GLUCÒLISI ANAERÒBIA: REACCIONS I VIES FERMENTATIVES - BIOLOGIA - 2025

La glucòlisi anaeròbia o anaeròbica és una ruta catabòlica emprada per molts tipus de cèl·lules per la degradació de la glucosa en absència d'oxigen. És a dir, la glucosa no és oxidada completament a diòxid de carboni i aigua, com és el cas de la glucòlisi aeròbica, sinó que es generen productes fermentatius.

S'anomena glucòlisi anaeròbia ja que té lloc sense la presència de l'oxigen, que en altres casos funciona com a acceptor final d'electrons en la cadena transportadora del mitocondri, on es produeixen grans quantitats d'energia a partir de l'processament dels productes glucolíticos.

Glicòlisi (Font: RegisFrey via Wikimedia Commons)

Depenent de l'organisme, una condició de anaerobiosi o absència d'oxigen resultarà en la producció d'àcid làctic (cèl·lules musculars, per exemple) o d'etanol (llevats), a partir de l'piruvat generat pel catabolisme de la glucosa.

Com a resultat, el rendiment energètic cau dràsticament, ja que només es produeixen dos mols d'ATP per cada mol de glucosa que és processat, en comparació amb els 8 mols que poden obtenir durant la glucòlisi aeròbica (únicament en la fase glucolítica).

La diferència en el nombre de molècules d'ATP té a veure amb la reoxidació de l'NADH, que no genera ATP addicional, contrari al que succeeix en la glucòlisi aeròbica, que per cada NADH s'obtenen 3 molècules d'ATP.

reaccions

La glucòlisi anaeròbica no dista en absolut de la glucòlisi aeròbica, ja que el terme "anaeròbic" fa referència més aviat al que passa posterior a la ruta glucolítica, és a dir, a la destinació dels productes i intermediaris de reacció.

Així doncs, en les reaccions de la glucòlisi anaeròbica participen deu enzims diferents, a saber:

1-Hexoquinasa (HK): utilitza una molècula d'ATP per cada molècula de glucosa. Produeix glucosa 6-fosfat (G6P) i ADP. La reacció és irreversible i mereix ions magnesi.

2-Fosfoglucosa isomerasa (PGI): isomeriza la G6P a fructosa 6-fosfat (F6P).

3-Fosfofructoquinasa (PFK): fosforila la F6P a fructosa 1,6-bifosfat (F1,6-BP) emprant una molècula d'ATP per cada F6P, aquesta reacció també és irreversible.

4-Aldolasa: s'escindeix la molècula d'F1,6-BP i produeix gliceraldehid 3-fosfat (GAP) i dihidroxiacetona fosfat (DHAP).

5-triosa-fosfat isomerasa (TIM): participa a la interconversió de DHAP i GAP.

6-gliceraldehid 3-fosfat deshidrogenasa (GAPDH): empra dues molècules de NAD ⁺ i 2 molècules de fosfat inorgànic (Pi) per fosforilar el GAP, rendeix 1,3-bifosfoglicerato (1,3-BPG) i 2 NADH.

7-fosfoglicerat quinasa (PGK): produeix dues molècules d'ATP per fosforilació a nivell de substrat de dues molècules d'ADP. Empra com a donador de grup fosfat cada molècula de 1,3-BPG. Produeix 2 molècules de 3-fosfoglicerat (3PG).

8-fosfoglicerat mutasa (PGM): reorganitza la molècula d'3PG per originar un intermediari amb més energia, el 2 pg.

9-enolasa: a partir de l'2 pg produeix fosfoenolpiruvat (PEP) per deshidratació de el primer.

10-Piruvat quinasa (PYK): el fosfoenolpiruvat és emprat per aquest enzim per formar piruvat. La reacció implica la transferència de el grup fosfat en la posició 2 de l'fosfoenolpiruvat a una molècula d'ADP. Es produeixen 2 piruvatos i 2 ATP per cada glucosa.

vies fermentatives

La fermentació és el terme que s'empra per indicar que la glucosa o altres nutrients són degradats en absència d'oxigen, amb la finalitat d'obtenir energia.

En absència d'oxigen la cadena transportadora d'electrons no posseeix un acceptor final i per tant no passa la fosforilació oxidativa que rendeix grans quantitats d'energia en forma d'ATP. El NADH no és reoxidado per via mitocondrial sinó per vies alternes, que no produeixen ATP.

Sense suficient NAD ⁺ la via glucolítica s'atura, ja que la transferència de l'fosfat a l'GAP requereix de la reducció concomitant d'aquest cofactor.

Algunes cèl·lules posseeixen mecanismes alternatius per suportar períodes de anaerobiosi, i generalment aquests mecanismes impliquen algun tipus de fermentació. Altres cèl·lules, per contra, depenen gairebé exclusivament dels processos fermentatius per a la seva subsistència.

Els productes de les vies fermentatives de molts organismes són econòmicament rellevants per a l'home; exemples són la producció d'etanol per part d'algunes llevats en anaerobiosi i la formació d'àcid làctic per les lacto-bacteris emprades per a la producció de iogurt.

Producció d'àcid làctic

Molts tipus de cèl·lules en absència d'oxigen produeixen àcid làctic gràcies a la reacció catalitzada pel complex lactat deshidrogenasa, que utilitza els carbonis de l'piruvat i els NADH produïts en la reacció de la GAPDH.

Fermentació Làctica (Font: Sjantoni via Wikimedia Commons)

Producció d'etanol

El piruvat és convertit en acetaldehid i CO2 per la piruvat descarboxilasa. L'acetaldehid després és emprat per l'alcohol deshidrogenasa, que el redueix produint etanol i regenerant una molècula de NAD ⁺ per cada molècula de piruvat que ingressa per aquesta via.

Fermentació alcohòlica (Font: Arobson1 via Wikimedia Commons)

fermentació aeròbica

La glucòlisi anaeròbica té com a característica principal el fet que els productes finals no corresponen a CO ₂ i aigua, com en el cas de la glucòlisi aeròbica. En el seu lloc es generen productes típics de reaccions de fermentació.

Alguns autors han descrit un procés de "fermentació aeròbica" o glucòlisi aeròbica de la glucosa per certs organismes, entre els quals destaquen alguns paràsits de la família Trypanosomatidae i moltes cèl·lules tumorals canceroses.

En aquests organismes s'ha demostrat que encara en presència d'oxigen, els productes de la via glucolítica corresponen a productes de rutes fermentatives, per la qual cosa es pensa que ocorre una oxidació "parcial" de la glucosa, ja que no s'extreu tota l'energia possible de les seves carbonis.

Tot i que la "fermentació aeròbica" de la glucosa no implica l'absència total d'activitat respiratòria, ja que no és un procés de tot o res. No obstant això, la bibliografia assenyala l'excreció de productes com piruvat, lactat, succinat, malat i altres àcids orgànics.

La glucòlisi i el càncer

Moltes cèl·lules cancerígenes mostren un augment en la presa de glucosa i de el flux glucolític.

Els tumors en els pacients amb càncer creixen ràpidament, de manera que els vasos sanguinis es troben en hipòxia. Així, el suplement energètic d'aquestes cèl·lules depèn principalment de la glucòlisi anaeròbica.

Ara bé, aquest fenomen està ajudat per un factor de transcripció induïble per hipòxia (HIF), que incrementa l'expressió dels enzims glicolítics i transportadors de glucosa a la membrana a través de complexos mecanismes.

referències

1. Akram, M. (2013). Mini-review on Glycolysis and Cancer. J. Canc. Educ., 28, 454-457.
2. Bustamante, E., & Pedersen, P. (1977). High aeròbic glycolysis of rat hepatoma cells in culture: Role of mitochondrial hexokinase. Proc. Natl. Acad. Sci., 74 (9), 3735-3739.
3. Cazzulo, JJ (1992). Aeròbic Fermentation of glucose by trypanosomatids. The FASEB Journal, 6, 3153-3161.
4. Jones, W., & Bianchi, K. (2015). Aeròbic glycolysis: beyond proliferation. Frontiers in Immunology, 6, 1-5.
5. Li, X., Gu, J., & Zhou, Q. (2015). Review of aeròbic glycolysis and its key enzymes - new targets for lung cancer therapy. Thoracic Cancer, 6, 17-24.
6. Maris, AJA Van, Abbott, Æ. DA, Bellissimi, Æ. E., Brink, J. Van Den, Kuyper, Æ. M., Luttik, Æ. MAH, Pronk, JT (2006). Alcoholic Fermentation of carbon sources in biomass hydrolysates by Saccharomyces cerevisiae: current status. Antonie van Leeuwenhoek, 90, 391-418.
7. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger Principis de Bioquímica. Edicions Omega (5th ed.).