Glucólisis: qué es y cuáles son sus fases

La glucólisis es un proceso basado en reacciones químicas que ayudan al organismo a obtener energía a partir de la glucosa. A pesar de que es una ruta metabólica muy antigua, sigue presente en los organismos vivos, siendo esencial en la especie humana. Pero para que se lleve a cabo este proceso, se requiere la intervención de distintas enzimas que ayudan a generar otras moléculas.

Gracias a su participación, se logra dividir la glucólisis en 10 pasos, que se agrupan en dos fases según sea necesario invertir o liberar ATP. Como resultado final, será posible obtener piruvato o lactato que podrán ser utilizados en otros procesos metabólicos.

¿Qué es la glucólisis?

La glucólisis, también es denominada como la ruta Embden-Meyerhof-Parnas, es la ruta metabólica más antigua para la degradación de los carbohidratos, principalmente la glucosa, en los organismos vivos. Esta palabra deriva de los términos griegos glykys que significa dulce, y lysis que se traduce como dividir. De esta forma, este proceso queda definido como la oxidación de la molécula de la glucosa provocando su ruptura. Gracias a esto, se produce energía química, o ATP, que será aprovechada por el organismo.

La división de esta molécula permite que se formen dos moléculas de piruvato, siendo estas consideradas el producto final de la glucólisis. Sin embargo, es un proceso bastante complejo que implica 10 reacciones enzimáticas consecutivas que se producen en el citosol. Al mismo tiempo, su funcionamiento puede ser de forma aeróbica como anaeróbica, y esto se define según la disponibilidad de oxígeno y de la cadena de transporte de electrones, así como de la mitocondria.

Se habla de glucólisis aeróbica cuando existe presencia de oxígeno. En este caso, el piruvato entra a la mitocondria para someterse a un proceso de oxidación donde se forma la acetilcoenzima A o Acetil-CoA. Mientras que en la glucólisis anaeróbica existen bajos niveles de oxígeno, provocando que el piruvato se reduzca a lactato. Gracias a esto es posible que los eritrocitos que carecen de mitocondria pueden obtener combustible a través de la glucólisis anaeróbica.

Las fuentes de carbohidratos se pueden obtener de varios azúcares simples. En el caso de los seres humanos, resulta más frecuente el consumo de azúcar de mesa, conocido como sacarosa que a su vez se divide en moléculas de glucosa y fructosa. Y también la lactosa, compuesto por glucosa y galactosa. Las enzimas sacarasa y lactasa serán las encargadas de descomponer estos nutrientes en azúcares simples.

Características de la glucólisis

La glucólisis se ha considerado como un proceso metabólico de gran importancia para que el organismo sea capaz de obtener energía para cumplir variedad de funciones. Se puede comprender de una forma más simple teniendo en cuenta las siguientes características que lo definen:

• Se considera como la única ruta metabólica a través de la cual es posible generar ATP sin la intervención del oxígeno. O en aquellos casos donde la célula no posee mitocondria, algo que sucede con los glóbulos rojos. Como resultado, el piruvato es reducido a lactato.
• Cuando existe presencia de oxígeno, tras la glucólisis, el piruvato ingresa al ciclo del ácido tricarboxílico o TCA, ruta metabólica que se produce en las mitocondrias para producir ATP.
• En cualquiera de estas rutas metabólicas, tanto la glucólisis como el TCA, los metabolitos obtenidos pueden ingresar a rutas anabólicas que permitan producir NADP y otros compuestos. Esto permitirá la formación de glucógeno, lípidos y nucleótidos, al mismo tiempo que favorece la síntesis de proteínas. También influyen en las vías biosintéticas de los intermediarios glucolíticos que intervienen en distintas rutas metabólicas que permiten la formación de ribosa, hexosamina, serina y glicerol.

Fases de la glucólisis

Al tratarse de un proceso tan complejo, el estudio de la glucólisis ha sido dividido en dos fases para lograr una comprensión más sencilla de esta ruta metabólica. De esta manera, se especifica:

Fase de demanda de energía

Durante la primera fase, a través de la glucólisis se logra que la molécula de glucosa se logre dividir en piruvato, siendo dos moléculas de tres carbonos. Este primer proceso se divide en 5 pasos, los cuales implican las primeras 5 reacciones químicas:

• Hexoquinasa: implica la intervención de la enzima hexoquinasa que da inicio a la activación de la glucosa para que pueda ser utilizada durante todo el proceso de glucólisis. A través de esta, se logra convertir la molécula de glucosa en glucosa-6-fosfato. Aquí el ATP se convierte en ADP.
• Fosfoglucosa isomerasa: esta enzima actúa sobre glucosa-6-fosfato para lograr transformarla en fructosa-6-fosfato. Se considera una reacción reversible, teniendo implicaciones durante la gluconeogénesis.
• Fosfofructoquinasa: la enzima permite la transformación de la fructosa-6-fosfato en fructosa-1.6-bisfosfato. Al mismo tiempo, al igual que en el primer paso, un ATP se convierte en ADP. Durante esta fase es necesaria la intervención del magnesio. Además, es un proceso irreversible, por lo que se produce la estabilización de la glucólisis.
• Bisfosfato de aldolasa: permite una reacción que logra que la fructosa 1.6-bifosfato se transforme en dos moléculas que son azúcares de tipo isómeros. Cada una contiene tres átomos de carbono, siendo estas gliceraldehído-3-fosfato y dihidroxiacetona fosfato (DHAP).
• Triosa fosfato isomerasa: esta enzima actúa sobre las dos moléculas obtenidas en el paso anterior para formar gliceraldehído-3-fosfato. Durante esta parte del proceso se agota la DHAP, aunque sigue siendo una fase reversible.

Fase de liberación de energía

La segunda mitad del proceso de glucólisis permite que el gliceraldehído-3-fosfato se convierta en azúcares de tres carbonos con la ausencia del grupo fosfato, siendo conocido como piruvato. Al mismo tiempo, se produce liberación de energía a medida que las moléculas se vuelven más estables. También se compone de 5 pasos, siendo estos: 

• Gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa: una enzima de gran importancia en glucólisis que permite transformar el gliceraldehído-3-fosfato en 1,3-bisfosfoglicerato. Aquí se produce la deshidrogenación de la molécula gliceraldehído-3-fosfato, lo cual permite añadir un fosfato inorgánico. Al mismo tiempo, es un proceso dependiente de NAD, que a su vez libera un ión H+ de NAD+ a NADH.
• Fosfoglicerato quinasa: gracias a esta enzima la molécula 1,3-bisfosfoglicerato recibe un fosfato que permite que se convierta en 3-fosfoglicerato. También se consigue la transformación de ADP en ATP.
• Fosfoglicerato mutasa: la enzima permite obtener 2-fosfoglicerato al mover el tercer carbono a la posición del segundo carbono.
• Enolasa: la acción de esta enzima permite obtener fosfoenolpiruvato (PEP) a través de la liberación de la molécula de agua. Este se considera un precursor de ácido pirúvico, dando lugar a la fase previa a la finalización de la glucólisis.
• Piruvato kinasa: permite obtener piruvato del fosfoenolpiruvato con la transferencia de la molécula de fósforo al adenosín difosfato. Al mismo tiempo, se transforma ADP en ATP. 

¿Cómo genera la glucólisis energía?

La forma en que se obtiene energía a través de la glucólisis se puede resumir de la siguiente forma:

• Si bien no requiere exclusivamente la intervención de oxígeno para obtener ATP, se observa que no se produce pérdida de oxígeno o carbonos durante el proceso.
• Para transformar la glucosa en piruvato, se necesita la acción de 10 enzimas. Cinco de estas actúan sobre la primera fase que requieren la inversión de dos moléculas de ATP que son utilizadas para metabolizar las moléculas de gliceraldehído 3-fosfato. Mientras que las cinco restantes forman parte de la segunda fase donde dos moléculas de gliceraldehído 3-fosfato permiten la formación de dos moléculas de piruvato, al mismo tiempo que se generan cuatro moléculas de ATP.
• Los pasos 1, 3 y 10 son reguladores e irreversibles, impulsados por una reacción exergónica que dirige el flujo general hacia el piruvato.
• Dependiendo si la glucólisis es anaeróbica o aeróbica, se puede obtener lactato o el piruvato ingresa al ciclo de TCA.

Los intermediarios de la glucólisis

Se reconoce que los intermediarios de la glucólisis pueden formar partes de otras vías biosintéticas. Esto dependerá de si existe oxígeno para formar ATP o no. De esta forma se reconoce:

• La molécula glucosa-6-fosfato puede ingresar a la ruta pentosa fosfato que permite obtener NADP, implicado en mantener la capacidad antioxidante y ribosa, ambos esenciales para el ADN y ARN. Al mismo tiempo, esta molécula interviene en la formación de glucógeno.
• La fructosa-6-fosfato puede ingresar a la vía de la hexosamina permitiendo la formación de aminoazúcares, los cuales se encuentran en el proceso de obtención de glicoproteínas, glicolípidos y proteoglicanos.
• A través del fosfato de dihidroxiacetona se puede obtener glicerol 3-fosfato, el cual favorece la formación de lípidos.
• El 1.3-bisfosfoglicerato se transforma en 2.3-bisfosfoglicerato, molécula implicada en la regulación de la hemoglobina.
• A través del  3-fosfoglicerato se puede obtener serina, un aminoácido implicado en la síntesis de cisteína y glicina.
• Con el piruvato se puede obtener alanina.

Diferencia entre glucólisis y gluconeogénesis

Durante la glucólisis se produce la ruptura de la molécula de la glucosa, lo cual permite la producción de energía para las células del organismo. De esta forma, cuando se habla gluconeogénesis, se hace referencia a un proceso contrario a través del que se busca la formación de glucosa. Esto es posible utilizando precursores no glucídicos.

Esta ruta metabólica se da a lugar principalmente en el hígado, aunque también se encuentran implicados los riñones. Se basa en la utilización de fuentes de carbono como aminoácidos, lactato, piruvato, glicerol y ácidos carboxílicos. De esta forma se logra proporcionar glucosa al organismo.