La palabra glucólisis significa “división del azúcar”, y esto es exactamente lo que ocurre a lo largo de esta vía. La glucosa, un azúcar de seis carbonos, se divide en dos azúcares de tres carbonos. Estos azúcares más pequeños luego se oxidan y los átomos remanentes se reordenan para formar dos moléculas de piruvato (el piruvato es la forma ionizada del ácido pirúvico).

La vía de la glucólisis se compone de diez pasos, que pueden dividirse en dos fases. Durante la fase de inversión de energía, la célula gasta ATP. Esta inversión se reintegra con dividendos durante la fase de pago o compensación de energía, cuando se produce ATP mediante la fosforilación a nivel del sustrato y el NAD+ se reduce a NADH mediante los electrones liberados de la oxidación de los alimentos. El rendimiento neto de energía de la glucólisis, por cada molécula de glucosa, es 2 ATP más 2 NADH.

Todo el carbono inicialmente presente en la glucosa ésta en las dos moléculas de piruvato; no se libera CO2 durante la glucólisis. La glucólisis ocurre en presencia o en ausencia de O2. Sin embargo, si hay O2, la energía química almacenada en el piruvato y en el NADH puede ser extraída mediante el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa, respectivamente.

Fase de inversión de energía y Fase de compensación de energía

  1. La glucosa entra en la célula y es fosforilada por la enzima hexocinasa que transfiere un grupo fosfato del ATP al azúcar. La carga del grupo fosfato atrapa el azúcar en la célula porque la membrana plasmática es impermeable a los iones. La fosforilación también hace a la glucosa más reactiva desde el punto de vista químico. En este diagrama, la transferencia de un grupo fosfato o de un par de electrones de un reactivo a otro se indica mediante flechas acopladas.
  2. La glucosa-6-fosfato se reorganiza para convertirse en su isómero fructosa-6-fosfato.
  3. Esta enzima transfiere un grupo fosfato desde un ATP al azúcar e invierte otra molécula de ATP en la glucólisis. Hasta aquí se han usado 2 ATP. Con los grupos fosfato en sus extremos opuestos, el azúcar ahora está lista para ser ascindida a la mitad. Éste es un paso central para la regulación de la glucólisis; la fosfofructocinasa es regulada de forma alostérica por el ATP y sus productos.
  4. Ésta es la reacción a partir de la cual la glucólisis toma su nombre. La enzima escinde la molécula de azúcar en dos azúcares de tres carbonos diferentes: la dihidroxiacetona fosfato y el gliceraldehído-3-fosfato. Estos dos azúcares son isómeros entre sí.
  5. La isomerasa cataliza la conversión reversible entre los dos azúcares de tres carbonos. Esta reacción nunca alcanza el equilibrio en la célula porque la siguiente enzima de la glucólisis usa solamente el gliceraldehído-3-fosfato como su sustrato (y no la dihidroxiacetona fosfato). Esto atrae el equilibrio en dirección al gliceraldehído-3-fosfato, que es eliminado tan pronto se forma. Así, el resultado neto de los pasos 4 y 5 es la escisión de un azúcar de seis carbonos a dos moléculas de gliceraldehído-3-forfato; cada una avanzará a través de los pasos remanentes de la glucólisis.
  6. Esta enzima cataliza dos reacciones secuenciales mientras mantiene al gliceraldehído-3-fosfato en su sitio activo. En primer lugar, el azúcar se oxida por la transferencia de electrones y de H+ al NAD+, para formar NADH (una reacción redox). Esta reacción es muy exergónica, y la enzima emplea la energía liberada para unir un grupo fosfato al sustrato oxidado y crear un producto de energía potencial muy elevada. La fuente de los fosfatos es el reservorio de iones fosfato inorgánicos que siempre están presentes en el citosol. Nótese que el coeficiente 2 precede a todas las moléculas en la fase de compensación de energía; estos pasos ocurren después de que la glucosa se ha escindido en dos azúcares de tres carbonos (paso 4).
  7. La glucólisis produce cierta cantidad de ATP por fosforilación al nivel de sustrato. El grupo fosfato añadido en el paso previo se transfiere al ADP en una reacción exergónica. Por cada molécula de glucosa que comienza la glucólisis, el paso 7 produce 2 ATP, dado que cada producto después del paso de escisión de la glucosa (paso 4) está duplicado. Recuerde que se invirtieron 2 ATP para preparar el azúcar para su escisión; esta deuda de ATP quedó saldada. La glucosa se ha convertido en dos moléculas de 3- fosfoglicerato, que no es un azúcar. El grupo carbonilo que caracteriza un azúcar se ha oxidado a un grupo carboxilo, el distintivo de un ácido orgánico. El azúcar se oxidó en el paso 6 y ahora la energía que proveyó la oxidación se ha empleado para sintetizar ATP.
  8. Luego, esta enzima reubica el grupo fosfato restante. Este paso prepara al sustrato para la siguiente reacción.
  9. Esta enzima genera un doble enlace en el sustrato al extraer una molécula de agua, lo que produce fosfoenolpiruvato (PEP). Los electrones del sustrato se reordenan, de modo que el enlace fosfato remanente queda muy inestable y prepara al sustrato para la siguiente reacción.
  10. La última reacción de la glucólisis produce más ATP por transferencia del grupo fosfato del PEP al ADP, un segundo ejemplo de fosforilación a nivel sustrato. Dado que este paso ocurre dos veces por cada molécula de glucosa, se producen 2 ATP. En total, la glucólisis ha empleado 2 ATP en la fase de inversión de energía (pasos 1 y 3) y ha producido 4 ATP en la fase de compensación de energía (pasos 7 y 10), con una ganancia neta de 2 ATP. La glucólisis ha pagado la inversión de ATP con un 100% de interés. La energía adicional se almacenó en el paso 6 en el NADH, que puede emplearse para elaborar ATP por fosforilación oxidativa si hay oxígeno presente. La glucosa se ha degradado y oxidado a dos moléculas de piruvato, el producto final de la vía glucolítica. Si hay oxígeno presente, la energía química del piruvato puede ser extraída por el ciclo del ácido cítrico.