GLUCÒLISI AERÒBICA: REACCIONS I INTERMEDIARIS GLUCOLÍTICOS - BIOLOGIA - 2025

La glucòlisi aeròbica o aeròbia es defineix com l'ús de l'excés de glucosa que no és processat per fosforilació oxidativa cap a la formació de productes «fermentatius», encara en condicions d'altes concentracions d'oxigen i malgrat la caiguda en el rendiment energètic.

Es dóna comunament en teixits amb altes taxes proliferatives, el consum de glucosa i oxigen és elevat. Exemple d'això són cèl·lules tumorals canceroses, algunes cèl·lules parasitàries de la sang de mamífers i fins i tot les cèl·lules d'algunes zones de el cervell dels mamífers.

Ruta glucolítica (Font:] via Wikimedia Commons)

L'energia extreta pel catabolisme de la glucosa es conserva en forma d'ATP i NADH, que són emprats aigües avall en diverses vies metabòliques.

Durant la glucòlisi aeròbica el piruvat és dirigit cap al cicle de Krebs i la cadena transportadora d'electrons, però també es processa per la via fermentativa per a la regeneració de NAD + sense producció addicional d'ATP, que finalitza amb la formació de lactat.

La glucòlisi aeròbica o anaeròbica ocorre principalment al citosol, amb l'excepció d'organismes com els tripanosomátidos, que posseeixen organel·les glicolítics especialitzades conegudes com glicosomas.

La glucòlisi és una de les vies metabòliques millor coneguda. Va ser formulada per complet en la dècada de 1930 per Gustav Embden i Otto Meyerhof, que van estudiar la ruta a les cèl·lules de múscul esquelètic. No obstant això, la glucòlisi aeròbica es coneix com l'efecte Warburg des de 1924.

reaccions

El catabolisme aeròbic de la glucosa passa en deu passos catalitzats enzimàticament. Molts autors consideren que aquests passos estan dividits en una fase d'inversió energètica, que té com a finalitat augmentar el contingut d'energia lliure en els intermediaris, i una altra de reposició i el guany d'energia en forma d'ATP.

Fase d'inversió d'energia

1-Fosforilació de la glucosa a glucosa 6-fosfat catalitzada per l'hexoquinasa (HK). En aquesta reacció s'inverteix, per cada molècula de glucosa, una molècula d'ATP, que actua com a donador de grup fosfat. Rendeix glucosa 6-fosfat (G6P) i ADP, i la reacció és irreversible.

L'enzim requereix obligatòriament de la formació d'un complet Mg-ATP2- per al seu funcionament, de manera que mereix ions magnesi.

2-Isomerització de la G6P a fructosa 6-fosfat (F6P). No involucra despesa energètica i és una reacció reversible catalitzada per la fosfoglucosa isomerasa (PGI).

3-Fosforilació de la F6P a fructosa 1,6-bifosfat catalitzada per la fosfofructoquinasa-1 (PFK-1). Es fa servir una molècula d'ATP com a donador de grup fosfat i els productes de la reacció són F1,6-BP i ADP. Gràcies al seu valor de AG, aquesta reacció és irreversible (tal com la reacció 1).

4-Ruptura catalítica de la F1,6-BP a dihidroxiacetona fosfat (DHAP), una cetosa, i gliceraldehid 3-fosfat (GAP), una aldosa. L'enzim aldolasa és la responsable d'aquesta condensació aldòlica reversible.

5-La triosa-fosfat isomerasa (TIM) s'encarrega de la interconversió de les trioses fosfat: DHAP i el GAP, sense aportació d'energia addicional.

Fase de recuperació d'energia

1-El GAP és oxidat pel gliceraldehid 3-fosfat deshidrogenasa (GAPDH), que catalitza la transferència d'un grup fosfat a l'GAP per formar 1,3-bifosfoglicerato. En aquesta reacció es redueixen dues molècules de NAD + per molècula de glucosa, i s'utilitzen dues molècules de fosfat inorgànic.

Cada NADH produït passa per la cadena transportadora d'electrons i es sintetitzen 6 molècules d'ATP per fosforilació oxidativa.

2-La fosfoglicerat quinasa (PGK) transfereix un grup fosforil des de l'1,3-bifosfoglicerato fins l'ADP, formant dues molècules d'ATP i dues de 3-fosfoglicerat (3PG). Aquest procés es coneix com fosforilació a nivell de substrat.

Les dues molècules d'ATP consumides en les reaccions de la HK i la PFK són reposades per la PGK en aquest pas de la ruta.

3-El 3PG és convertit en 2 pg per la fosfoglicerat mutasa (PGM), que catalitza el desplaçament de el grup fosforil entre el carboni 3 i 2 de l'glicerato en dos passos i de forma reversible. L'ió magnesi també és requerit per aquest enzim.

4-Una reacció de deshidratació catalitzada per la enolasa converteix el 2 pg en fosfoenolpiruvat (PEP) en una reacció que no requereix d'inversió energètica, però que genera un compost amb major potencial energètic per a la transferència de el grup fosfat posteriorment.

5-Finalment, la piruvat quinasa (PYK) catalitza la transferència de el grup fosforil al PEP a una molècula d'ADP, amb la producció concomitant de piruvat. Es fan servir per molècula de glucosa dues molècules d'ADP i es generen 2 molècules d'ATP. La PYK empra ions potassi i magnesi.

Així, el rendiment energètic total de la glucòlisi és de 2 molècules d'ATP per cada molècula de glucosa que ingressa a la ruta. En condicions aeròbiques la degradació completa de la glucosa implica l'obtenció d'entre 30 i 32 molècules d'ATP.

Destinació dels intermediaris glucolíticos

Després la glucòlisi, el piruvat és sotmès a una descarboxilació, produint CO2 i donant el grup acetil a l'acetil coenzim A, que també és oxidada fins CO2 en el cicle de Krebs.

Els electrons alliberats durant aquesta oxidació són transportats cap a l'oxigen a través de les reaccions de la cadena respiratòria mitocondrial, que finalment impulsa la síntesi d'ATP en aquesta orgànul.

Durant la glucòlisi aeròbica, l'excés de piruvat produït és processat per l'enzim lactat deshidrogenasa, que forma lactat i regenera part de l'NAD + consumit passos amunt en la glucòlisi, però sense la formació de noves molècules d'ATP.

Mecanisme de la Lactat deshidrogenasa (Font: Jazzlw via Wikimedia Commons)

A més, el piruvat pot ser emprat en processos anabòlics que condueixen a la formació de l'aminoàcid alanina, per exemple, o també pot actuar com a esquelet per a la síntesi d'àcids grassos.

A l'igual que el piruvat, el producte final de la glucòlisi, molts dels intermediaris de reacció compleixen altres funcions en rutes catabòliques o anabòliques importants per a la cèl·lula.

Tal és el cas de la glucosa 6-fosfat i la ruta de les pentoses fosfat, on s'obtenen els intermediaris de les ribosas presents en els àcids nucleics.

referències

1. Akram, M. (2013). Mini-review on Glycolysis and Cancer. J. Canc. Educ., 28, 454-457.
2. Esen, I., & Long, F. (2014). Aeròbic Glycolysis in Osteoblasts. Curr osteoporosi Rep, 12, 433-438.
3. Haanstra, JR, González-Marcano, EB, Gualdrón-López, M., & Michels, PAM (2016). Biogenesis, maintenance and dynamics of glycosomes in tripanosomàtid Parasites. Biochimica et Biophysica Acta - Molecular Cell Research, 1863 (5), 1038-1048.
4. Jones, W., & Bianchi, K. (2015). Aeròbic glycolysis: beyond proliferation. Frontiers in Immunology, 6, 1-5.
5. Kawai, S., Mukai, T., Mori, S., Mikami, B., & Murata, K. (2005). Hypothesis: structures, evolution, and Ancestor of glucose kinases in the hexokinase family. Journal of Bioscience and Bioengineering, 99 (4), 320-330.
6. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger Principis de Bioquímica. Edicions Omega (5th ed.).