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5.1: Glucólisis - Biología

5.1: Glucólisis - Biología


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Casi todas las reacciones metabólicas son catalizadas por enzimas para mantenerse al día con las demandas de energía y materiales de la célula. Comenzaremos con una de esas listas para describir el catabolismo del azúcar simple, la glucosa, a través del proceso de glucólisis.

Glucólisis

Ya sea que la célula sea procariota o eucariota, uno de sus métodos básicos para generar energía utilizable es la glucólisis. Este proceso utiliza glucosa, que es la fuente de energía más común para la mayoría de las células. Sin embargo, la glucosa no se puede descomponer directamente para proporcionar energía a la célula: la glucólisis es un proceso que la descompone en una serie de reacciones para crear trifosfato de adenosina (ATP), que es la “moneda” de energía más común de la célula. Es decir, ATP pueden Libera energía utilizable en una sola reacción.

La glucosa, al ser un azúcar de 6 carbonos, tiene una gran cantidad de energía potencial almacenada en sus enlaces. Sin embargo, dado que es termodinámicamente estable, se necesitaría la inversión de una gran cantidad de energía externa para liberar la energía de la glucosa en un solo paso (por ejemplo, prenderle fuego para descomponerla en CO2 y H2O), y no solo es imposible que las células generen ese tipo de energía a la vez, la célula no tiene un mecanismo para usar toda la energía liberada en un instante en el tiempo. La mayor parte se desperdiciaría como exceso de calor. En cambio, la célula usa enzimas para desestabilizar y descomponer el azúcar a través de una serie de conversiones en compuestos intermedios. El proceso básico y las enzimas involucradas son los siguientes.

1. La glucosa es fosforilada por la hexoquinasa para producir glucosa-6-fosfato. La enzima se llama así porque es una quinasa (pone un grupo fosfato) que actúa sobre una hexosa (azúcar de seis carbonos). En este caso, coloca el fosfato en el carbono 6 de la glucosa. Sin embargo, la hexoquinasa también puede fosforilar otras hexosas como fructosa y manosa (todas en la conformación D). Hay dos razones principales por las que esto es bueno para la célula. Dado que la concentración de glucosa es más alta dentro de la célula que en el exterior, existe una presión para que salga de la célula. Al convertirlo en G6P, ya no forma parte del gradiente de concentración de glucosa y tiene un grupo fosfato cargado, por lo que es casi imposible que se escape de la membrana. La adición del fosfato también aumenta la energía en la molécula, haciéndola menos estable termodinámicamente, por lo que se puede descomponer. Esta reacción requiere el uso de ATP como donante de fosfato y la energía necesaria para unirlo. Es decir, la energía es usó en este paso, no producido. Sin embargo, considérelo una inversión de energía, ya que al final de la glucólisis, se produce más ATP del que se utiliza.

La hexoquinasa requiere ATP en forma de complejo (a los 2Dakota del Norte y 3rd grupos fosfato) con un catión divalente, típicamente Mg2+ en vivo. El ATP solo es en realidad un inhibidor competitivo de la hexoquinasa. El producto, G6P, también funciona como inhibidor, proporcionando así cierta medida de regulación por retroalimentación. De hecho, las células musculares que utilizan reservas de glucógeno convierten el glucógeno directamente en G6P, por lo que la actividad de la hexoquinasa es muy baja en esas células.

2. La glucosa-6-fosfato se convierte en fructosa-6-fosfato mediante la fosfoglucosa isomerasa. Como su nombre lo indica, la isomerasa simplemente reorganiza los átomos existentes dentro del G6P para hacer el F6P sin eliminar ni agregar ningún átomo.

3. La fructosa-6-fosfato es fosforilada por la fosfofructoquinasa (PFK) a fructosa-1,6-bisfosfato. Nuevamente hay una inversión de un ATP para proporcionar el grupo fosfato y la energía para unirlo.

PFK es un importante regulador de la glucólisis. Es una proteína tetramérica y cada subunidad tiene dos sitios de unión para el ATP: uno es el sitio del sustrato normal y el otro es un sitio inhibidor, de modo que la unión del ATP reduce la afinidad de la enzima por F6P. El ATP no es el único regulador de la actividad de PFK: el AMP también es un regulador positivo de PFK y puede aumentarlo hasta 5 veces.

4. La fructosa-1,6-bisfosfato se corta a la mitad por la aldolasa, produciendo una molécula de dihidroxiacetona fosfato y una molécula de gliceraldehído-3-fosfato.

Hay dos clases de aldolasas: la clase I se encuentra en animales y plantas, mientras que la clase II se encuentra en hongos y bacterias. La clase I no requiere cofactores, pero la clase II requiere un catión divalente (fisiológicamente generalmente Fe2+ o Zn2+).

5. El G3P puede participar en la siguiente reacción, pero el fosfato de dihidroxiacetona, a pesar de su similitud, no puede. Por lo tanto, debe reorganizarse con triosa fosfato isomerasa, que lo convierte en otra molécula de gliceraldehído-3-fosfato.

La triosa fosfato isomerasa es una "enzima perfecta" que cataliza la formación de producto tan rápido como la enzima y el sustrato pueden entrar en contacto en la solución (es decir, la velocidad está puramente limitada por difusión).

6. Cada una de las dos moléculas de G3P generadas a partir de la molécula de glucosa se somete ahora a una oxidación catalizada por gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa (GAPDH) en presencia de NAD+ y fosfato inorgánico (PI). Cada una de estas reacciones produce 1,3-bisfosfoglicerato, que tiene un grupo fosfato de alta energía, y NADH. NADH es un portador de electrones de alta energía (el electrón proviene de G3P). En eucariotas con un
ambiente aeróbico, este NADH probablemente se utilizará para ayudar a generar ATP a través del ciclo del ácido tricarboxílico (también conocido como ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico). En situaciones anaeróbicas, el NADH participará en la fermentación por las razones que se analizan en la siguiente sección.

7. El grupo fosfato en el carbono 1 del 1,3-bisfosfoglicerato se transfiere al ADP mediante la fosfoglicerato quinasa para producir 3-fosfoglicerato y ATP (¡finalmente!). De las dos moléculas de G3P que entran en el paso 6, obtenemos dos moléculas de ATP para proporcionar energía a la célula en este paso. Recordando la inversión anterior de ATP (en los pasos 1 y 3), la reacción solo se ha “recuperado” en este punto. 2 entradas, 2 salidas.

El nombre de la enzima sugiere que se agrega un fosfato al fosfoglicerato. Esto no es un error: recuerde que las enzimas pueden catalizar reacciones en cualquier dirección, dependiendo de las condiciones de reacción. En condiciones de fosfoglicerato y ATP altos, se produciría la fosforilación del fosfoglicerato. Sin embargo, las condiciones fisiológicas son una concentración relativamente alta del 1,3-bisfosfoglicerato en comparación con niveles relativamente bajos de fosfoglicerato, lo que conduce la reacción "hacia atrás" con respecto al nombre de la enzima.

8. El 3-fosfoglicerato luego se reordena mediante fosfoglicerato mutasa para producir 2-fosfoglicerato. Esta molécula tiene una energía libre de hidrólisis más alta que cuando el grupo fosfato está en el carbono 3.

La acción de la fosfoglicerato mutasa no es solo la transferencia de grupos fosfato intramolecular que parece ser a primera vista. La enzima debe activarse primero por fosforilación, y es el fosfato de la enzima el que se agrega al carbono 2 de 3PG. El intermedio doblemente fosforilado luego transfiere su 3-fosfato a la enzima y se libera 2PG.

9. Esa energía se utiliza para crear ATP, ya que el 2-fosfoglicerato se deshidrata por la enolasa para producir fosfoenolpiruvato (PEP).

La PEP se produce porque la hidrólisis del fosfato de 2PG no libera suficiente energía para impulsar la fosforilación de ADP a ATP. La hidrólisis de PEP, por otro lado, libera significativamente más de lo necesario.

10. La piruvato quinasa luego transfiere un grupo fosfato de alta energía de PEP a ADP, produciendo un ATP para uso de la célula y piruvato.

La piruvato quinasa no solo requiere Mg divalente2+ como con la mayoría de las otras quinasas, pero también K+. La enzima actúa en dos pasos: el ADP ataca el fósforo de la PEP para producir ATP y enolpiruvato. El enolpiruvato luego se convierte en su ceto tautómero.

Teniendo en cuenta la duplicación de las reacciones de los pasos 6-10 (la división de fructosa-1,6-bisfosfato genera dos G3P), la producción total de energía utilizable de la glucólisis de una sola molécula de glucosa es 4 ATP y 2 NADH. Sin embargo, la producción neta de ATP es solo 2 ATP si recordamos la inversión inicial de dos ATP en los primeros pasos. Realmente no hay nada que destacar. Además, aunque el NADH y el piruvato pueden participar en el ciclo del ácido tricarboxílico en situaciones aeróbicas eucariotas para generar una cantidad significativa de ATP, en situaciones anaeróbicas no producen energía utilizable.

Las flechas bidireccionales indican las enzimas utilizadas tanto para la glucólisis como para la gluconeogénesis. Las flechas unidireccionales indican enzimas que solo funcionan en la glucólisis. * Tenga en cuenta que las reacciones 6-10 ocurren por duplicado (dos G3P de una glucosa).

Por lo tanto, la producción de ATP anaeróbico, es decir, la glucólisis, es mucho menos eficiente para extraer energía de una molécula de glucosa que la producción de ATP aeróbico, que puede generar aproximadamente 38 ATP por glucosa. Por otro lado, cuando se debe generar una gran cantidad de ATP rápidamente, la glucólisis es el mecanismo de elección, en células como las fibras de contracción rápida del músculo esquelético. En realidad, estas células tienen muy pocas mitocondrias porque la glucólisis puede producir ATP a una velocidad mucho más alta (hasta 100 veces) que la fosforilación oxidativa. ¿Qué sucede con el piruvato y el NADH? En las células que se metabolizan aeróbicamente, van a las mitocondrias para el ciclo de TCA y la fosforilación oxidativa. En anaerobios, se someten a fermentación.

Tenga en cuenta que el NADH producido por la glucólisis en el citoplasma no directamente participar en la fosforilación oxidativa en las mitocondrias ya que la membrana mitocondrial interna es impermeable a ella, pero envía un "equivalente virtual" a las mitocondrias a través de una de dos vías: la lanzadera aspartato-malato combina antipuertos malato-α-cetoglutarato, aspartato-glutamato antipuertos e interconversión de metabolitos por transaminasa con malato deshidrogenasa para oxidar el NADH citoplasmáticamente y utilizar la energía generada para reducir el NAD+ en la matriz mitocondrial; la otra vía es un sistema lanzadera DHAP, en el que NADH se usa para reducir el fosfato de dihidroxiacetona a glicerol-3-P usando una glicerol-3-fosfato deshidrogenasa citoplasmática, y el ciclo del DHAP a glicerol-3-P a través de una flavoproteína deshidrogenasa incrustada en la membrana mitocondrial interna. Esta flavoproteína deshidrogenasa toma los electrones del glicerol-3-P para producir FADH.2, que puede participar en la cadena de transporte de electrones.

La lanzadera DHAP o glicerofosfato es menos eficiente que la lanzadera malato-aspartato, generando aproximadamente 2 ATP frente a 2,7 ATP por NADH. Sin embargo, puede funcionar incluso cuando la concentración de NADH citoplásmico es baja, como sucede en tejidos / células con una tasa metabólica muy alta (incluido el músculo esquelético y el cerebro), mientras que el transbordador malato-aspartato (predominante en el hígado y el corazón) es sensible. a la concentración relativa de NADH y NAD+.


La glucólisis es la vía principal para el metabolismo de la glucosa en la que la glucosa se convertirá en piruvato (en condiciones aeróbicas) o lactato (anaeróbico). Posteriormente, el piruvato se puede oxidar completamente a CO 2 y H2O por enzimas presentes en las mitocondrias. Comprende diez reacciones que ocurren en el citoplasma de la célula. Además, es una vía metabólica central y muchos de sus intermediarios proporcionan un punto de ramificación a otras vías. Por tanto, los intermedios de la glucólisis son útiles para la síntesis de aminoácidos y grasas.

La palabra "glicólisis", derivada de las palabras griegas, "glykys"Que significa dulce y "Lisis"Lo que significa dividir. Por lo tanto, la glucólisis significa técnicamente "división del azúcar" o "descomposición del azúcar". Básicamente, ocurre en el citosol de todas las células y también se conoce como "Vía Embden-Meyerhof-Parnas“.

¿La glucólisis es aeróbica o anaeróbica?

La glucólisis puede ocurrir tanto como aeróbica como anaeróbica dependiendo de la disponibilidad de oxígeno y la cadena de transporte de electrones. De hecho, la glucólisis es una vía metabólica independiente del oxígeno. Sin embargo, también puede proceder con una concentración deficiente de oxígeno. El piruvato es el producto final de la glucólisis aeróbica, mientras que el lactato se producirá en la glucólisis anaeróbica. La glucólisis anaeróbica tiene lugar en eritrocitos, córnea, cristalino y regiones de la retina.


¿Qué es la glucólisis?

La glucólisis (también conocida como la vía glucolítica) es el proceso metabólico que libera energía de la glucosa. Durante la glucólisis, una sola molécula de glucosa se divide en dos moléculas de 3 carbonos, llamadas piruvatos. Al mismo tiempo, la energía se extrae de la glucosa y se convierte en ATP, que luego se utiliza para alimentar otros procesos celulares.

La glucólisis tiene lugar en el citosol de las células, puede ocurrir con o sin oxígeno e implica una serie de 10 reacciones químicas.


Glucólisis (AQA A-level Biology)

Profesor de ciencias de oficio, ¡también se me ha encontrado enseñando matemáticas y educación física! Sin embargo, por extraño que parezca, mi verdadero amor es diseñar recursos que puedan ser utilizados por otros profesores para maximizar la experiencia de los estudiantes. Pienso constantemente en nuevas formas de involucrar a un estudiante con un tema y trato de implementarlo en el diseño de las lecciones.

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Esta lección de recursos completos analiza los detalles de la glucólisis como la primera etapa de la respiración aeróbica y anaeróbica y explica cómo la secuencia de reacciones da como resultado que la glucosa se convierta en piruvato. El atractivo PowerPoint y los recursos diferenciados que lo acompañan han sido diseñados para cubrir la segunda parte del punto 5.2 de la especificación AQA A-level Biology que establece que los estudiantes deben conocer la glucólisis como la fosforilación de glucosa y la producción y posterior oxidación de triosa fosfato.

La lección comienza con la introducción del nombre de la etapa y luego explica cómo la fosforilación de las hexosas y la producción de ATP, coenzimas y piruvato son las etapas que deben conocerse para esta especificación. Se toma tiempo para pasar por cada una de estas etapas y se explican puntos clave como el uso de ATP en la fosforilación para que los estudiantes puedan entender cómo esto afecta el rendimiento neto. Se utiliza un concurso de preguntas rápidas para presentar NAD y los estudiantes aprenderán que la reducción de esta coenzima, que es seguida por el transporte de protones y electrones a las crestas para la cadena de transporte de electrones, es fundamental para la producción general de ATP. A lo largo de la lección se incluyen comprobaciones de comprensión, en una variedad de formas, para que los estudiantes puedan evaluar su progreso y se aborden de inmediato cualquier concepto erróneo.

Esta lección se ha escrito para relacionarse con las otras lecciones cargadas sobre respiración anaeróbica y las diferentes etapas de la respiración aeróbica (la reacción de Link, el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa)

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Un paquete es un paquete de recursos agrupados para enseñar un tema en particular, o una serie de lecciones, en un solo lugar.

Temas 5.1 y 5.2: Respiración y fotosíntesis (AQA A-level Biology)

La respiración y la fotosíntesis son dos de los temas que se evalúan con mayor frecuencia en los exámenes terminales de nivel A, pero los estudiantes pueden ser los menos comprendidos. Estas 11 lecciones se han planificado de manera intrincada para contener una amplia gama de actividades que involucrarán a los estudiantes mientras cubren los detalles clave para tratar de profundizar su comprensión e incluir preguntas de estilo de examen para que estén preparados para estas evaluaciones. Los siguientes puntos de especificación en los temas 5.1 y 5.2 del curso AQA A-level Biology están cubiertos por estas lecciones: * La fotoionización de la clorofila * La producción de ATP y NADP reducido a través de la transferencia de electrones y el bombeo de protones a través de la membrana tilacoide * Fotólisis del agua para producir protones, electrones y oxígeno * El uso de los productos de la reacción dependiente de la luz en el ciclo de Calvin * Fijación de carbono con RUBISCO * La reducción de GP a TP * La regeneración de RuBP a partir de TP * La conversión de TP a sustancias orgánicas * Los factores ambientales que limitan la tasa de fotosíntesis * La respiración produce ATP * La glucólisis como la primera etapa de la respiración aeróbica y anaeróbica * La conversión de piruvato en etanol o lactato usando NAD reducido * Los detalles clave de la reacción de Link, Krebs ciclo y fosforilación oxidativa * Las vías metabólicas de otros sustratos respiratorios Debido al detalle de estas lecciones, se estima que tomará más de un mes de lecciones de nivel A para cubrir estos puntos de especificación.Si desea probar la calidad de las lecciones, descargue las lecciones de estructura de cloroplasto, respiración anaeróbica y fosforilación oxidativa, ya que se han compartido de forma gratuita.

Tema 5.2: Respiración (AQA A-level Biology)

Las 7 lecciones de este paquete cuentan con todos los recursos y se han diseñado para cubrir el contenido como se detalla en el tema 5.2 (Respiración) de la especificación AQA A-Level Biology. Los puntos de especificación que se cubren en estas lecciones incluyen: * La respiración produce ATP * La glucólisis como la primera etapa de la respiración aeróbica y anaeróbica * La fosforilación de glucosa y la producción y oxidación de triosa fosfato * La producción de lactato o etanol en condiciones anaeróbicas * La reacción de enlace * Las reacciones de oxidación-reducción del ciclo de Krebs * La síntesis de ATP por fosforilación oxidativa * La teoría quimiosmótica * Lípidos y proteínas como sustratos respiratorios Las lecciones se han escrito para incluir una amplia gama de actividades y numerosos conocimientos y conocimientos previos verificaciones para que los estudiantes puedan evaluar su progreso en relación con el tema actual, así como ser desafiados a hacer enlaces a otros subtemas dentro de este tema y temas anteriores.Si desea ver la calidad de las lecciones, descargue las lecciones de respiración anaeróbica y fosforilación oxidativa. ya que estos se han subido gratis

Tema 5: Transferencias de energía entre organismos (AQA A-level Biology)

Normalmente, el primer tema que se enseña en el segundo año del curso de Biología AQA A-level, el tema 5 contiene algunos procesos biológicos muy importantes que incluyen la fotosíntesis, la respiración y la transferencia de energía entre organismos. Las 13 lecciones que se incluyen en este paquete son muy detalladas y se han planificado en detalle para garantizar que los estudiantes permanezcan motivados y comprometidos mientras se les desafía constantemente en su comprensión actual. A lo largo de las lecciones también se realizan enlaces a temas tratados anteriormente. En estas lecciones se tratan los siguientes puntos de especificación: TEMA 5.1 * La reacción de la fotosíntesis dependiente de la luz * El uso de NADP y ATP reducidos de la reacción dependiente de la luz en la reacción independiente de la luz * La reacción independiente de la luz de la fotosíntesis * Ambiental factores que limitan la tasa de fotosíntesis TEMA 5.2 * La respiración produce ATP * La glucólisis como la primera etapa de la respiración aeróbica y anaeróbica * La conversión de piruvato en lactato o etanol en las vías anaeróbicas * La reacción de enlace y el ciclo de Krebs * Síntesis de ATP por fosforilación oxidativa * Otros sustratos respiratorios TEMA 5.3 * Producción primaria bruta y producción primaria neta * La producción neta de los consumidores * Prácticas agrícolas diseñadas para aumentar la eficiencia de la transferencia de energía Si desea probar la calidad de las lecciones de este paquete, descargue la estructura del cloroplasto, la respiración anaeróbica, la fosforilación oxidativa y las lecciones de GPP como estas han sido subidos gratis


Control de glucólisis y flujo

El metabolismo central de los carbohidratos utiliza las vías Embden-Meyerhof-Parnas (EMP), pentosa fosfato (PP) y Entner-Doudoroff (ED). Esta revisión revisa las funciones biológicas de las enzimas y genes de estas tres vías de E. coli. La glucosa, las pentosas y el gluconato se analizan principalmente como sustratos iniciales de las tres vías, respectivamente. Aquí se consideran los mecanismos reguladores genéticos y alostéricos de la glucólisis y los factores que afectan el flujo metabólico a través de las vías. A pesar de que se ha acumulado mucha información sobre cada uno de los pasos de reacción a lo largo de los años para E. coli, sorprendentemente se ha integrado poca información cuantitativa para analizar la glucólisis como un sistema. Por lo tanto, la revisión presenta una descripción detallada de cada uno de los pasos catalíticos mediante un enfoque sistémico. Considera aspectos tanto estructurales como cinéticos. Los modelos que incluyen información cinética de los pasos de reacción siempre contendrán la estequiometría de reacción y, por lo tanto, seguirán las restricciones estructurales, pero además de estas también se deben cumplir las leyes de velocidad cinética. La información cinética obtenida en enzimas aisladas se puede integrar mediante modelos informáticos para simular el comportamiento de la red de reacción formada por estas enzimas. Ejemplos exitosos de tales enfoques son el modelado de la glucólisis en S. cerevisiae, el parásito Trypanosoma brucei y el glóbulo rojo. Con los rápidos avances en el campo de la biología de sistemas, se han desarrollado y se desarrollarán muchos métodos nuevos para enfoques experimentales y teóricos, y los autores esperan que se apliquen a la glucólisis de E. coli en un futuro próximo.


Ver el vídeo: Glucólisis (Julio 2022).


Comentarios:

  1. Gershom

    Gracias por una explicación, cuanto más fácil, mejor ...

  2. Zacharia

    Lo siento, pero en mi opinión, estás equivocado. soy capaz de demostrarlo.

  3. Lind

    ¡Te recordaré! ¡Me cuidarán contigo!

  4. Domingart

    En mi opinión, él está equivocado. Propongo discutirlo. Escríbeme en PM, habla.

  5. Uriens

    tu frase es genial

  6. Tauk

    Creo que admites el error. Puedo probarlo.



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