As células produzem energia quebrando macromoléculas. A respiração celular é o processo bioquímico que converte a “energia dos alimentos” (das ligações químicas das macromoléculas) em energia química na forma de trifosfato de adenosina (ATP). O primeiro passo deste processo fortemente regulado e intrincado é a glicólise. A palavra glicólise tem origem no Latim glico (açúcar) e lise (quebra). A glicólise tem duas funções intracelulares principais: gerar ATP e metabolitos intermediários para alimentar outras vias. A via glicolítica converte uma hexose (carboidrato de seis carbonos, como a glicose), em duas moléculas triose (carboidrato de três carbonos) como o piruvato, e uma rede de duas moléculas de ATP (quatro produzidas, duas consumidas) e duas moléculas de dinucleótido de nicotinamida de adenina (NADH).
Sabia que a glicólise foi a primeira via bioquímica descoberta? Em meados da década de 1800, Louis Pasteur determinou que os microrganismos causam a quebra da glicose na ausência de oxigénio (fermentação). Em 1897, Eduard Buchner descobriu que as reações de fermentação podem na mesma ocorrer em extratos de leveduras sem células, obtidos pela abertura da célula e recolha do citoplasma que contém as moléculas solúveis e organelos. Pouco depois, em 1905, Arthur Harden e William Young descobriram que a taxa de fermentação diminui sem a adição de fosfato inorgânico (Pi) e que a fermentação requer a presença de um componente sensível ao calor (posteriormente identificado como contendo uma série de enzimas) e uma fração de baixo peso molecular, estável ao calor (iões inorgânicos, ATP, ADP e coenzimas como NAD). Em 1940, com o esforço de muitos indivíduos, a via completa da glicólise foi estabelecida por Gustav Embden, Otto Meyerhof, Jakub Karol Parnas, et al. Na verdade, a glicólise é agora conhecida como a via EMP.
A glicose pode entrar nas células de duas maneiras: difusão facilitada através de um grupo de proteínas integrais chamadas proteínas GLUT (transportadoras de glicose) que transportam glicose para o citosol. Membros da família de proteínas GLUT estão presentes em tecidos específicos por todo o corpo humano. Alternativamente, o transporte ativo secundário move a glicose contra o seu gradiente de concentração através de uma proteína de simporte transmembranar. O simporte usa a energia eletroquímica de bombear um ião. Exemplos são os transportadores ligados a sódio-glicose no intestino delgado, coração, cérebro e rins.
Sob condições aeróbicas (ricas em O2) e anaeróbicas (deficientes em O2), a glicólise pode começar assim que a glicose entra no citosol de uma célula. Existem duas etapas principais da glicólise. A primeira etapa precisa de energia e é considerada um passo de preparação, prendendo a glicose na célula e reestruturando o seu esqueleto de seis carbonos para que possa ser eficientemente clivada. A segunda etapa é a etapa de compensação, libertando energia e criando piruvato.
Dependendo do nível de oxigénio e da presença de mitocôndrias, o piruvato pode ter um dos dois destinos possíveis. Sob condições aeróbicas, com mitocôndrias presentes, o piruvato entra nas mitocôndrias, passando pelo Ciclo do Ácido Cítrico e pela cadeia de transporte de eletrões (ETC) para ser oxidado em CO2, H2O e ainda mais ATP. Em contrapartida, sob condições anaeróbicas (ou seja, músculos a trabalhar) ou falta de mitocôndrias (ou seja, procariotas), o piruvato sofre fermentação de lactato (ou seja, é reduzido a lactato em condições anaeróbicas). Curiosamente, a levedura e algumas bactérias sob condições anaeróbicas podem converter piruvato em etanol através de um processo conhecido como fermentação alcoólica.
O controlo rigoroso e a regulação de vias metabólicas mediadas por enzimas, como a glicólise, são fundamentais para o bom funcionamento de um organismo. O controlo é exercido pela limitação do substrato ou regulação ligada a enzimas. A limitação do substrato ocorre quando a concentração de substrato e produtos na célula estão próximos do equilíbrio. Consequentemente, a disponibilidade do substrato determina a velocidade da reação. Na regulação ligada a enzimas, a concentração de substrato e produtos está longe do equilíbrio. A atividade da enzima determina a velocidade da reação, que controla o fluxo geral da via. Na glicólise, as três enzimas regulatórias são hexoquinase, fosfofrutoquinase e piruvato quinase.
