La glucólisis es una antigua —muy antigua— «bomba de relojería» en cada célula. Funcionando en silencio, divide la glucosa por la mitad y nos suministra ATP, pero tras esa rutina diaria se oculta una saga evolutiva de casi 4.000 millones de años. Cómo apareció exactamente esta cadena de diez reacciones, por qué resultó tan universal y qué novedades han aportado los genetistas y geoquímicos en 2025 —vamos a analizarlo.
La glucólisis como «fósil viviente» del metabolismo
Si se comparan los genomas de bacterias, arqueas y levaduras, resulta que casi todas las enzimas de la vía clásica Embden–Meyerhof–Parnas aparecen en los tres dominios de la vida. Las reconstrucciones evolutivas LUCA (último ancestro común universal) muestran: ya poseía proteínas similares a la glucosa-6-fosfato isomerasa, la aldolasa y la triosa-fosfato isomerasa. Los estudios más recientes de 2024 determinaron que LUCA vivió hace aproximadamente 4,2 mil millones de años y ya tenía un genoma complejo con cerca de 2600 proteínas, incluidas enzimas clave de la glucólisis.
Qué significa esto para la biología
- La glucólisis pudo haberse originado antes de la separación de los tres dominios de la vida, es decir, en condiciones de una Tierra completamente anaeróbica.
- Sirvió como un «adaptador» universal para diferentes fuentes de carbono, hasta que la naturaleza desarrolló trucos más sofisticados como la fotosíntesis.
- Novedad: Reconstrucciones metabólicas muestran que LUCA no era un organismo simple, sino un acetógeno anaerobio complejo con un sistema de intercambio energético desarrollado.
Condiciones geoquímicas: cuando aún no existían enzimas
En 2014, el equipo de Markus Ralser demostró que las transformaciones clave de los fosfatos de azúcar (incluida la formación de piruvato) pueden ocurrir espontáneamente en un modelo de océano arqueano si se introducen iones Fe2+ y se ajusta el tampón. Más tarde se añadió que la velocidad de estas reacciones es sensible al pH y a la concentración de hierro, pero, en principio, la vía del «metabolismo no enzimático» es plausible.
Avance en la comprensión: Los estudios de Ralser revolucionaron nuestra visión sobre el origen del metabolismo. El metabolismo no enzimático resultó no ser un «pensamiento mágico», sino una posibilidad química real en la Tierra primitiva. A la luz de este hallazgo se entiende mejor la ley universal de la evolución, que describe cómo la naturaleza crea complejidad a partir de comienzos simples.
Principales conclusiones de los «paleontólogos químicos»
- Muchos productos intermedios se forman de forma espontánea; las enzimas solo «optimizaron el tráfico».
- Esto explica por qué esos diez pasos se convirtieron en la base: ya estaban «trazados» por la gequímica.
- La catálisis metálica establece un vínculo elegante entre la geología de la Tierra primitiva y los cofactores modernos (Mg2+, Zn2+, cúmulos Fe-S).
- El ciclo de Krebs también puede funcionar sin enzimas en condiciones geoquímicas apropiadas.
De la química a las proteínas: protoribozimas, conjunto «patchwork» y duplicaciones
El siguiente paso fue la transición de una química lenta y espontánea al catálisis por proteínas. Los modelos de evolución tipo «patchwork» proponen que las antiguas oxidorreductasas e isomerasas fueron inicialmente generales, acelerando varias reacciones a la vez. Duplicaciones génicas y mutaciones puntuales las fueron especializando progresivamente para sustratos concretos. En la glucólisis moderna esto se aprecia en pares como aldolasa / fructosa-bisfosfato aldolasa, hexocinasa / glucocinasa, etc.
Por qué la vía se ensambló en ese orden
Lo más probable es que se desarrollara de adentro hacia afuera. Las triosas (gliceraldehído-3-fosfato, dihidroxiacetona-fosfato) se generaban fácilmente a partir de la reacción de formosa de azúcares —y fue precisamente en ese nivel donde se formó el «núcleo» de la vía—, mientras que la fosforilación de la glucosa o la formación final de piruvato aparecieron algo más tarde.
Alternativas y ramificaciones paralelas
A medida que aumentó el nivel de oxígeno y se diversificaron los nichos ecológicos, la glucólisis «se rodeó» de competidores:
- Entner–Doudoroff —dos pasos más corto, pero produce menos ATP; útil para algunas bacterias aerobias.
- Gluconeogénesis —flujo inverso, recurso en condiciones de «baja disponibilidad de azúcares».
- Vías hetero/homofermentativas en bacterias lácticas, que permiten procesar carbohidratos con rapidez.
Sin embargo, la vía clásica EMP se ha conservado en la mayoría de los organismos por su equilibrio óptimo entre velocidad y rendimiento energético.
Simbionogénesis y «mezcla» de genes: perspectiva de 2025
Una revisión reciente en Nature Ecology & Evolution mostró que los genes glicolíticos de los eucariotas tienen un origen quimérico: aproximadamente la mitad recuerda a las arqueas Asgard y la otra mitad a la alfaproteobacteria progenitora de las mitocondrias. Esto refuerza la idea de que el intercambio de metabolitos fue clave para el simbiosis, y no una simple copia del metabolismo de una sola de las partes.
El análisis del origen de los genes del metabolismo central del carbono reveló una separación clara: los genes de la glucólisis son mayoritariamente de origen arqueal, mientras que los del ciclo de los ácidos tricarboxílicos son proteobacterianos. Esto es una evidencia directa de una antigua asociación metabólica.
Consecuencia práctica
Cuando los ingenieros genéticos trasladan la glucólisis a células artificiales o optimizan levaduras para biocombustibles, deben tener en cuenta la doble naturaleza arqueal-bacteriana de las enzimas: presentan preferencias de cofactores y requisitos de pH distintos.
Regulación por el oxígeno y las mitocondrias
Con la aparición del O2, la glucólisis pasó a formar parte de un conjunto mayor. Ahora el piruvato podía dirigirse a lactato (anaerobiosis) o al ciclo de Krebs. Surgieron nuevas «válvulas»: la regulación alostérica de la fosfofructoquinasa, el efecto Pasteur, la transcripción dependiente de HIF-1α. Todo ello apareció en capas, y el «pegamento» evolutivo fue la competencia por NAD+.
El estrés oxidativo como fuerza motriz de la evolución
Un papel destacado desempeña la modificación oxidativa de GAPDH, la enzima clave de la glucólisis. Bajo estrés, esta enzima se inactiva temporalmente, redirigiendo el flujo de metabolitos hacia la vía de las pentosas fosfato para generar NADPH y combatir las especies reactivas del oxígeno.
El papel de la glucólisis en el surgimiento de organismos complejos
Investigadores de EMBL y MPI-CBG han demostrado recientemente que, en embriones de mamíferos, un cambio temporal hacia la glucólisis condiciona el destino celular: unas células marchan hacia el ectodermo y otras hacia el mesodermo. Es decir, una vía ideada hace miles de millones de años en el fondo férrico del océano sigue hoy decidiendo si una célula será piel o músculo.
Un estudio en Nature identificó dos oleadas del metabolismo de la glucosa durante la gastrulación: la primera, a través de la vía de las hexosaminas, controla la especificación de células del epiblasto; la segunda, mediante la glucólisis, dirige la formación del mesodermo.
Preguntas abiertas y temas candentes
- ¿Qué tan precoz fue el conjunto completo de reacciones? Algunos modelos sugieren que las primeras células se apañaban con la mitad de la vía moderna.
- ¿Fueron las enzimas inicialmente de ARN? Algunas actividades ribozímicas lo insinúan, pero no hay pruebas fósiles directas.
- ¿Se puede «reconstruir» la glucólisis desde cero? La biología sintética intenta sustituir puntos débiles y frecuentemente mutables (por ejemplo, GAPDH) por análogos menos sensibles a las especies reactivas del oxígeno.
- Papel de los virus: datos recientes sugieren que virus gigantes pudieron contribuir a la configuración del metabolismo eucariota.
Nuevos horizontes: del laboratorio a la práctica
Aplicaciones médicas: Entender las raíces antiguas de la glucólisis abre nuevas vías terapéuticas. Los estudios muestran cómo la modificación oxidativa de GAPDH afecta al metabolismo de los eritrocitos durante el almacenamiento, algo crítico para la medicina transfusional.
Perspectivas biotecnológicas: Ingenieros diseñan ciclos metabólicos sintéticos que aplican principios de la glucólisis primitiva para producir biocombustibles y compuestos químicos con una eficiencia sin precedentes. Las startups biotecnológicas actuales ya aplican estos conocimientos para crear productos revolucionarios —desde «fertilizantes eléctricos» hasta biorreactores basados en células vivas.
Inteligencia artificial y biología: Los últimos avances permiten que la IA diseñe proteínas que no existen en la naturaleza, abriendo el camino a rutas metabólicas totalmente sintéticas. Las tecnologías CRISPR e IA ya están cambiando las reglas de la evolución, permitiéndonos no solo estudiar, sino reescribir procesos bioquímicos ancestrales.
Conclusión
La evolución de la glucólisis es un ejemplo excelente de cómo las condiciones geoquímicas, las mutaciones al azar y las alianzas intercelulares se combinan para formar una «autopista metabólica». Aunque la vía sea familiar para muchos bioquímicos, su historia aún contiene zonas en blanco. Los descubrimientos de 2024–2025 indican que estamos al borde de una comprensión revolucionaria de la relación entre la gequímica antigua, el origen de la vida y las biotecnologías modernas.
Quién sabe: quizá el próximo giro de la trama no lo descubra un laboratorio, sino tu sartén de cocina; añade azúcar y hierro, y observa cómo nace una pequeña civilización química.
Para lectura adicional
Consulte BioCyc para estudiar en detalle las rutas metabólicas, y los preprints recientes en bioRxiv, donde surgen constantemente nuevas hipótesis sobre la evolución del metabolismo central. Para los datos más recientes sobre LUCA, recomiendo Journal of Molecular Evolution, y para los aspectos aplicados, Nature Metabolism. También siga las noticias en SecurityLab.ru —allí aparecen regularmente materiales interesantes sobre los últimos avances en biología y biotecnologías.
