Ventajas del glucógeno: comparado con la glucosa y las grasas
En los organismos, hay dos sustancias utilizadas para almacenar energía: el glucógeno y la grasa. Cuando se oxidan completamente a dióxido de carbono y agua, la grasa produce más energía para las células. Sin embargo, el glucógeno también tiene sus ventajas. Es un material de almacenamiento temporal que proporciona energía lo más rápidamente posible. La grasa proporciona más energía consumiendo más oxígeno y tiempo, por lo tanto, es un sistema de energía de potencia media que solo satisface los ejercicios de intensidad moderada, como el trote. Para ejercicios de alta intensidad que requieren una liberación rápida de energía, como un sprint de 400 metros, el glucógeno es ideal. Incluso produce ATP en la glucólisis sin oxígeno. Aunque la glucólisis anaeróbica utiliza solo el 2% de la energía total de la glucosa, es crucial para los organismos que viven en entornos pobres en oxígeno, como los parásitos intestinales y los bivalvos en sedimentos de lagos y océanos (el glucógeno en las ostras es tan alto como el 5%).
La glucosa se almacena en las células como un polímero y no como un monómero debido a la diferente presión osmótica de estas dos formas. El glucógeno granular insoluble reduce la osmolaridad en el citoplasma. La concentración que contribuye es de solo aproximadamente 10⁻⁵ mMol/L. Si toda la glucosa en el glucógeno estuviera libre en el citoplasma, la concentración sería de 400 mMol/L. Una presión osmótica de 40 millones de veces permitiría que una gran cantidad de agua ingresara a la célula, resultando en su ruptura.
Distribución y Función Biológica del Glucógeno
Las bacterias evolucionaron la glucólisis anaeróbica para acceder a la energía almacenada en la glucosa durante una era cuando la Tierra carecía de oxígeno. Por lo tanto, el glucógeno es un sistema de energía más antiguo que la grasa. Esto explica por qué se puede encontrar en casi todos los organismos, desde bacterias y arqueas hasta eucariotas. Sin embargo, es importante señalar que en los eucariotas, solo los animales, protistas y hongos tienen glucógeno. Puede ser que las plantas hayan encontrado una opción más adecuada durante la evolución. El almidón sirve como sustituto del glucógeno y almacena energía en las plantas.
El glucógeno granular se almacena en el citoplasma, especialmente abundante cerca de las mitocondrias. Cada gránulo contiene decenas de miles de glucosas y enzimas que catalizan tanto la síntesis como la degradación. Cuando hay suficiente energía en la célula, la glucosa se sintetiza en glucógeno para almacenar energía. Si hay escasez de energía, el glucógeno se descompone en glucosa para suministrar ATP. La degradación por lisosomas es otra vía para el metabolismo del glucógeno en organismos multicelulares. Los lisosomas engullen aproximadamente el 10% del glucógeno cuyas cadenas rectas y ramificadas son destruidas por la alfa-glucosidasa ácida en los lisosomas.
En los animales, el glucógeno se encuentra principalmente en el hígado y los músculos esqueléticos, y también en las células nerviosas. Estabilizar la glucosa en sangre es una de las principales tareas del glucógeno hepático. La mayoría de las células obtienen glucosa de la sangre ya que no almacenan mucho glucógeno, especialmente el cerebro. Es un órgano que consume mucha glucosa muy rápidamente. Usa aproximadamente 120g de glucosa por día, lo que representa aproximadamente el 20% del consumo total de energía del cuerpo. Un adulto tiene solo alrededor de 4.5g de glucosa en su sangre, y eso solo mantiene el cerebro funcionando durante una hora. Antes de que eso ocurra, el cerebro podría volverse lento o incluso apagarse (desmayo o muerte) debido a bajos niveles de azúcar en sangre. Los 100g de glucógeno almacenados en el hígado son suficientes para estabilizar los niveles de azúcar en sangre durante aproximadamente 12 horas sin ingesta de alimentos. Están presentes en el citoplasma como gránulos grandes. Los gránulos demasiado pequeños podrían llevar a niveles de azúcar en sangre inestables.
El músculo esquelético es otro lugar donde se almacena una gran cantidad de glucógeno. El glucógeno muscular participa tanto en la respiración anaeróbica como en la aeróbica. En algunas actividades intensas, en particular un sprint de 400 metros, es necesario movilizar el glucógeno lo más rápidamente posible en un minuto. El tamaño más pequeño del glucógeno muscular permite que se descomponga extremadamente rápido para participar en la glucólisis anaeróbica. Esta condición solo dura un corto tiempo porque utiliza glucosa de manera muy ineficiente.
Una porción de glucógeno se descompone completamente durante el ejercicio y luego es resintetizada por las células durante la recuperación. Las células almacenarán más glucógeno que antes después de unos días de descanso, un fenómeno conocido como supercompensación. Un adulto tiene aproximadamente 300-500g de glucógeno, y un atleta de élite tiene aproximadamente el doble de glucógeno.