Este documento proporciona una revisión de conceptos generales de química, incluidos los aspectos básicos de las reacciones de oxidación-reducción. Explica el metabolismo de los glúcidos a través de la glucolisis en 10 pasos, que convierte la glucosa en piruvato mientras produce ATP. También cubre las rutas metabólicas catabólicas y anabólicas y cómo las moléculas reaccionantes se denominan metabolitos.

2. REPASO DE CONCEPTOS GENERALES DE QUIMICA
Aspectos básicos de oxidación - reducción I
La capacidad de determinadas compuestos para aceptar y donar electrones hace que
puedan participar en las reacciones denominadas de oxidación-reducción.
REACCIÓN DE REDUCCIÓN : Hay sustancias que pueden aceptar electrones ; son
sustancias oxidadas que en las condiciones adecuadas se pueden reducir, y por lo tanto
transformarse en formas reducidas. Veamoslo en el siguiente dibujo:

3. REACCIÓN DE OXIDACIÓN : Hay sustancias que pueden donar electrones ; son
sustancias reducidas que en las condiciones adecuadas se pueden oxidar, y por lo tanto
transformarse en formas oxidadas. Veamoslo en el siguiente dibujo :

4. METABOLISMO DE GLÚCIDOS
El METABOLISMO: es el conjunto de reacciones con las
que los seres vivos adquieren, producen y utilizan energía
para sus diferentes funciones
El metabolismo tiene cuatro FUNCIONES específicas:
1. Obtener energía química de la degradación de los
nutrientes.
2. Convertir las moléculas nutrientes en precursores.
3. Sintetizar las macromoléculas biológicas necesarias
para la célula.
4. Sintetizar o degradar biomoléculas, necesarias para
ciertas funciones celulares.

5. RUTAS METABÓLICAS
Las rutas metabólicas se clasifican en dos categorias:
rutas catabólicas (degradativas) o rutas anabólicas
(biosintéticas).
CATABOLISMO: conjunto de reacciones por las que la
célula degrada los nutrientes
ANABOLISMO: reacciones mediante las que la célula
sintetiza sus biomoléculas
Las moléculas reaccionantes, intermediarios y productos,
se denominan METABOLITOS o, también intermediarios
metabólicos.

6. CATABOLISMO DE MOLÉCULAS BIOLÓGICAS
La mayor parte de las rutas catabólicas aerobias de
glúcidos, lípidos y proteínas convergen en unos
pocos productos finales.
Pueden considerarse tres etapas fundamentales:
1. Degradación de las macromoléculas en sus
unidades constitutivas.
2. Degradación de esas unidades en moléculas más
simples: Pyr y AcCoA
3. Oxidación total de esas unidades en el ciclo del
ácido cítrico (Krebs)
Las vías catabólicas aerobias convergen todas en el
ciclo de Krebs, que es uno de los puntos claves del
metabolismo celular

7. METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS
•Glucolisis
•Fermentación
•Transformación del piruvato en Acetil-CoA
•Ciclo de los ácidos tricarboxílicos
•Transporte electrónico y fosforilación oxidativa
http://www.iubmb-nicholson.org/swf/glycolysis.swf
1.Glucolisis
• Consiste en una secuencia de 10 reacciones enzimáticas que catalizan la transformación de una molécula de
glucosa a dos de piruvato, con la producción de dos moles de ATP y dos de NADH por mol de glucosa

8. •Se trata de la ruta metabólica mejor conocida, que desempeña un papel clave en el metabolismo
energético al proporcionar una parte importante de la energía utilizada por la mayoría de los
organismos.
•Sirve en su función principal para preparar la glucosa y otros carbohidratos para su posterior degradación oxidativa.
Visión general de la vía glucolítica y su continuación hasta la degradación completa de la glucosa. El piruvato formado por
degradación de la glucosa puede sufrir posteriormente distintas degradaciones, dependiendo de las condiciones y del organismo

9. •a) En condiciones aerobias, el piruvato se transforma en Acetil-CoA, que se oxida aun más a través del ciclo de
los ácidos tricarboxílicos, y posteriormente a través de la fosforilacion oxidativa, generando CO2 y agua
•b) En condiciones anaerobias tiene lugar la fermentación, que es la transformación del piruvato hasta moléculas con un
grado medio de oxidación, permitiendo la regeneración del NAD+. Dos de las fermentaciones más importantes son la
homoláctica, en el músculo, por la que el piruvato es reducido hasta lactato, y la fermentación alcohólica, en levaduras, por
la que se reduce hasta etanol y CO2 .
•La glucolisis convierte la molécula de glucosa en dos de piruvato, en un proceso que utiliza la energía libre
liberada para sintetizar ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico (Pi). Este proceso requiere de la existencia de
una serie de reacciones de transferencia del grupo fosforilo acopladas químicamente. Así pues, la estrategia
química de la glucolisis es la siguiente

10. •a) Adición de grupo fosforilo a la glucosa
•b) Conversión química de grupos intermediarios fosforilados a compuestos con alto
potencial de transferencia de grupos fosfato.
•c) Acoplamiento de la hidrólisis de estos compuestos para la síntesis de ATP.

11. •Las 10 reacciones enzimáticas constituyentes de la glucolisis se recogen
esquemáticamente en la Figura 2 y más detalladamente en los esquemas posteriores. Al
inicio de la vía se consume ATP para la generación de grupos fosforilo, pero posteriormente
se regenera.
•Por tanto, la glucolisis transcurre en dos fases:

12. •FASE I. (Reacciones 1-5). Fase
preparatoria en que la glucosa
es fosforilada y fragmentada,
dando lugar a dos moléculas
de gliceraldehido-3-fosfato.
Este proceso consume 2 ATPs.
•FASE II (Reacciones 6-10). Las
dos moléculas anteriormente
formadas se convierten a dos
moléculas de piruvato, con la
producción de 4 ATPs y 2 NADH.
•Por consiguiente, el rendimiento de la glucolisis es de dos ATPs formados por molécula de glucosa y la reacción global sería:
Glucosa + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi 2 Piruvato + 2 NADH + 2 ATP + 2 H2O + 4H+

13. •El NAD+ es el principal agente oxidante de la vía glucolítica, así que el NADH formado durante el proceso debe ser
continuamente reoxidado para mantener el suministro de NAD+.
•Las reacciones las dos fases de la glucolisis pueden desglosarse en sus 10 reacciones:
1. Consumo del primer ATP
Transferencia del grupo fosforilo del ATP a la glucosa para formar glucosa-6-fosfato (G6P) en una reacción catalizada
por la hexoquina.
* La glucosa es
6 CH O PO 2
6 CH O H
2
ATP ADP
2 3 fosforilada en el
H
5
O H H
5
O H
carbono 6
H H
4 1 4 1
OH H OH H
2+
Mg
OH OH OH OH
3 2 3 2
H OH H ex o k in ase H OH
glu co se glu co se -6 -p h o sp h ate

14. 2. Isomerización
Conversión de G6P a fructosa-6-fosfato (F6P) catalizada por la Fosfoglucosa isomerasa. Primero debe abrirse el
anillo para que ocurra la isomerización, con posterior ciclación de la fructosa. Para la apertura del anillo se
requiere la presencia de un grupo ácido, probablemente el resto de butilamonio de una lisina
6 CH O PO 2
2 3
5 6 CH O PO 2 1 CH 2 O H
H O H
2 3
O
H
4 1 5 H HO 2
OH H
OH OH H 4 3 OH
3 2
OH H
H OH
P hosphoglucose Isom erase
glucose-6-phosphate fructose-6-phosphate

15. 3. Consumo del segundo ATP
La fosfofructoquinasa fosforila la F6P para formar fructosa-1,6-bifosfato (FBP). Esta reacción controla la velocidad de la vía
glucolítica. Esta reacción es estimulada alostéricamente por AMP e inhibida alostéricamente por ATP y citrato
P hosphofructokinase
6 CH O PO 2 1CH O H 6 CH O PO 2 1 CH 2 O PO 3
2
2 3 2 2 3
O ATP ADP O
5 H HO 2 5 H HO 2
2+
H 4 3 OH Mg H 4 3 OH
OH H OH H
fructose-6-phosphate fructose -1,6-bisphosphate
4. Rotura
La aldolasa cataliza la rotura de la FBP en dos triosas, el gliceraldehido-3-fosfato (GAP) y la dihidroxíacetona f osfato
(DHAP).
Dos moléculas de 3 carbonos
2
1 CH 2 O PO 3
2C O
H O
2
HO C H A ldolase CH 2 O PO 3 1C
3 3
H C OH 2C O + H C OH
4 2
2
H C OH 1 CH 2 O H 3 CH 2 O PO 3
5
2
6 CH 2 O PO 3 dihydroxyacetone glyceraldehyde -3 -
phosphate phosphate
fructose-1,6 -
bisphosphate
T riosephosphate Isom erase

16. 5. Isomerización
Sólo uno de los productos de la rotura aldólica, el GAP, continua la vía glucolítica. La interconversión entre éste y
la DHAP es catalizada por la triosa fosfato isomerasa.
2
1 CH 2 O PO 3
2C O
H O
HO
3
C H A ldolase 3
CH 2 O PO 3
2
1C
Termina 1ra
H
4
C OH 2C O + H
2
C OH fase
2
H C OH 1 CH 2 O H 3 CH 2 O PO 3
5
6 CH 2 O PO 3
2
dihydroxyacetone glyceraldehyde -3 - - 2 ATP
phosphate phosphate
fructose-1,6 -
bisphosphate
T riosephosphate Isom erase
6. Formación del primer intermediario de "alta energía"
La gliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa cataliza la oxidación y fosforilación del GAP, por Nicotinamide Adenine
Dinucleotide (NAD+) y fosfato inorgánico, para producir el 1,3-bifosfoglicerato (BFG).
G lyceraldehyde-3-phosphate
Cada gliceraldehido- D ehydrogenase
+ 2
3-fosfato es H O
+
+ H O O PO 3
Oxida y fosforilada 1C NAD NADH
1 C
fosfato inorgánico
por fosfato H C OH
+ Pi
H C OH
2 2
inorganico 2 2
3 CH 2 O PO 3 3 CH 2 O PO 3
glyceraldehyde- 1,3-bisphospho -
3-phosphate glycerate

17. 7. Primera producción de ATP
Se forma el primer ATP por defosforilación del 1,3-bisfosfoglicerato, rindiendo además 3-fosfoglicerato (3PG) en
una reacción catalizada por la fosfoglicerato quinasa (PGK).
P h o sp h o glycerate K in ase
2
O O PO 3 ADP ATP O O
1C 1
C
H C OH H C OH
2 2+ 2
2 Mg 2
3 CH 2 O PO 3 3 CH 2 O PO 3
1 ,3 -b isp h o sp h o- 3-p h o sp h o glycerate
glycerate
8. Isomerización
La fosfoglicerato mutasa cataliza la conversión de 3PG a 2-fosfoglicerato (2PG
Cambia
P hosphoglycerate M utase
de
O O O O
posición
C C
1 1
2
el grupo
H C OH H C O PO 3
2
2
2 fosfato
3 CH 2 O PO 3 3 CH 2 O H
3-phosphoglycerate 2 -phosphoglycerate

18. 9. Formación del segundo intermediario de "alta energía"
La enolasa cataliza la deshidratación del 2PG a fosfoenolpiruvato (PEP), formando un complejo activo por la
presencia del catión magnesio.
E nolase
O O O O
C C
1 1
2 2
H C O PO 3 C O PO 3 + H 2O
2 2
3 CH 2 O H 3 CH 2
2 -phosphoglycerate phosphoenolpyruvate
10. Producción del segundo ATP
La piruvato quinasa cataliza el acoplamiento de la energía libre de la hidrólisis del PEP a la síntesis de ATP para
formar piruvato.
P yru v ate K in ase
- Se forman 2 moleculas O O O O O O
de ATP por 1 molécula de C ADP ATP C C
1 1 1
glucosa C O PO 3
2
C OH C O
2 2 2
3 CH 2 3 CH 2 3 CH 3
p h o sp h o en o lp yru vate en o lp yru vate p yru vate

20. •Entrada de otros azúcares en la glucólisis
•Además de la glucosa procedente de la degradación de almidón y glucógeno, hay otras hexosas de importancia,
como la fructosa, que procede de la hidrólisis del azúcar de mesa y también de la fruta, la galactosa, que procede
de la hidrólisis del azúcar de leche (lactosa), y la manosa, obtenida a partir de la digestión de polisacáridos y
glucoproteínas
•La fructosa es fosforilada en el músculo y convertida directamente a fructosa-6-fosfato, siguiendo después la vía
glucolítica gracias a la acción de la hexoquinasa. No obstante, en el hígado la fructosa sigue una ruta más
compleja cuyo resultado final es la producción de dos unidades de gliceraldehido-3-fosfato que se incorpora a
la ruta.
•La galactosa se transforma en glucosa-6-fosfato, aunque este proceso parece simple las enzimas de la glucolisis
no son capaces de reconocer la configuración de la galactosa, lo que hace que el proceso sea catalizado
por 5 enzimas
•La manosa es fosforilada para rendir manosa-6-fosfato y a continuación se produce una isomerización hasta
fructosa-6-fosfato

21. Regulación de la glucólisis
Desde un punto de vista global podemos decir que la glucólisis se inhibe cuando
hay mucho ATP.
Los puntos clave en la regulación de la glucólisis son las tres enzimas que catalizan
pasos irreversibles:
la hexoquinasa, la fosfofructokinasa y la piruvato kinasa.

22. •2. Fermentación nicotinamida adenina dinucleótido
NAD+ (oxi) + 2H+ + 2e- ----> NADH (red) + H+
•Para la continuación de la degradación de glucosa, el NAD+ (en cantidades limitadas en la célula) consumido en
la glucólisis debe ser reciclado. En presencia de oxígeno, el NADH pasa a la mitocondria para ser nuevamente
oxidado. En condiciones anaeróbicas, el NAD+ se recupera por reducción del piruvato, en lo que constituye una
extensión de la vía glucolítica. Los procesos fermentativos permiten recuperar el NAD+. La fermentación
homoláctica y la fermentación alcohólica son dos ejemplos que tienen lugar en el músculo y en la levadura,
respectivamente.
Destinos del piruvato
2 Piruvato
Condiciones Condiciones
anaeróbicas anaeróbicas
2 Etanol + 2CO2 2 Acetil CoA 2 Lactato
TCA Músculo contrayéndose
vigorosamente, en eritrocitos
4CO2 + 4H2O y en algunos microorganismos

23. •A. Fermentación homoláctica
•En el músculo, especialmente durante el ejercicio intenso, cuando la demanda de ATP es elevada y se ha
consumido el oxígeno, la lactato deshidrogenasa (LDH) cataliza la oxidación del NADH por el piruvato para dar
lactato. Los mamíferos poseen hasta 5 isoenzimas de la LDH (todas ellas tetraméricas)
Lactate D ehydrogenase
O O O O
+ +
C NADH + H NAD C
C O HC OH
CH 3 CH 3
pyruvate lactate
La reacción global de la degradación anaeróbica de glucosa mediante la fermentación láctica puede esquematizarse
como sigue:
Glucosa + 2ADP + 2Pi -------------> 2 lactato + 2ATP + 2H+

24. •La mayor parte del lactato, producto final de la glucolisis anaeróbica, es exportado de
las células musculares por la sangre hasta el hígado, donde vuelve a convertirse en
glucosa
•.Al contrario de lo que se cree, la causa de la fatiga muscular y el dolor no es la
acumulación de lactato en el músculo, sino del ácido producido durante la glucolisis (los
músculos pueden mantener su carga de trabajo en presencia de concentraciones
elevadas de lactato si el pH permanece constante).
•Los cazadores saben del sabor agrio de la carne de un animal que ha corrido hasta
agotarse antes de morir. Esto es debido a la acumulación de ácido láctico en los
músculos.

25. B. Fermentación alcohólica
•En levadura, el NAD+ se regenera en condiciones anaeróbicas mediante un proceso de gran importancia para la humanidad, la
conversión de piruvato a etanol y dióxido de carbono
El etanol se produce a través de las siguientes reacciones
P yruvate A lcohol
D ecarbox ylase D ehydrogenase
O O + +
CO 2 NADH + H NAD H
C H O
C H C OH
C O
CH 3 CH 3
CH 3
pyruvate acetaldehyde ethanol

26. El etanol se produce a través de las siguientes reacciones
P yruvate A lcohol
D ecarbox ylase D ehydrogenase
O O + +
CO 2 NADH + H NAD H
C H O
C H C OH
C O
CH 3 CH 3
CH 3
pyruvate acetaldehyde ethanol
•La primera es la descarboxilación del piruvato para formar acetaldehido y dióxido de carbono, catalizada por la
piruvato descarboxilasa (ausente en animales) y que contiene el coenzima pirofosfato de tiamina (TPP) como
grupo prostético.
•Una consecuencia de su falta en el hombre es la enfermedad del beriberi, que puede resultar mortal y se
caracteriza por alteraciones neurológicas, parálisis, atrofia muscular y/o paro cardiaco.
•El acetaldehido formado por descarboxilación del piruvato es reducido a etanol por el NADH, en una reacción catalizada
por la alcohol deshidrogenasa (ADH).
La transferencia del H del NADH al acetaldehido está favorecida por un cofactor de Zn2+, que estabiliza
la carga negativa de un intermediario que se forma en el proceso

27. 3. Transformación del piruvato en Acetil-CoA
Los grupos acetilo entran en el ciclo en forma de acetil-CoA
Es este el producto común de la degradación de carbohidratos, ácidos grasos
y aminoácidos
El grupo acetilo esta unido al grupo sulfhidrilo del CoA por un enlace tioéster
Es interesante tener en cuenta que la
hidrólisis del enlace tioéster del acetil-CoA
libera 31,5 kJ/mol y es, por lo tanto, un
enlace rico en energía.
El acetil-CoA se forma por
descarboxilación oxidativa del piruvato,
por la acción del
complejo enzimático piruvato
deshidrogenasa

28. •La piruvato dehidrogenasa está regulada por dos mecanismos
superpuestos.
Por una parte está alostericamente inhibida cuando las
proporciones de ATP/ADP y NADH/NAD+ son altas, además la
enzima se inhibe cuando la disponibilidad de
combustible para el ciclo, en foma de Acetil-CoA o ácidos grasos,
es alta. Y se activa
cuando las demandas energéticas crecen y por tanto el flujo de
Acetil-CoA aumenta.
P yruvate D ehydrogenase
O O HSCo A O
H 3C C C O H 3C C S Co A + CO2
pyruvate + acetyl -C oA
NAD NADH

29. La formación de la glucosa
29

30.  Ruta anabólica en la que se sintetiza glucosa a partir de
precursores no glucídicos.
 IMPORTANCIA:
 Necesidad de glucosa circulante.
 Muchos órganos sólo consumen glucosa:
 Sistema nervioso
 Médula renal
 Testículos
 Eritrocitos
 El sistema nervioso consume 120 g/glucosa al día
30

31. LACTATO
gluconeogénesis
GLICEROL GLUCOSA
PIRUVATO
 Es la misma vía para animales, plantas y hongos.
31

32.  7 de las 10 reacciones de la gluconeogénesis son las inversas a
la glucolisis.
 Hay 3 pasos irreversibles en la glucolisis: ( G << 0)
Sustrato Producto Enzima
Glucosa Glucosa 6 fosfato Hexoquinasa
(glucosa 6-fosfatasa)
Fructosa 6 fosfato Fructosa 1,6 di fosfato Fosfofructoquinasa
(fructosa 1-6 biosfatasa)
Fosfoenolpiruvato Piruvato Piruvato quinasa)
(fosfoenolpiruvato
carboxiquinasa)
32

33. 33

34.  En ellos se consume ATP.
 El más complicado es el del paso
de piruvato a fosfoenolpiruvato.
 Parte de la reacción transcurre en
la mitocondria.
 Requiere la formación intermedia
de oxalacetato y malato.
34

35.  Fosfoenolpiruvato carboxiquinasa (PEP-
CK): de oxalacetato a
OXALACETATO
fosfoenolpiruvato.
 Fructosa 1,6 bifosfatasa:
 Produce fructosa-6-fosfato
 Necesita Mg++
 Glucosa 6 fosfatasa: poduce la glucosa.
 Por cada dos moléculas de ácido
pirúvico para dar glucosa, se necesita
además:
 4 ATPs
 2 GTPs
 2 NADH+H+
 3 H2O
35

36. 36

38. En la mayoría de los
tejidos animales el
destino principal de
la glucosa 6-fosfato
es la degradación
glucolítica a
piruvato, y en
ultimo termino la
generación de ATP.

39. La glucosa 6-fosfato tiene sin embargo otros destinos
catabólicos que conducen a productos especializados
para la células.
La oxidación de la glucosa 6-fosfato a pentosas fosfato
por la ruta de las pentosas fosfato es un caso de
especial importancia en algunos tejidos.
Las células en rápida división, tales como las de la
medula ósea y la mucosa intestinal utilizan las
pentosas para producir RNA,DNA, y coenzimas tales
como ATP, NADH2, FADH2 y coenzima A.

40.  Oxidación de la glucosa 6-fosfato por la
 Oxidación de la glucosa 6-fosfato por la
glucosa 6-fosfatodeshidrogenasa (G6PD),
que forma6-fosfatodeshidrogenasa (G6PD),
glucosa 5-fosfogluconato-lactona.
que forma 5-fosfogluconato-lactona.
 La lactona es hidrolizada para dar el acido
 La lactona es hidrolizada para dar el acido
libre 6-fosfogluconato por una lactonasa
libre 6-fosfogluconato por una lactonasa
especifica.
especifica.
 El 6-fosfogluconato es oxidada y
 El 6-fosfogluconato 6-fosfogluconato y
descarboxilado por la es oxidada
deshidrogenasa formando6-fosfogluconato
descarboxilado por la la cetopentosa
ribulosa 5-fosfato. formando la cetopentosa
deshidrogenasa
ribulosa 5-fosfato.
 La fosfopentosa isomerasa convierte la
 La fosfopentosa en su isomero aldosala
ribulosa 5-fosfato isomerasa convierte
ribulosa 5-fosfato en su isomero aldosa
ribosa 5-fosfato.
ribosa 5-fosfato.
 El resultado neto es la producción de
 El resultado neto es la las reacciones
NADPH, un reductor para producción de
biosintéticas, reductor para las reacciones
NADPH, un y de ribosa5-fosfato, un
precursor de la síntesis de nucleótidos. un
biosintéticas, y de ribosa5-fosfato,
precursor de la síntesis de nucleótidos.