miniatura|500px|Esquema del procés.
La glicòlisi (del grec γλυκύς "dolç" i λύσις "trencament"), glucòlisi o via d'Embden-Meyerhof és una via metabòlica per la qual una molècula de glucosa (Glc) és oxidada fins a dues molècules d'àcid pirúvic o piruvat (Pyr).
La glicòlisi és l'inici tant de la respiració aeròbica com de l'anaeròbica i en aquest sentit és l'arquetip d'un procés metabòlic universal que es pot trobar (amb molt poques variacions) a la majoria de tipus cel·lulars de gairebé tots els organismes. Implicada en la respiració aeròbica, és la principal font d'energia de molts organismes procariotes, cèl·lules eucariotes privades de mitocondris (per exemple els eritròcits madurs) i cèl·lules eucariotes que es troben en concentracions baixes d'oxigen (per exemple durant la contracció muscular intensiva o durant la fermentació del llevat).
És una de les vies originals dins de l'evolució i en gairebé totes les cèl·lules es desenvolupa de la mateixa manera: una molècula de glucosa es converteix en dues molècules de piruvat, formant-se ATP i NADH. En eucariotes i procariotes, la glicòlisi té lloc al citosol de la cèl·lula. En les cèl·lules vegetals, algunes de les reaccions glicolítiques es troben també en el cicle de Calvin, que té lloc a l'interior dels cloroplasts. L'àmplia conservació d'aquesta via inclou els organismes filogenèticament més antics i per això es considera una de les vies metabòliques més antigues.
Malgrat que la glucosa és, de bon tros, el monosacàrid més utilitzat, n'hi ha d'altres que també són combustibles importants que es poden introduir en la ruta glicolítica, com la fructosa i la galactosa, per la qual cosa l'estratègia consisteix a convertir aquests sucres en metabòlits derivats de la glucosa.
La glicòlisi consisteix en 10 reaccions enzimàtiques que converteixen la glucosa en piruvat, el qual és capaç de seguir altres vies metabòliques i d'aquesta manera seguir proporcionant energia a l'organisme.
És la via inicial del catabolisme (degradació) d'hidrats de carboni (sucres) i té tres funcions principals: a) la generació de molècules que poden actuar com a font d'energia cel·lular o poder reductor (ATP i NADH); b) la producció de piruvat, necessari per iniciar el cicle de l'àcid cítric com a part de la respiració aeròbica, i c) la producció de compostos intermediaris de sis i tres carbonis que poden ésser utilitzats en altres vies metabòliques.
Quan hi ha absència d'oxigen (anòxia o hipòxia) després que la glucosa passi aquest procés, el piruvat pateix una fermentació, una segona via d'obtenció d'energia que, igual que la glicòlisi, és poc eficient. El tips de compost obtingut de la fermentació acostuma a variar segons el tipus d'organisme. En els animals el piruvat fermenta a lactat i en els llevats, a etanol.
El tipus de glicòlisi més comú i més conegut és la via d'Embden-Meyerhoff, explicada inicialment per Gustav Embden i Otto Meyerhoff. Per aquest motiu glicòlisi s'utilitza com a sinònim de la via d'Embden-Meyerhoff.
Història Els primers estudis informals dels processos glicolítics van ser iniciats el 1860, quan Louis Pasteur va descobrir que els microorganismes són els responsables de la fermentació, i el 1897 quan Eduard Buchner va trobar que cert extracte cel·lular pot causar la fermentació.
La següent contribució va ser d'Arthur Harden i William Young l'any 1905, quan van determinar que són necessàries una fracció cel·lular d'alt pes molecular i termosensible (enzims) i una fracció citoplasmàtica de baix pes molecular i termoinsensible (ATP, ADP, NAD+ i altres cofactors) perquè la fermentació tingui lloc. Els detalls de la via en si van ser determinats el 1940 amb un gran avanç d'Otto Meyerhoff i, alguns anys després, per Luis Leloir. Les principals dificultats a l'hora de determinar el més complicat i confús de la via va ser la curta vida i les baixes concentracions dels intermedis en les ràpides reaccions glicolítiques.
És interessant destacar que la glicòlisi fou la primera via metabòlica complexa que es va aclarir bioquímicament.
Visió general La glicòlisi és la forma més ràpida d'aconseguir energia per a la cèl·lula i, en el metabolisme dels hidrats de carboni, generalment és la primera via a la que es recorre.
La font principal per a aquesta via és la glucosa proporcionada per l'alimentació, la glucosa obtinguda de novo (gliconeogènesi) i l'alliberada en la degradació de les reserves de glucogen.
La glicòlisi és una de les vies més estudiades, està estructurada en 10 reaccions enzimàtiques que permeten la transformació d'una molècula de glucosa en dues molècules de piruvat mitjançant un procés catabòlic. Aquestes 10 reaccions es divideixen en dues fases: la primera, de consum d'energia, i la segona, d'obtenció d'energia.
La primera fase consisteix a transformar una molècula de glucosa en dues molècules de gliceraldehid-3-fosfat (una molècula de baix nivell energètic) mitjançant l'ús de dues molècules d'ATP. Aquest pas permet duplicar els resultats de la segona fase d'obtenció d'energia, ja que les molècules inicials són de 6 àtoms de carboni i les finals únicament de 3.
En la segona fase el gliceraldehid 3P pateix una oxidació (que provoca la reducció del coenzim NAD+) i es transforma en un compost d'alt nivell energètic, el qual generarà una molècula d'ATP (en realitat dues, ja que es generen dues molècules de gliceraldehid per cada glucosa). Aquesta obtenció d'energia s'aconsegueix mitjançant la unió d'una reacció fortament exergònica després d'una lleument endergònica. Aquesta unió té lloc una vegada més en aquesta fase, generant dues molècules de piruvat i dues més d'ATP. D'aquesta manera en la segona fase s'obtenen 4 molècules d'ATP.
Així doncs la reacció global de la glicòlisi és:
glucosa + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 piruvat + 2 NADH + 2 ATP + 2H+ + H₂O
L'ATP (Adenosina Trifosfat) és la font d'energia universal de la cèl·lula. El NADH atorga la capacitat de reduir altres compostos que pertanyin a altres vies metabòliques o bé s'utilitza per sintetitzar ATP (cadena respiratòria).
En estat de repòs l'organisme humà processa uns 200g de glucosa al dia mitjançant la ruta glicolítica.
Etapes de la glicòlisi La glicòlisi consta de deu reaccions enzimàtiques, que es divideixen en dues fases. En la primera fase, la preparatòria, es generen dues molècules de gliceraldehid-3-fosfat a partir de la divisió d'una de glucosa, consumint energia en forma d'ATP. En la segona fase, de benefici energètic, el gliceraldehid-3-fosfat és oxidat a piruvat, generant ATP.
Fase de despesa d'energia Aquesta primera fase de la glicòlisi consisteix a transformar una molècula de glucosa en dues molècules de gliceraldehid (en forma de gliceraldehid-3-fosfat). És una etapa preparatòria, en la qual es generen dues molècules de gliceraldehid-3-fosfat consumint-ne dues d'ATP.
Primer Pas. Hexocinasa miniatura|esquerra|Aquesta imatge correspon a la primera reacció de la glicòlisi La primera reacció de la glicòlisi consisteix en la fosforilació de la glucosa per convertir-la en glucosa 6-fosfat. Els avantatges de fosforilar la glucosa són, duna banda, fer de la glucosa un metabòlit més reactiu i, per altra banda, donada la càrrega negativa de la glucosa-6-fosfat, evitar que travessi la membrana cel·lular (ja que no existeix un transportador per a aquesta molècula), evitant d'aquesta manera la pèrdua de substrat energètic per la cèl·lula.
Aquesta reacció succeeix per la transferència d'un grup fosfat de l'ATP, una reacció catalitzada per l'enzim Hexocinasa7, la qual pot fosforilar (afegir un grup fosfat) molècules similars a la glucosa, com ara la fructosa o la manosa. L'hexocinasa es considera un prototip dels enzims que s'"adapten" a un substrat (segons el model d'encaix induït). Una característica de les cinases és la concentració de substrat al centre actiu: en l'hexocinasa la sortida d'aigua facilita la transferència del grup fosfat de l'ATP a la glucosa; i de la mateixa manera que moltes altres cinases depèn del catió Mg2+, que forma un complex amb el grup trifosfat de l'ATP. Tècnicament l'hexocinasa només fosforila les D-hexoses i utilitza de substrat MgATP2+, ja que, com s'ha indicat, aquest catió permet que l'últim fosfat de l'ATP (fosfat gamma λ-P o Pλ) sigui un blanc més fàcil per a l'atac nucleofílic que realitza el grup hidroxil (OH) del sisè carboni de la glucosa, cosa que és possible gràcies a l'ió magnesi (Mg2+) que apantalla les càrregues dels altres dos fosfats.
Aquesta reacció posseeix un ∆G negatiu i, per tant, es tracta d'una reacció en la que es perd energia en forma de calor. En nombrosos bacteris aquesta reacció està unida a l'última reacció de la glicòlisi (de fosfoenolpiruvat a piruvat) per poder aprofitar l'energia sobrant: el fosfat del fosfoenolpiruvat es transfereix a una proteïna d'un sistema de transport fosfotransferasa, i en última instància, el fosfat passarà a una molècula de glucosa captada de l'exterior de la cèl·lula i alliberada en forma de glucosa-6-fosfat a l'interior cel·lular. Es tracta, per tant, d'unir la primera i l'última reacció d'aquesta via i utilitzar l'excés d'energia per realitzar un tipus de transport a través de la membrana denominat translocació de grup.
Segon pas. Glucosa-6-fosfat isomerasa miniatura|Aquesta imatge correspon a la segona reacció de la glicòlisi Aquesta reacció, una isomerització aldosa-cetosa catalitzada per l'enzim glucosa-6-fosfat isomerasa, isomeritza la glucosa 6-fosfat a fructosa 6-fosfat. La isomerització succeeix en una reacció de 4 passos, que implica l'obertura de l'anell i un traspàs de protons a través d'un intermediari cis-endiol. Ja que l'energia d'aquesta reacció és igual a 1,7 kJ/mol, la reacció no és espontània i s'ha d'unir.
Aquest pas defineix la geometria molecular que afectarà les dues etapes crítiques d'aquesta primera fase de la glicòlisi: el següent pas, que agregarà un grup fosfat al producte d'aquesta reacció, i el pas 4, quan es creïn dues molècules de gliceraldehid que finalment seran les precursores del piruvat.
Tercer pas. Fosfofructocinasa miniatura|esquerra|Aquesta imatge correspon a la tercera reacció de la glicòlisi En aquesta reacció es fosforila el carboni 1 de la fructosa 6-fosfat generant fructosa 1,6-bisfosfat. És una reacció irreversible, catalitzada per l'enzim fosfofructocinasa-1 (PFK-1) i en la qual es consumeix ATP. Aquesta irreversibilitat és important, ja que l'enzim PFK-1 és l'enzim clau en la regulació de la glucòlisi, esdevenint-ne el punt de control. Això es deu al fet que té centres al·lostèrics, sensibles a les concentracions d'intermedis com ara el citrat i els àcids grassos. Així mateix la seva activitat augmenta a mesura que disminueix l'abastament d'ATP o quan els productes d'hidròlisi d'aquest (ADP i AMP) es troben en excés.
Alliberant un enzim anomenat fosfofructocinasa-2 que fosforila el carboni 2 (formant fructosa 2,6-bisfosfat) es regula la reacció.
Quart pas. Fructosa-1,6-bisfosfat aldolasa miniatura|Aquesta imatge correspon a la quarta reacció de la glicòlisi L'enzim fructosa-1,6-bifosfat aldolasa, mitjançant una condensació aldòlica reversible, trenca la fructosa 1,6-bifosfat en dues molècules de tres carbonis (trioses): dihidroxiacetona fosfat i gliceraldehid 3-fosfat.
Malgrat que aquesta reacció té una energia lliure ∆G de 23,9 kJ·mol-1 i que, per tant, en condicions estàndard no succeeix de manera espontània, en condicions intracel·lulars (baixa concentració de substrat) l'energia lliure és petita, la qual cosa permet que aquesta reacció sigui reversible.
Hi ha dos tipus d'aldolasa, que difereixen tant en el tipus d'organismes on s'expressen, com en els intermediaris de reacció.
Cinquè pas. Triosafosfat isomerasa miniatura|esquerra|Aquesta imatge correspon a la cinquena reacció de la glicòlisi