueno
Alcano
Sitio activo
Fructosa-1,6-
bifosfatasa
Fosfofructoquinasa
Deshidrogenasa
Enolasa
ADP
ATP
NAD
NADH
Alqueno
Alcano
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.

Regulación
Fosforilación
Activación
alostérica
ATP
ADP
NAD+
NADH
Alqueno
Alcano
Sitio activo
Fructosa-1,6-
bifosfatasa
Fosfofructoquinasa
Deshidrogenasa
Enolasa
ADP
ATP
NAD
NADH
Alqueno
Alcano
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.
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.

Casos de estudio
• 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).
• el piruvato tiene dos destinos: en la ruta
anaeróbica produce lactato o etanol; en la ruta
aeróbica se oxida en dióxido de carbono.
Los siguientes casos de estudio
permiten ilustrar que:

Casos de estudio
•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.
Caso 1

Casos de estudio
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.

Casos de estudio
•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.
Caso 2

Casos de estudio
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.

Referencias
1. Clark, M. A., Douglas, M., & Choi, J.
(2018). Cellular Respiration. In Biology
2e. OpenStax.
https://openstax.org/books/biology-
2e/pages/7-introduction
2. Toole, G. (2020). AQA Biology: A level
student book. Oxford University Press.
3. 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.

Créditos
1. Diapositiva 19: fotografía de
Trypanosoma brucei, tomada por Alan R.
Walker, 2012. CC BY SA 3.0.
2. Diapositivas 27-28: diagramas de la
glucosa y fructosa. Imagen tomada de
Anatomy & Physiology, Connexions
Website, OpenStax College. CC BY SA 3.0
3. Diapositivas 35-36: Imagen tomada y
traducida de Biology 2e, OpenStax. CC BY
SA 3.0

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