2.1.1. La etapa fundamental de la glucólisis

En la secuencia (8) hay una etapa clave en torno a la cual giran las demás reacciones: la catalizada por las enzimas E₆ y E₇. En esencia, dicho paso consiste en la adición de un átomo de oxígeno a un grupo aldehído (CHO) para formar un grupo carboxílico (COOH o, a pH fisiológico, COO¯). Se trata de un proceso de oxidación, capaz como tal de liberar energía (piénsese en una combustión, que no es sino un caso particular de oxidación); de hecho, libera algo más de la necesaria para sintetizar un ATP:

                (9)

(La R representa el resto de la molécula al que se halla unido el grupo funcional; más adelante nos ocuparemos de su naturaleza). El secreto de la glucólisis consiste, precisamente, en acoplar una reacción de oxidación a una reacción de fosforilación, de manera que la energía desprendida por la primera se use para “impulsar” a la segunda.

¿Cómo tiene lugar dicho acoplamiento? Para averiguarlo, formulemos la pregunta de otra forma: ¿de dónde sale el oxígeno representado en (9) entre corchetes? Desde luego, no de la molécula de O₂, ya que la glucólisis puede ocurrir en su ausencia (las fermentaciones son procesos anaerobios, descritos por Pasteur como la vie sans l’air). ¿Tal vez del agua? Quizá, podríamos pensar, al disociarse el H₂O para ceder el oxígeno se desprende un H⁺ que transfiere la energía a la reacción de fosforilación (la cual, efectivamente, consume un H⁺). Por desgracia, los H⁺ apenas transportan energía.

La única alternativa viable es un fosfato (HPO₄^2–) que, gracias a la energía liberada en la oxidación, se una al grupo aldehído y forme un compuesto fosforilado de alta energía, desde el que posteriormente se transfiera un grupo fosforilo al ADP:

          (10)

En definitiva, y pese a lo que pueda sugerir el nombre, la intervención del oxígeno no es lo más relevante en este ni en ningún otro proceso de oxidación (a menudo, de hecho, está totalmente ausente). La ecuación (10) apunta a que la oxidación consiste en la eliminación de hidrógeno, pero una vez más se trata de una impresión equivocada. Lo realmente esencial de la oxidación es la cesión de electrones, estén incluidos o no en átomos de hidrógeno; en el presente caso, se ceden dos electrones en forma de un ion hidruro, H¯ (véase el recuadro “Procesos de oxidación-reducción” al final de este epígrafe):

  (11)

Ahora bien, ni los electrones ni los iones hidruro pueden vagar libremente por el agua^2↓.

Es decir, siempre que una sustancia cede electrones (se oxida) otra los recoge (se reduce); por ello resultará más apropiado hablar de reacciones de oxidación-reducción o, abreviadamente, de reacciones redox. El aceptor de electrones (más precisamente, de iones hidruro) de la glucólisis resulta ser el dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD+), que se reduce con dichos iones hidruro a NADH, tal y como muestra la ilustración 4.11. El proceso completo quedaría, entonces, resumido así:

    (12)

Procesos de oxidación-reducción

Una oxidación-reducción implica la transferencia de electrones desde una molécula dadora (el reductor) hasta una aceptora (el oxidante). Los electrones se pueden transferir de tres formas:

• Directamente como electrones (e^–). Por ejemplo, en la reacción Mg + Cl₂ → Mg₂+ + 2 Cl¯, el magnesio pierde dos electrones (se oxida) y el cloro los gana (se reduce).
• En forma de átomos de hidrógeno (H), con un protón (H⁺) y un electrón (e^–) cada uno. Así, en la reacción CO + 2 H₂ → CH₃OH, el CO se reduce porque adquiere dos hidrógenos.
• Como iones hidruro (:H¯), con un protón y dos electrones: NaH + H₂O →Na⁺ + OH¯ + H₂. En las células, los iones hidruro se transfieren a través de las coenzimas NAD⁺ y NADP⁺, que se reducen reversiblemente a NADH y NADPH, respectivamente.
• El estado de oxidación de un átomo de carbono se mide por su número de oxidación, que a efectos prácticos es igual al número de enlaces directos a átomos de oxígeno o de nitrógeno menos el número de enlaces directos a átomos de hidrógeno. Se puede comparar el estado de oxidación de dos moléculas sumando los números de oxidación de sus carbonos. Así, el número de oxidación global de los carbonos del acetaldehído (izquierda en la ilustración de abajo) es (–3) + (+1) = –2, mientras que el del acetato de hidroximetilo (derecha) es (–3) + (+3) + 0 = = 0; como –2 es menor que 0, el acetaldehído será el compuesto menos oxidado de los dos (o el más reducido).