Bioquímica General · UACJ · Unidad 5 · Parte 2 de 2

Glucólisis
Gluconeogénesis y
Pentosas Fosfato

10 reacciones de la glucólisis · Regulación metabólica · Vías alimentadoras · Efecto Pasteur · Ruta de las pentosas fosfato (NADPH y ribosa-5-P)

5.6a Glucólisis— fase de inversión, fase de generación, regulación
5.6b Vías alimentadoras— glucógeno, almidón, oligosacáridos
5.6c Pentosas fosfato— fase oxidativa, fase no oxidativa, NADPH

Ref.: M. Chairez. Unidad 5: Glúcidos. Bioquímica General, UACJ, s.f.

🎯
Diapositiva 02 · Objetivos
Al terminar esta clase podrás…
1
Describir las dos fases de la glucólisis: inversión de energía (reacciones 1–5) y generación de energía (reacciones 6–10), con el balance neto de 2 ATP por glucosa.
2
Identificar las tres enzimas reguladoras de la glucólisis (hexoquinasa, PFK, piruvato quinasa) y sus mecanismos de control alostérico y covalente.
3
Explicar el efecto Pasteur y la regulación por la carga energética del adenilato (AMP/ADP/ATP) sobre el flujo glucolítico.
4
Distinguir las dos fases de la ruta de las pentosas fosfato: oxidativa (genera NADPH y CO₂) y no oxidativa (genera ribosa-5-fosfato e interconvierte azúcares fosfato).
5
Relacionar el NADPH y la ribosa-5-fosfato con sus funciones anabólicas clave: biosíntesis de ácidos grasos, esteroides, desoxirribonucleótidos y ácidos nucleicos.
⚡
Diapositiva 03 · 5.6 Glucólisis
Glucólisis — visión general y balance energético
⚡ Idea central
La glucólisis convierte 1 glucosa → 2 piruvato en 10 reacciones en el citosol, generando 2 ATP netos y 2 NADH. Es la primera etapa de la oxidación completa de la glucosa en organismos aerobios y la vía principal para organismos anaerobios.
📊 Dos fases de la glucólisis
💸
Fase 1 — Inversión de energía (rxn 1–5)
Se gastan 2 ATP para fosforilar la glucosa y fragmentarla en 2 triosas fosfato (G3P). Es la "inversión" que permite la ganancia posterior. Termina con 2 mol de G3P.
⚡
Fase 2 — Generación de energía (rxn 6–10)
Cada G3P se convierte en piruvato generando 2 ATP y 1 NADH por mol de triosa. Total por glucosa: 4 ATP generados − 2 invertidos = 2 ATP netos + 2 NADH.
⚖️ Balance neto de la glucólisis
MoléculaConsumidaProducidaNeto
ATP2 (rxn 1,3)4 (rxn 7,10)+2
NADH—2 (rxn 6)+2
Piruvato—2+2
H₂O—2+2
Destino del piruvato
En aerobiosis → oxidación en ciclo de Krebs. En anaerobiosis → fermentación (lactato en músculo / etanol en levaduras). En gluconeogénesis → síntesis de glucosa (hígado).
🔢
Diapositiva 04 · Glucólisis Fase 1
Reacciones 1–5 — fase de inversión de energía
1
Fosforilación de glucosa — HexoquinasaGlucosa + ATP → Glucosa-6-P + ADPRequiere Mg²⁺. Irreversible. Inhibida por su producto (G6P). La glucoquinasa hepática tiene alta Km y respuesta sigmoide — sensora de glucemia.
2
Isomerización — FosfoglucoisomerasaG6P ⇌ Fructosa-6-P (F6P)Reversible. Convierte aldosa (G6P) → cetosa (F6P). Intermediario enediol. Permite fosforilación en C1.
3
2ª fosforilación — Fosfofructoquinasa (PFK)F6P + ATP → Fructosa-1,6-bisP (FBP) + ADPIrreversible. Principal punto de regulación de la glucólisis. Enzima alostérica: activada por AMP, ADP, F-2,6-bisP; inhibida por ATP y citrato.
4
Fragmentación — AldolasaFBP → G3P + DHAPEscisión de hexosa en 2 triosas fosfato. Endergónica en condiciones estándar, favorecida in vivo (ΔG = −1.3 kJ/mol). Mecanismo: base de Schiff (enlace a Lys del sitio activo).
5
Isomerización — Triosa fosfato isomerasaDHAP ⇌ G3PConvierte DHAP en G3P (sustrato de rxn 6). Permite usar los 6 átomos de C de la glucosa. Intermediario enediol. Muy eficiente — enzima perfecta.
Resultado de la Fase 1
Se han gastado 2 ATP y se han generado 2 mol de G3P a partir de 1 mol de glucosa. A partir de aquí, cada G3P sigue la Fase 2 de forma independiente.
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Diapositiva 05 · Glucólisis Fase 2
Reacciones 6–10 — fase de generación de energía
6
Primer compuesto de alta energía — G3P deshidrogenasaG3P + NAD⁺ + Pᵢ → 1,3-bisfosfoglicerato (BPG) + NADHGenera BPG (anhídrido acil-fosfato con alta energía). Genera NADH. Requiere NAD⁺ — si se agota, la glucólisis se detiene. Inhibida por yodoacetato y metales pesados.
7
1ª fosforilación a nivel de sustrato — Fosfoglicerato quinasaBPG + ADP → 3-fosfoglicerato (3PG) + ATPPrimer ATP generado. En este punto el balance de ATP es cero. La ruta se vuelve exergónica a partir de aquí.
8
Isomerización — Fosfoglicerato mutasa3PG ⇌ 2-fosfoglicerato (2PG)Requiere Mg²⁺. Intermediario 2,3-bisfosfoglicerato. Traslada el fosfato de C3 a C2 para la activación del siguiente paso.
9
Síntesis del 2º compuesto de alta energía — Enolasa2PG → Fosfoenolpiruvato (PEP) + H₂ODeshidratación simple que aumenta enormemente la energía libre de hidrólisis del fosfato: de −15.6 (2PG) a −61.9 kJ/mol (PEP). El C2 queda en configuración enol desfavorecida.
10
2ª fosforilación a nivel de sustrato — Piruvato quinasaPEP + ADP → Piruvato + ATPFuertemente exergónica. Requiere Mg²⁺ y K⁺. Tercer punto de regulación. Activada por F-1,6-bisP (activación anterógrada); inhibida por ATP y acetil-CoA. Regulada por fosforilación hormonal en hígado.
Resultado Fase 2 (×2 por glucosa)
Cada G3P → 2 ATP + 1 NADH + 1 piruvato. La rxn 10 convierte la ruta en exergónica neta. El balance final: +2 ATP, +2 NADH, +2 piruvato por glucosa.
🎛️
Diapositiva 06 · Regulación
Regulación de la glucólisis — tres puntos de control
🎛️ Idea central
La glucólisis se regula en tres enzimas clave: hexoquinasa, PFK y piruvato quinasa. El control integra la carga energética celular (ATP/ADP/AMP) y señales metabólicas (citrato, acetil-CoA, F-2,6-bisfosfato) para equilibrar producción y consumo de energía.
1️⃣
Hexoquinasa
Inhibida por retroalimentación por su producto G6P. Controla la entrada de glucosa a la glucólisis. La glucoquinasa hepática (alta Km, sigmoide) ajusta la tasa de uso de glucosa según la glucemia postprandial.
2️⃣
Fosfofructoquinasa (PFK) — principal
Activadores: AMP, ADP, F-2,6-bisP

Inhibidores: ATP (alta energía), Citrato (ciclo Krebs activo)

La F-2,6-bisP es el principal regulador hígado glucólisis/gluconeogénesis.
3️⃣
Piruvato quinasa
Activadores: F-1,6-bisP (activación anterógrada)

Inhibidores: ATP, acetil-CoA

En hígado: regulada por fosforilación covalente hormonal (forma fosforilada inactiva → deriva PEP hacia gluconeogénesis).
Efecto Pasteur
Al introducir O₂ en cultivos anaerobios, la tasa de uso de glucosa disminuye drásticamente. La respiración aerobia inhibe la PFK (acumula ATP y citrato). Lógica: la oxidación completa genera mucho más ATP que solo la glucólisis — no hace falta quemar glucosa rápido.
Oscilaciones glucolíticas
La actividad de la PFK oscila periódicamente (detectable por fluorescencia del NADH a 450 nm). Características de sistemas con retroalimentación. La carga energética del adenilato (AMP/ADP/ATP) controla el ritmo: carga alta → glucólisis inactiva; carga baja → activada.
🔀
Diapositiva 07 · Vías alimentadoras
Vías alimentadoras de la glucólisis
Concepto
La degradación de polisacáridos de almacenamiento (glucógeno, almidón) y el metabolismo de oligosacáridos dirigen hexosas, triosas fosfato y azúcares fosfato hacia la glucólisis. Estos metabolitos ingresan en distintos puntos de la ruta.
📥 Puntos de entrada a la glucólisis
FuenteMetabolitoPunto de entrada
Glucógeno (hígado/músculo)Glucosa-1-P → G6PReacción 2 (tras isomerización)
Almidón (digestión)Maltosa → Glucosa → G6PReacción 2
Galactosa (lactosa)Galactosa-1-P → G1P → G6PReacción 2
Fructosa (sacarosa)Fructosa-6-P o F-1-PReacción 3 ó entre rxn 4 y 5
ManosaManosa-6-P → F6PReacción 3
⚙️ Glucógeno fosforilasa — punto de control
⚙️
Degradación del glucógeno
La enzima glucógeno fosforilasa cataliza la liberación de glucosa-1-fosfato desde los extremos no reductores del glucógeno. Es un punto de control adicional de la entrada de C a la glucólisis, coordinado con las señales hormonales (adrenalina, glucagón).
Hexoquinasa — baja especificidad
La hexoquinasa tiene baja Km y amplia especificidad: fosforila fructosa, manosa, galactosa y glucosa. Esto permite que todas estas hexosas ingresen a la glucólisis sin necesidad de transportadores especiales al sitio activo. La glucoquinasa hepática tiene mayor especificidad.
🔬
Diapositiva 08 · Pentosas Fosfato
Ruta de las pentosas fosfato — función y contexto
🔬 Idea central
La ruta de las pentosas fosfato es principalmente anabólica, no catabólica. Opera exclusivamente en el citosol y tiene dos funciones principales: proporcionar NADPH para biosíntesis reductora y ribosa-5-fosfato para síntesis de nucleótidos y ácidos nucleicos.
🎯 ¿Por qué NADPH y no NADH?
NAD⁺/NADH vs NADP⁺/NADPH
Son estructuralmente idénticos salvo por un fosfato 2' extra en la ribosa del NADP⁺. Metabólicamente: el par NAD⁺/NADH se usa en oxidaciones catabólicas. El par NADP⁺/NADPH se usa en reducciones anabólicas (biosíntesis de ácidos grasos, esteroides, desoxirribonucleótidos).
Tejidos con alta actividad de la ruta
  • Glándulas suprarrenales, hígado, tejido adiposo — biosíntesis de ácidos grasos y esteroides
  • Glándulas mamarias — síntesis de lípidos de la leche
  • Células en proliferación rápida — NADPH para desoxirribonucleótidos (síntesis de ADN)
  • Eritrocitos — NADPH para glutatión reducido (protección contra estrés oxidativo)
🗺️ Las dos fases
🔴
Fase oxidativa (irreversible)
3 reacciones. Oxida G6P → ribulosa-5-P + 2 NADPH + CO₂. Genera los equivalentes reductores que la célula necesita para biosíntesis. No recuperable — la energía se libera como NADPH.
🟢
Fase no oxidativa (reversible)
Interconvierte azúcares fosfato de 3, 4, 5, 6 y 7 carbonos mediante transcetolasa y transaldolasa. Genera ribosa-5-P cuando se necesita, o recicla los azúcares de 5C hacia F6P y G3P para la glucólisis.
🔴
Diapositiva 09 · Pentosas — Fase Oxidativa
Fase oxidativa — generación de NADPH
1
G6P deshidrogenasaG6P + NADP⁺ → 6-fosfogluconolactona + NADPH1er NADPH generado. Lactona = éster interno entre C1 y C5. Enzima regulada por la relación NADP⁺/NADPH.
2
Lactonasa6-fosfogluconolactona + H₂O → 6-fosfogluconatoHidrólisis espontánea (también catalizada). Abre el anillo de lactona.
3
6-fosfogluconato deshidrogenasa6-fosfogluconato + NADP⁺ → ribulosa-5-P + NADPH + CO₂2do NADPH y 1 CO₂. Descarboxilación oxidativa. El C1 de la glucosa se pierde como CO₂.
Balance fase oxidativa (por mol G6P)
G6P + 2 NADP⁺ + H₂O → Ribulosa-5-P + 2 NADPH + CO₂

Resultado neto: 2 NADPH + 1 CO₂ + 1 Ribulosa-5-P
🔄 Fase no oxidativa — interconversión de azúcares
Enzimas clave
  • Fosfopentosa isomerasa: Ribulosa-5-P → Ribosa-5-P
  • Fosfopentosa epimerasa: Ribulosa-5-P → Xilulosa-5-P
  • Transcetolasa: transfiere fragmento de 2C (requiere TPP como cofactor)
  • Transaldolasa: transfiere fragmento de 3C
ReacciónReactivosProductos
Transcetolasa 1Xilulosa-5-P + Ribosa-5-PG3P + Sedoheptulosa-7-P
TransaldolasaSedoheptulosa-7-P + G3PEritrosa-4-P + F6P
Transcetolasa 2Xilulosa-5-P + Eritrosa-4-PG3P + F6P
Balance global de la ruta
3 G6P + 6 NADP⁺ → 2 F6P + G3P + 3 CO₂ + 6 NADPH

En sentido formal: oxida los 6C de la G6P a CO₂ con máxima generación de NADPH.
🔃
Diapositiva 10 · Integración metabólica
Destino de los productos y gluconeogénesis
🎯 Destino según las necesidades celulares
🧬
Si la célula necesita Ribosa-5-P
Se produce principalmente ribosa-5-P (síntesis de nucleótidos y ADN). La mayoría de los reordenamientos de la fase no oxidativa no se realizan. Células en proliferación rápida.
⚡
Si la célula necesita NADPH
La fase no oxidativa recicla las pentosas fosfato en G6P, que vuelve a la fase oxidativa. Vueltas repetidas → oxidación completa de G6P a CO₂ con máxima generación de NADPH.
🔄
Si la célula necesita ambos
F6P y G3P de la fase no oxidativa pueden catabolizarse por glucólisis y ciclo cítrico, satisfaciendo necesidades de energía, ribosa-5-P y NADPH simultáneamente.
🔃 Gluconeogénesis — síntesis de glucosa
Definición y función
Síntesis de glucosa a partir de precursores no glucídicos: piruvato, lactato, glicerol y algunos aminoácidos. Ocurre principalmente en el hígado (y en menor medida el riñón) durante el ayuno o ejercicio prolongado para mantener la glucemia.
PrecursorOrigenIngresa como
Piruvato / LactatoMúsculo (ciclo de Cori)OAA → PEP
GlicerolHidrólisis de triacilglicerolesDHAP
Aminoácidos glucogénicosCatabolismo proteicoOAA, piruvato, etc.
Coordinación glucólisis–gluconeogénesis
La F-2,6-bisfosfato es el regulador maestro en hígado: altas concentraciones → activa glucólisis (activa PFK) e inhibe gluconeogénesis (inhibe fructosa-1,6-bisfosfatasa). Su concentración está controlada por glucagón e insulina.
✏️
Diapositiva 11 · Práctica
Ejercicio de comprensión
P1
¿Por qué la PFK es considerada el principal punto de regulación de la glucólisis?
  • a Porque cataliza la primera reacción de la ruta
  • b ✓ Porque cataliza el primer paso irreversible exclusivo de la glucólisis y es sensora de la carga energética celular: integra señales de ATP, AMP, citrato y F-2,6-bisP
  • c Porque produce el mayor número de ATP en la ruta
P2
¿Por qué el G3P se acumula si se inhibe la G3P deshidrogenasa con yodoacetato?
  • a Porque la reacción 6 requiere ATP que se agota
  • b ✓ Porque la reacción 6 (G3P → BPG) queda bloqueada, acumulando su sustrato G3P y deteniendo toda la Fase 2 de la glucólisis
  • c Porque el yodoacetato inhibe directamente la aldolasa
P3
¿Qué explica el efecto Pasteur a nivel molecular?
  • a El O₂ destruye directamente las enzimas glucolíticas
  • b ✓ El O₂ activa la fosforilación oxidativa → sube [ATP] y [citrato] → inhiben la PFK → se reduce el flujo glucolítico porque se genera más ATP por vía aerobia
  • c El O₂ convierte el NAD⁺ en NADH, agotando el cofactor
P4
Un eritrocito deficiente en G6P deshidrogenasa es susceptible a hemólisis oxidativa. ¿Por qué?
  • a Porque no puede realizar la glucólisis para obtener ATP
  • b ✓ Porque sin G6P deshidrogenasa no genera NADPH → no puede reducir el glutatión oxidado → se acumula estrés oxidativo → daño en la membrana eritrocitaria → hemólisis
  • c Porque no puede sintetizar ribosa-5-P para reparar el ADN
P5
¿Cuándo la ruta de las pentosas fosfato produce principalmente ribosa-5-P vs. principalmente NADPH?
  • a ✓ Ribosa-5-P: cuando la célula prolifera rápidamente (síntesis de ADN). NADPH: cuando hay alta demanda biosintética; las pentosas se reciclan a G6P y vuelven a la fase oxidativa
  • b Ribosa-5-P: cuando hay exceso de ATP. NADPH: cuando el ciclo de Krebs está inactivo
  • c La ruta siempre produce ambos en proporción fija 1:1
P6
¿Por qué la glucosa se almacena como glucógeno y no como glucosa libre en las células?
  • a Porque la glucosa libre es tóxica para las enzimas celulares
  • b ✓ Porque la glucosa libre aumentaría la presión osmótica hasta niveles nocivos; el glucógeno polimérico no difunde ni afecta la osmolaridad y permite almacenar grandes cantidades
  • c Porque la glucosa libre no puede cruzar la membrana mitocondrial
🏆
Diapositiva 12 · Actividad evaluable
Actividad integradora: análisis metabólico
🎯 Contexto clínico
Un paciente con deficiencia de piruvato quinasa (PK) eritrocitaria presenta anemia hemolítica crónica. Analiza las consecuencias metabólicas a distintos niveles. Tiempo: 30 min.
1️⃣
Impacto en la glucólisis eritrocitaria

El eritrocito depende casi exclusivamente de la glucólisis para obtener ATP. Con deficiencia de PK, ¿qué ocurre con los intermediarios que se acumulan antes de la rxn 10? ¿Qué le pasa específicamente al 2,3-bisfosfoglicerato y cuál es su efecto sobre la hemoglobina?

2️⃣
Balance energético

¿Cuántos ATP produce un eritrocito con deficiencia de PK respecto a uno normal? Explica el mecanismo que lleva a la hemólisis cuando el eritrocito no puede mantener su bomba Na⁺/K⁺-ATPasa.

3️⃣
Ruta de las pentosas fosfato como compensación

¿La deficiencia de PK afecta la capacidad del eritrocito de generar NADPH para reducir el glutatión? Justifica a partir de las enzimas involucradas en cada ruta. ¿Podrían coexistir deficiencias de G6PD y de PK?

Entregable
Análisis escrito con esquema del bloqueo metabólico, rutas alternativas y explicación de la hemólisis a nivel molecular.
Criterios
Identificación del bloqueo en rxn 10 · Acumulación de 2,3-BPG · Balance de ATP · Distinción G6PD vs PK
✅ Unidad 5 — Glúcidos completada

Ideas clave — Glucólisis y Pentosas Fosfato

Glucólisis
10 rxn. Fase 1 (rxn 1–5): −2 ATP, genera 2 G3P. Fase 2 (rxn 6–10): +4 ATP, +2 NADH. Neto: +2 ATP, +2 NADH, +2 piruvato por glucosa.
Regulación
Hexoquinasa (←G6P) · PFK (←ATP, citrato; →AMP, F-2,6-bisP) principal · Piruvato quinasa (←ATP, acetil-CoA; →F-1,6-bisP). Efecto Pasteur: O₂ inhibe PFK.
Vías alimentadoras
Glucógeno → G1P → G6P. Galactosa → G6P. Fructosa → F6P o entre rxn 4–5. Manosa → F6P. Todos entran en rxn 2 o 3.
Pentosas — oxidativa
G6P + 2 NADP⁺ → Ribulosa-5-P + 2 NADPH + CO₂. G6PD es la enzima reguladora clave. Irreversible.
Pentosas — no oxidativa
Transcetolasa (TPP) y transaldolasa interconvierten azúcares de 3–7C. 3 G6P → 2 F6P + G3P + 3 CO₂ + 6 NADPH (global). Destino depende de necesidades de ribosa-5-P vs. NADPH.
BIBLIOGRAFÍA
M. Chairez. Unidad 5: Glúcidos. Diapositivas de clase, Bioquímica General. Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, Cd. Juárez, Chihuahua, México, s.f.