Glicoliza

Glicoliza este o succesiune de reacții prin care o moleculă de glucoză, cu șase atomi de carbon, este transformată în două molecule de piruvat, fiecare cu trei atomi de carbon. Procesul are loc în citosol, în afara mitocondriei. În timpul lui, celula investește la început o cantitate mică de ATP, dar formează ulterior mai mult; bilanțul net este de două molecule de ATP pentru fiecare glucoză. Se formează și NADH, un purtător de electroni.

Glicoliza nu folosește direct oxigenul într-o reacție proprie, de aceea poate continua și când aportul de oxigen este mic, dacă celula regenerează NAD${}^{+}$ printr-o cale potrivită. În celulele umane, piruvatul poate fi transformat în lactat în aceste condiții. Dacă există condiții aerobe, piruvatul poate intra în mitocondrie pentru oxidare ulterioară. Rezultatul final depinde deci de etapele care urmează glicolizei.

Într-un desen, arată glucoza la intrare și două molecule de piruvat la ieșire, apoi notează separat ATP-ul net și NADH-ul. Nu spune că glicoliza produce singură toată energia obținută prin respirația aerobă. Nu o confunda cu glicogenoliza: aceea desface glicogenul de rezervă, pe când glicoliza prelucrează glucoza prin reacții succesive.

Cele zece reacții ale glicolizei includ o fază de investiție energetică și una de recuperare. Oxidarea intermediarilor reduce $\mathrm{NA}{\mathrm{D}}^{+}$ la NADH, iar fosforilarea la nivel de substrat produce ATP direct. Pentru o glucoză, bilanțul clasic net este de două molecule de ATP, două NADH și două molecule de piruvat. Destinul NADH și al piruvatului depinde de disponibilitatea oxigenului și de tipul celular.

Cele zece reacții ale glicolizei au loc în citosol, fără oxigen. Faza de investiție: glucoza este fosforilată de hexokinază cu un ATP la glucozo-6-fosfat, devine fructozo-6-fosfat și este fosforilată a doua oară, de fosfofructokinaza-1, cu un al doilea ATP, la fructozo-1,6-bisfosfat; acesta se scindează în două trioze fosfat (gliceraldehid-3-fosfat și dihidroxiacetonfosfat), care se transformă una în alta. Faza de recuperare: fiecare gliceraldehid-3-fosfat este oxidat și fosforilat, cu formare de NADH și 1,3-bisfosfoglicerat; acesta cedează fosfatul ADP-ului (primul ATP), apoi, prin fosfoenolpiruvat, se formează piruvatul și un al doilea ATP. Pentru o glucoză se consumă 2 ATP și se formează $2\cdot 2=4$ ATP, deci câștigul net este de 2 ATP, plus 2 NADH și 2 piruvat. Enzima de reglare principală este fosfofructokinaza-1, inhibată de ATP și activată de AMP, deci glicoliza se accelerează când celula are nevoie de energie.

Soarta piruvatului depinde de oxigen. În aerobioză, piruvatul intră în mitocondrie. În anaerobioză, piruvatul este redus la lactat de lactat-dehidrogenază, reacție care regenerează NAD⁺ necesar glicolizei; în drojdii, piruvatul este transformat în etanol și $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$. Eritrocitele nu au mitocondrii și obțin ATP numai prin glicoliză.

Glucoza pătrunde în celule prin transportori specifici (GLUT); în celulele musculare, insulina crește numărul transportorilor GLUT4 de pe membrană. Fosforilarea la glucozo-6-fosfat reține glucoza în celulă, deoarece forma fosforilată nu mai poate traversa membrana. Intermediarii glicolizei servesc și la sinteza altor compuși ai celulei.

Exemplu rezolvat 1: bilanțul glicolizei.

1. Consum: 1 ATP la hexokinază și 1 ATP la fosfofructokinază: $-2$ ATP.
2. Producție: câte 2 ATP din fiecare dintre cele două trioze: $+4$ ATP.
3. Bilanț net: $4-2=2$ ATP, plus 2 NADH.
4. În convenția școlară, cei 2 NADH echivalează cu 6 ATP în lanțul respirator, deci glicoliza contribuie cu 8 ATP la bilanțul de 38.

Exemplu rezolvat 2: fermentația alcoolică a glucozei. Ecuația este ${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6\to 2{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_5\mathrm{OH}+2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$.

1. Masa unui mol de glucoză: $6\cdot 12+12\cdot 1+6\cdot 16=180$ g.
2. Masa celor 2 moli de etanol ($46$ g/mol): $2\cdot 46=92$ g, iar a celor 2 moli de $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ ($44$ g/mol): $2\cdot 44=88$ g.
3. Verificare: $92+88=180$ g, deci masa se conservă.

Piruvatul rezultat are trei destine, în funcție de condiții: oxidare în mitocondrie, în prezența oxigenului, transformare în lactat în mușchi fără oxigen suficient sau în etanol la drojdii.

La admitere, păstrează unitatea de raportare: o moleculă de glucoză dă două molecule de piruvat. ATP-ul brut format nu este egal cu bilanțul net, deoarece la început se consumă ATP. Dacă enunțul întreabă localizarea, răspunde citosol, nu matrice mitocondrială. Nu afirma că fermentația este o etapă obligatorie a glicolizei aerobe.

Reține: glicoliza are loc în citosol, nu necesită oxigen, produce net 2 ATP și 2 NADH și transformă glucoza (6C) în doi piruvat (3C). Eritrocitele depind de glicoliză. Lactatul se formează în mușchi în efort intens, iar acumularea lui scade pH-ul. Ciclul Krebs și lanțul respirator urmează glicolizei numai în prezența oxigenului și a mitocondriilor.

Pentru întrebările despre enzime, reține hexokinaza (primul ATP consumat), fosfofructokinaza-1 (enzima reglatoare principală, inhibată de ATP și citrat) și piruvat-kinaza (ultima reacție, cu formare de ATP). În mușchiul care lucrează intens fără oxigen, glicoliza continuă, iar lactatul și ionii de hidrogen acumulați contribuie la oboseala musculară. Fermentația lactică a laptelui de către bacterii produce iaurt.

Exemplu în formatul examenului (complement grupat). Despre glicoliză sunt corecte afirmațiile:

1. Glicoliza are loc în matricea mitocondrială.
2. Bilanțul net al glicolizei este de 2 ATP pentru o glucoză.
3. Glicoliza transformă o moleculă de glucoză în patru molecule de piruvat.
4. Eritrocitele, lipsite de mitocondrii, obțin ATP prin glicoliză.

• a) „Numai afirmațiile 1, 2 și 3 sunt corecte.”
• b) „Numai afirmațiile 1 și 3 sunt corecte.”
• c) „Numai afirmațiile 2 și 4 sunt corecte.”
• d) „Numai afirmația 4 este corectă.”
• e) „Toate afirmațiile sunt corecte sau toate sunt false.”

Răspuns: c. Afirmația 1 este falsă: glicoliza are loc în citosol, nu în mitocondrie. Afirmația 2 este adevărată: se consumă 2 ATP și se formează 4 ATP. Afirmația 3 este falsă: o glucoză (6C) dă doi piruvat (3C). Afirmația 4 este adevărată: eritrocitele nu au mitocondrii și depind de glicoliză.

Greșeli frecvente

• Greșit: Glicoliza se desfășoară în mitocondrie.
  Corect: Glicoliza se desfășoară în citosol.
• Greșit: Glicoliza produce net patru molecule de ATP pentru o glucoză.
  Corect: Se formează patru, dar se consumă două; câștigul net este de două molecule de ATP.
• Greșit: Glicoliza produce lactat în toate condițiile.
  Corect: Lactatul se formează în absența oxigenului și în celulele fără mitocondrii, ca eritrocitele; în celulele cu mitocondrii, în aerobioză, piruvatul intră în mitocondrie și este transformat în acetil-CoA.

Înainte și după