El glucógeno es una forma de almacenamiento de glucosa que se moviliza fácilmente. Es un polímero muy grande y ramificado de residuos de glucosa (Figura 21.1) que puede descomponerse para producir moléculas de glucosa cuando se necesita energía. La mayoría de los residuos de glucosa del glucógeno están unidos por enlaces α-1,4-glicosídicos. Los enlaces α-1,6-glicosídicos crean ramificaciones en uno de cada diez residuos. Recordemos que los enlaces α-glicosídicos forman polímeros helicoidales abiertos, mientras que los enlaces β producen hebras casi rectas que forman fibrillas estructurales, como en la celulosa (Sección 11.2.3).
Figura 21.1
Estructura del glucógeno. En esta estructura de dos ramas exteriores de una molécula de glucógeno, los residuos de los extremos no reductores se muestran en rojo y el residuo que inicia una rama se muestra en verde. El resto de la molécula de glucógeno se representa con R.
El glucógeno no se reduce tanto como los ácidos grasos y, en consecuencia, no es tan rico en energía. ¿Por qué los animales almacenan energía en forma de glucógeno? ¿Por qué no convertir todo el exceso de combustible en ácidos grasos? El glucógeno es una importante reserva de combustible por varias razones. La descomposición controlada del glucógeno y la liberación de glucosa aumentan la cantidad de glucosa disponible entre las comidas. Por lo tanto, el glucógeno sirve de amortiguador para mantener los niveles de glucosa en sangre. El papel del glucógeno en el mantenimiento de los niveles de glucosa en sangre es especialmente importante porque la glucosa es prácticamente el único combustible que utiliza el cerebro, excepto en caso de inanición prolongada. Además, la glucosa del glucógeno se moviliza fácilmente y, por tanto, es una buena fuente de energía para una actividad repentina y extenuante. A diferencia de los ácidos grasos, la glucosa liberada puede proporcionar energía en ausencia de oxígeno y, por tanto, puede suministrar energía para la actividad anaeróbica.
Los dos principales lugares de almacenamiento de glucógeno son el hígado y el músculo esquelético. La concentración de glucógeno es mayor en el hígado que en el músculo (10% frente al 2% en peso), pero se almacena más glucógeno en el músculo esquelético en general debido a su masa mucho mayor. El glucógeno está presente en el citosol en forma de gránulos cuyo diámetro oscila entre 10 y 40 nm (Figura 21.2). En el hígado, la síntesis y la degradación del glucógeno se regulan para mantener los niveles de glucosa en sangre según las necesidades del organismo en su conjunto. En cambio, en el músculo, estos procesos se regulan para satisfacer las necesidades energéticas del propio músculo.
Figura 21.2
Micrografía electrónica de una célula hepática. Las partículas densas en el citoplasma son gránulos de glucógeno.
21.0.1. Una visión general del metabolismo del glucógeno:
La degradación y la síntesis del glucógeno son procesos bioquímicos relativamente simples. La degradación del glucógeno consiste en tres pasos: (1) la liberación de glucosa 1-fosfato del glucógeno, (2) la remodelación del sustrato de glucógeno para permitir una mayor degradación, y (3) la conversión de glucosa 1-fosfato en glucosa 6-fosfato para su posterior metabolismo. La glucosa 6-fosfato derivada de la degradación del glucógeno tiene tres destinos (Figura 21.3): (1) Es el sustrato inicial para la glucólisis, (2) puede ser procesado por la vía de las pentosas fosfato para producir NADPH y derivados de la ribosa; y (3) puede convertirse en glucosa libre para su liberación en el torrente sanguíneo. Esta conversión tiene lugar principalmente en el hígado y, en menor medida, en los intestinos y los riñones.
Figura 21.3
Destinos de la glucosa 6-fosfato. La glucosa 6-fosfato derivada del glucógeno puede (1) ser utilizada como combustible para el metabolismo anaeróbico o aeróbico como en, por ejemplo, el músculo; (2) ser convertida en glucosa libre en el hígado y posteriormente liberada en la sangre; (más…)
La síntesis de glucógeno requiere una forma activada de glucosa, la uridina difosfato glucosa (UDP-glucosa), que se forma por la reacción de UTP y glucosa 1-fosfato. La UDP-glucosa se añade al extremo no reductor de las moléculas de glucógeno. Al igual que en el caso de la degradación del glucógeno, la molécula de glucógeno debe ser remodelada para continuar con la síntesis.
La regulación de estos procesos es bastante compleja. Varias enzimas que participan en el metabolismo del glucógeno responden de forma alostérica a los metabolitos que señalan las necesidades energéticas de la célula. Estas respuestas alostéricas permiten ajustar la actividad enzimática para satisfacer las necesidades de la célula en la que se expresan las enzimas. El metabolismo del glucógeno también está regulado por cascadas estimuladas por las hormonas que conducen a la fosforilación reversible de las enzimas, lo que altera sus propiedades cinéticas. La regulación por parte de las hormonas permite que el metabolismo del glucógeno se ajuste a las necesidades de todo el organismo. Mediante estos dos mecanismos, la degradación del glucógeno se integra con la síntesis del mismo. Examinaremos primero el metabolismo, seguido de la regulación enzimática y luego la elaborada integración de los mecanismos de control.
Figura
Las cascadas de señales conducen a la movilización del glucógeno para producir glucosa, una fuente de energía para los corredores.