La glucólisis es la vía metabólica que convierte la glucosa en piruvato a través de 10 reacciones enzimáticas, produciendo energía en forma de ATP y NADH. Cada molécula de glucosa se divide en dos moléculas de tres carbonos de piruvato, con una producción neta de 2 ATP y 2 NADH. El piruvato puede seguir diferentes rutas como la fermentación o el ciclo de Krebs para continuar generando energía de forma aerobia o anaerobia. La fosfofructoquinasa-1 es una enzima clave

1. Bioquímica
Universidad Autónoma de Chiapas
Facultad de Ciencias Químicas
Químico Farmacobiólogo
Dr. Erick Ruiz Romero
UNIDAD 3 GLICOLISIS Y CICLO DE KREBS

2. La glucosa es un buen combustible que su oxidación completa es dioxido de carbono y
agua transcurre con una variación de energía libre estándar de -2.840 kJ/mol. También
es un precursor excelente capaz de suministrar una cantidad de intermediarios
metabólicos para las reacciones biosintéticas.

3.  La glucólisis, un conjunto de reacciones que tienen lugar en todas las
células, se cree que es de las rutas bioquímicas más antiguas. Tanto las
enzimas como el número y mecanismos de los pasos de la ruta son muy
semejantes en procariotas y eucariotas. Además, la glucólisis es un
proceso anaerobio, que tuvo que surgir en la atmósfera con poco
oxígeno de la Tierra pre-eucariota.
 La glucólisis o glicólisis (del griego glycos, azúcar y lysis, ruptura), es la vía
metabólica encargada de oxidar la glucosa con la finalidad de obtener
energía para la célula. Consiste en 10 reacciones enzimáticas
consecutivas que convierten a la glucosa en dos moléculas de piruvato,
el cual es capaz de seguir otras vías metabólicas y así continuar
entregando energía al organismo
GLUCÓLISIS

4. En la glucólisis, que también se denomina ruta de Embdem-Meyerhof-
Parnas, cada molécula de glucosa se divide y convierte en dos unidades de
tres carbonos (piruvato). Durante este proceso se oxidan varios átomos de
carbono. La pequeña cantidad de energía que se captura durante las
reacciones glucolíticas (alrededor del 5 % de la total disponible) se almacena
temporalmente en dos moléculas de ATP y dos de NADH.

5. La glucólisis, que consta de 10 reacciones, tiene lugar en dos fases:
l. La glucosa se fosforila dos veces y se fracciona para formar dos moléculas
de gliceraldehído-3-fosfato (G-3-P). Las dos moléculas de ATP que se
consumen durante esta fase son una inversión, debido a que esta fase crea
los sustratos reales de la oxidación de una forma que se atrapan dentro de la
célula.
2. El gliceraldehído-3-fosfato se convierte en piruvato. Se producen cuatro
moléculas de ATP y dos de NADH. Debido a que se han consumido dos ATP
en la fase 1, la producción neta de ATP por molécula de glucosa es 2.
La ruta glucolítica puede resumirse en la siguiente ecuación:
D-Glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+
2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H20

6. 1. Síntesis de glucosa-6-fosfato.
 Inmediatamente tras entrar en una célula, la glucosa y otras moléculas de
azúcar se fosforilan.
 Las hexoquinasas, catalizan la fosforilación de las hexosas en todas las células
del organismo.
 El ATP, un cosustrato de la reacción, está formando complejo con el Mg2+.
(Los complejos ATP-Mg2+ son comunes en las reacciones catalizadas por
quinasas).

7. El hígado de los animales contiene cuatro hexoquinasas. Tres de estas enzimas, que
se encuentran en concentraciones variables en otros tejidos del organismo, poseen
afinidades elevadas por la glucosa con relación a su concentración en sangre (es
decir, quedan semisaturadas a concentraciones inferiores a 0.1 mM, aunque las
concentraciones de glucosa en sangre sean aproximadamente 4-5 mM). Además,
estas enzimas se inhiben de la fosforilación de las moléculas de glucosa por la
glucosa-6-fosfato, el producto de la reacción. Cuando las concentraciones de glucosa
en sangre son bajas, estas propiedades permiten a las células, como las del cerebro y
el músculo, obtener suficiente glucosa.
Cuando las concentraciones de glucosa en sangre son elevadas, las células no
fosforilan más moléculas de glucosa que las que se requieren para sus necesidades
inmediatas. La cuarta enzima, denominada hexoquinasa D (o glucoquinasa),
cataliza la misma reacción pero posee propiedades cinéticas significativamente
diferentes que permiten al hígado desviar la glucosa para su almacenamiento como
glucógeno. Esta capacidad proporciona los recursos que se utilizan para mantener
las concentraciones de glucosa en sangre, una función esencial del hígado.

8. La glucoquinasa requiere concentraciones de glucosa mucho mayores para su
actividad óptima (alrededor de 10 mM), Y no se inhibe por la glucosa-6-fosfato.
Por consiguiente, tras una comida con hidratos de carbono, el hígado no comienza
a retirar cantidades grandes de glucosa de la sangre para la síntesis de glucógeno
hasta que los otros tejidos hayan satisfecho sus requerimientos de esta molécula.
Entre las comidas, cuando cae la glucosa sanguínea, otra enzima única de las
células hepáticas (y del riñón en condiciones de inanición), denominada glucosa-
6-fosfatasa, facilita la liberación a la sangre del azúcar movilizado a partir de los
depósitos de glucógeno.

9. 2. Conversión de la glucosa-6-fosfato en fructosa-6-fosfato.

10. 3. Fosforilación de la fructosa-6-fosfato.
fosfofructoquinasa-l (PFK-1)
 debido a que el ATP se utiliza como agente fosforilante, la reacción tiene lugar con un
gran descenso de energía libre.
 La PFK-l es una enzima reguladora principal de la glucólisis. Su actividad se inhibe
alostéricamente por concentraciones elevadas de ATP Y citrato, que son indicadores
de que la carga energética de la célula es elevada y de que el ciclo del ácido cítrico.
 La concentración de AMP aumenta cuando la carga energética de la célula es baja y
es un mejor factor de predicción de la deficiencia energética que la concentración de
ADP. El AMP es un activador alostérico de la PFK-l.

11. La fructosa-2,6-bisfosfato es un activador alostérico de la actividad PFK-l en el
hígado y se sintetiza por la fosfofructoquinasa-2 (PFK-2) como respuesta a señales
hormonales relacionadas con la concentración de glucosa en sangre. Cuando la
concentración sérica de glucosa es elevada, el aumento de la fructosa-2,6-bisfosfato
estimulado por las hormonas aumenta coordinadamente la actividad de la PFK-1
(activa la glucólisis) y disminuye la actividad de la enzima que cataliza la reacción
inversa, la fructosa-l ,6-bisfosfatasa
La PFK-2 es una enzima bifuncional que se comporta como una fosfatasa cuando está
fosforilada como respuesta a la hormona glucagón (concentración baja de azúcar en
sangre) y actúa como una quinasa cuando está desfosforilada en respuesta a la
hormona insulina (concentración elevada de azúcar en sangre).

12. 4. Escisión de la fructosa-l,6-bisfosfato.
(G-3-P)(DHAP)
Esta reacción tiene una energía libre (ΔG) entre 20 a 25 kJ/mol, por lo tanto en condiciones
estándar no ocurre de manera espontánea. Sin embargo, en condiciones intracelulares la energía
libre es pequeña debido a la baja concentración de los sustratos, lo que permite que esta
reacción sea reversible

13. 5. Interconversión del gliceraldehído-3-fosfato y la dihidroxiacetona fosfato.
Puesto que sólo el gliceraldehído-3-fosfato puede seguir los pasos restantes de la glucólisis, la
otra molécula generada por la reacción anterior (dihidroxiacetona-fosfato) es isomerizada
(convertida) en gliceraldehído-3-fosfato. Esta reacción posee una energía libre en condiciones
estándar positiva, lo cual implicaría un proceso no favorecido, sin embargo al igual que para la
reacción 4, considerando las concentraciones intracelulares reales del reactivo y el producto, se
encuentra que la energía libre total es negativa, por lo que la dirección favorecida es hacia la
formación de G3P.
Éste es el último paso de la "fase de gasto de energía".

14. 6. Oxidación del gliceraldehído-3-fosfato.
El producto, el glicerato-l ,3-bisfosfato, contiene un enlace de energía elevada que puede
utilizarse en la reacción siguiente para generar ATP

15. 7. Transferencia del grupo fosforilo.
En este paso, la enzima fosfoglicerato quinasa transfiere el grupo fosfato de 1,3-
bifosfoglicerato a una molécula de ADP, generando así la primera molécula de ATP
de la vía. Como la glucosa se transformó en 2 moléculas de gliceraldehído, en total
se recuperan 2 ATP en esta etapa.

16. En el primer paso, el
sustrato, gliceraldehído-J-
fosfato, entra en el lugar
activo. Al catalizar la
enzima la reacción del
sustrato con un grupo
sulfhidrilo dentro del lugar
activo (Paso 2), el sustrato
se oxida (Paso J). El NADH
unido se reoxida por la
transferencia de un ion
hidruro
a un NAD+ citoplásmico
(Paso 4). El desplazamiento
de la enzima por el fosfato
inorgá nico (Paso S) I ibera el
producto, glicerato-I ,3-
bisfosfato,
volviendo así la enzima a su
forma original.

17. 8. Interconversión del 3-fosfoglicerato y 2-fosfoglicerato.
3-Fosfoglicerato 2-Fosfoglicerato

18. 9. Deshidratación del 2-fosfoglicerato.

19. 10. Síntesis de piruvato.

20. Cuando se dispone de oxígeno (izquierda), los organismos aerobios oxidan totalmente el piruvato a CO2 y H2O. En
ausencia de oxígeno, el piruvato puede convertirse en varias clases de moléculas reducidas. En algunas células (p.
ej., levaduras), se producen etanol y CO2 (centro). En otras (p. ej., células musculares), tiene lugar la fermentación
homoláctica en la cual el lactato es el único producto orgánico (derecha). Algunos microorganismos utilizan
reacciones de fermentación heteroláctica (no se muestran) que producen además de lactato otros ácidos o
alcoholes. En todos los procesos de fermentación el fin principal es regenerar el NAD+, de forma que pueda
continuar la glucólisis.
Destinos de piruvato

21. La fermentación alcohólica tiene lugar en las levaduras y varias especies bacterianas.

22. Reciclado del NADH durante la glucólisis anaerobia. El NADH producido
durante la conversión del gliceraldehído-3-fosfato en glicerato-l ,3- bisfosfato se
oxida cuando el piruvato se convierte en lactato. Este proceso permite a la célula
continuar produciendo ATP durante un periodo de tiempo corto hasta disponer de
nuevo de O2,

23. Ruta glucolítica.
En la glucólisis cada molécula de
glucosa se convierte en dos
moléculas de piruvato. Además,
se producen dos moléculas
de ATP y dos de NADH. Las
reacciones con flechas dobles son
reacciones reversible y las que
tienen una única flecha
son reacciones irreversibles que
sirven como puntos de control de
la ruta.

27. Rutas alimentadoras de la glucólisis

28. Destinos del piruvato en condiciones anaeróbicas

29. El etanol es un producto reducido en la fermentación alcohólica

31. Ruta de la pentosa fosfato
La ruta de la pentosa fosfato, ruta del fosfogluconato, ruta de las
hexosas monofosfato, lanzadera o shunt de las pentosa fosfato, es
una ruta metabólica estrechamente relacionada con la glucólisis, durante la cual se
utiliza la glucosa para generar ribosa, que es necesaria para la biosíntesis
de nucleótidos y ácidos nucleicos. Además, también se obtiene poder reductor en
forma de NADPH que se utilizará como coenzima de enzimas propias del
metabolismo anabólico.
De esta manera, este proceso metabólico, el cual es regulado por insulina, tiene
una doble función, ya que la glucosa se usa para formar NADPH, mientras que
también se puede transformar en otros componentes del metabolismo,
especialmente pentosas, utilizadas para la síntesis de nucleótidos y de ácidos
nucleicos. Así, se forma un puente entre rutas anabólicas y catabólicas de la
glucosa.
La ruta de la pentosa fosfato tiene lugar en el citosol, y puede dividirse en dos
fases:
Fase oxidativa: se genera NADPH.
Fase no oxidativa: se sintetizan pentosas-fosfato y otros monosacáridos-fosfato.

33. Insulina
La insulina es una hormona polipeptídica
formada por 51 aminoácidos, producida y
secretada por las células beta de los islotes de
Langerhans del páncreas.
La insulina interviene en el aprovechamiento
metabólico de los nutrientes, sobre todo con el
anabolismo de los glúcidos.
La síntesis de la insulina pasa por una serie de
etapas. Primero la preproinsulina es creada por
un ribosoma en el retículo endoplasmático
rugoso (RER), que pasa a ser (cuando pierde su
secuencia señal) proinsulina. Esta es importada al
aparato de Golgi, donde se modifica, eliminando
una parte y uniendo los dos fragmentos restantes
mediante puentes disulfuro.

34. Las células beta fabrican insulina en etapas. La primera etapa es la
producción de la proinsulina. La proinsulina es una molécula formada por
una cadena proteínica de 81 aminoácidos, que es precursora de la insulina.
Las células Beta del páncreas procesan la proinsulina convirtiéndola
en insulina por la sustracción enzimática del péptido C, que es una
estructura de 30 aminoácidos que conecta las cadenas A y B (de 21 y 30
aminoácidos, respectivamente).

35. La insulina tiene una importante función reguladora sobre el metabolismo,
sobre el que tiene los siguientes efectos:
 Estimula la glucogenogénesis.
 Inhibe la glucogenolisis.
 Aumenta el transporte de glucosa en el músculo esquelético
y en el tejido adiposo.
 Aumenta la retención de sodio en los riñones.
 Aumenta la re-captación celular de potasio y amino-ácidos.
 Disminuye la gluco-secreción hepática.
 Promueve la glucólisis.
 Favorece la síntesis de triacilgleceroles (triglicéridos). Para
ello, estimula la producción de acetil-CoA (por ejemplo, al
acelerar la glucólisis), y también estimula la síntesis de
ácidos grasos (componentes de los triacilgliceroles) a partir
de la acetil-CoA.
 Estimula la síntesis de proteínas.

36. En la diabetes tipo I, y en algunos casos en la tipo II se hace necesaria la inyección de
insulina para mantener un nivel correcto de glucosa en sangre. Existen los siguientes
tipos de insulinas:
 Insulinas de acción rápida.
 Insulinas de acción corta llamada regular.
 Insulinas de acción intermedia o NPH.
 Insulinas de acción prolongada.
 En muchos casos se combina el tratamiento con estos tipos de insulina.
También por su zona de inyección las podemos clasificar como:
 Insulinas subcutáneas: Cualquier insulina, ya sea de acción rápida o retardada.
 Insulinas endovenosas: Solo las insulinas de acción rápida que no poseen
retardantes.
Dependiendo del retardante utilizado podemos clasificar las insulinas de la siguiente
manera:
 Insulinas que utilizan zinc como retardante.
 Insulinas que utilizan otras proteínas como la protamina como retardantes.

37. Fase oxidativa
Durante fase oxidativa, a partir de glucosa-6-fosfato obtenida mediante la
fosforilación de la glucosa libre, se obtiene NADPH y finalmente se forma la
pentosa ribulosa-5-fosfato, motivo por el cual este proceso metabólico se
denomina “la ruta de la pentosa fosfato”.

38. Los glóbulos rojos de la sangre necesitan grandes cantidades de
NADPH para la reducción de la hemoglobina oxidada y para poder regenerar
el glutatión reducido, un antioxidante que presenta importantes
funciones como la eliminación de peróxidos y la reducción de
ferrihemoglobina (Fe3+). Estas necesidades se ven cubiertas gracias a la ruta
de la pentosa fosfato con el intermediario de reducción NADPH. Sin
embargo, si existe este defecto genético, debido a la ingesta de algún
determinado medicamento, como el antimalárico primaquina, o algunos
vegetales, como por ejemplo las habas, los eritrocitos se distribuyen en un
lugar de debilidad, pudiendo desenvolver en una grave anemia hemolítica.
Esta mutación genética podría aumentar la producción de peróxidos y con
ello también habría la oxidación de los lípidos de membrana, junto a la
aceleración de la degradación de los eritrocitos. De este modo, se puede
observar como la ruta de la pentosa fosfato es la única vía metabólica por la
cual estas células pueden producir NADPH

39. El glutatión (también glutationa) (GSH)​ es un tripéptido no proteínico constituido
por tres aminoácidos: glutamato, cisteína y glicina. Contiene un enlace
peptídico inusual entre el grupo amino de la cisteína y el grupo carboxilo de la
cadena lateral del glutamato.
Se trata del principal antioxidante de las células, es ubicuo y ayuda a protegerlas de
las especies reactivas del oxígeno, como los radicales libres y los peróxidos.
Es nucleofílico en azufre y ataca los aceptores conjugados electrofílicos venenosos.
Los grupos tiol se mantienen en un estado reducido a una concentración de
aproximadamente ~ 5 mM en células animales. En efecto, el glutatión reduce
cualquier enlace disulfuro formado dentro de proteínas citoplasmáticas de
cisteínas, al actuar como un donante de electrones. En el proceso, el glutatión se
convierte en su forma oxidada, llamada disulfuro de glutatión (GSSG). En las
células, el glutatión se encuentra principalmente en su estado reducido (GSH) y, en
mucha menor proporción, en su estado oxidado (GSSG).

40. La reacción general de esta primera fase es:
Glucosa-6-fosfato + 2 NADP+ + H2O → Ribulosa-5-fosfato + 2 NADPH + 2 H+ + CO2
Así, se puede ver como el NADPH es usado en la síntesis de ácidos grasos y
colesterol, reacciones de hidroxilación de neurotransmisores, detoxificación
de peróxidos de hidrógeno, así como en el mantenimiento del glutatión en
su forma reducida.
Glutatión
Ácido(2S)-2-Amino-4-{[(1R)-1-[(carboximetil)carbamoil]-2-sulfaniletil]carbamoil}butanoico

41. Fase no oxidativa
La fase no oxidativa de la ruta de la pentosa fosfato se inicia en caso que la célula
necesite más NADPH que ribosa-5-fosfato. En este segundo proceso se
encuentran una compleja secuencia de reacciones que permiten cambiar los
azúcares C3, C4, C5, C6 y C7 de las pentosas para poder formar
finalmente gliceraldehído-3-fosfato y fructosa-6-fosfato, los cuales
podrán seguir directamente con la glucólisis.
Esta fase conlleva toda una serie de reacciones reversibles, el sentido de las
cuales depende de la disponibilidad del sustrato. Asimismo, la isomerización de
ribulosa-5-fosfato a ribosa-5-fosfato es también reversible. Esto nos permite
poder eliminar el excedente de ribosa-5-fosfato para acabar transformándolo en
productos intermediarios de la glucólisis.

42. Reactivos Productos Enzima
Ribulosa-5-fosfato → Ribosa-5-fosfato
Ribosa-5-fosfato
Isomerasa
Ribulosa-5-fosfato
→ Xilulosa-5-
fosfato
Ribulosa-5-fosfato
3-Epimerasa
Xilulosa-5-
fosfato + Ribosa-5-
fosfato
→ Gliceraldehído-
3-
fosfato + Sedohept
ulosa-7-fosfato
Transcetolasa
Sedoheptulosa-7-
fosfato + Gliceralde
hído-3-fosfato
→ Eritrosa-4-
fosfato + Fructosa-
6-fosfato
Transaldolasa
Xilulosa-5-
fosfato + Eritrosa-4-
fosfato
→ Gliceraldehído-
3-
fosfato + Fructosa-
6-fosfato
Transcetolasa