Ventajas de Glucógeno: Comparado con Glucosa y Grasa
En organismos, hay dos sustancias utilizadas para almacenar energía: glucógeno y grasa. Cuando completamente oxidado a dióxido de carbono y agua, grasa produce más energía para células, pero consume más oxígeno y tiempo. Por lo tanto, es un sistema de potencia media que sólo satisfacen los ejercicios de intensidad moderada, como trotar. Sin embargo, glucógeno también tiene sus ventajas. Es un material de almacenamiento temporal que apoyan las actividades de la vida tan rápido como sea posible. Es indispensable para ejercicios de alta intensidad que requieren liberación rápida de energía, como un sprint de 400 metros. Glucólisis incluso genera ATP de él sin oxígeno. Aunque glucólisis anaeróbica utiliza sólo 2% de la energía total de glucosa, es crucial para organismos viviendo en ambientes pobres en oxígeno, como parásitos intestinales y bivalvos en sedimentos de lago y océano (Glucógeno en ostras es tan alto como 5%.).
Glucosa se almacena en células como polímero y no monómero debido a diferente presión osmótica de estas dos formas. Glucógeno granular insoluble reduce la osmolaridad en citoplasma. Contribuye a una concentración alrededor de 10⁻⁵ mMol/L. Si toda unidad de glucosa es disuelta en citoplasma, la concentración sería 400 mMol/L. Una presión osmótica de 40 millones de veces permitiría que una gran cantidad de agua entre en célula resultando en ruptura.
Distribución y Función Biológica de Glucógeno
Bacterias evolucionaron glucólisis anaeróbica para acceder a energía almacenada en glucosa durante una era cuando Tierra carecía de oxígeno, así es un sistema energético más antiguo que grasa. Esto explica por qué se puede encontrar en casi todos los organismos, desde bacterias y arqueas hasta eucariotas. Sin embargo, es importante notar que en eucariotas, sólo animales, protistas y hongos tienen glucógeno. Puede ser que plantas han encontrado una opción más adecuada durante evolución. Almidón sirve como sustitución en plantas.
Glucógeno granular se almacena en citoplasma, especialmente abundante cerca de mitocondrias. Cada gránulo contiene decenas de miles de glucosas y enzimas que catalizan tanto síntesis como degradación. Cuando hay nutriente suficiente, glucosa es sintetizada en glucógeno por célula. Cuando organismos tienen hambre y ejercitan vigorosamente, glucógeno es descompuesto para suministrar ATP. Descomposición por lisosomas es otra vía metabólica en organismos multicelulares. Aproximadamente 10% de glucógeno es engullido por lisosomas y sus cadenas rectas y ramificadas son destruidas por alfa-glucosidasa ácida.
En animales, se encuentra principalmente en hígado y músculos esqueléticos, y también hay un poco en células nerviosas. Porque la mayoría de células no almacenan energía, y obtienen glucosa de sangre y fluido tisular, hígado almacena alrededor de 100g glucógeno para mantener estabilidad de azúcar en sangre por alrededor de 12 horas sin cualquier ingesta de comida. Están presentes en citoplasma como grandes gránulos. Demasiado pequeños gránulos podrían conducir a niveles inestables de azúcar en sangre. Por ejemplo, cerebro es nuestro órgano más consumidor de energía por el cual alrededor de 120g de glucosa es usada por día, aproximadamente 20% de consumo total del cuerpo. Alrededor de 4.5g de glucosa está en sangre de un adulto. Sólo mantiene cerebro trabajando por una hora. Antes de que eso ocurra, cerebro podría volverse lento o incluso apagarse (desmayo o muerte).
Músculo es un tejido muy "egoísta": glucosa puede entrar, pero no puede salir. "Autosuficiencia" asegura que músculo tiene una fuente inmediata y confiable de combustible durante ejercicio, pero también significa que una vez que glucógeno es almacenado en músculo, no puede ser compartido con otros tejidos y órganos. Comparado con glucógeno hepático, su tamaño más pequeño facilita rápida descomposición de glucógeno muscular. En algunas actividades intensas, necesitan ser movilizados dentro de un minuto tan rápido como sea posible. A veces glucólisis anaeróbica es también necesaria, pero esto dura sólo por un tiempo muy corto debido a extremadamente ineficiente utilización de energía. Otra función es regular azúcar en sangre. Un adulto tiene alrededor de 300-500 gramos de glucógeno muscular, pero un atleta de élite bien entrenado tiene aproximadamente el doble, mucho más que hígado. Por lo tanto, personas que ejercitan regularmente y tienen músculos bien desarrollados raramente tienen diabetes.