El glucógeno.

El glucógeno (o glicógeno) es un polisacárido de reserva energética formado por cadenas ramificadas de glucosa; es insoluble en agua, en la que forma dispersiones coloidales. Abunda en el hígado y en los músculos. 

Estructura del glucógeno

Estructura del glucógeno.

Su estructura puede parecerse a la de amilopectina del almidón, aunque mucho más ramificada que este. Está formada por varias cadenas que contienen de 12 a 18 unidades de α-glucosas formadas por enlaces glucosídicos 1,4; uno de los extremos de esta cadena se une a la siguiente cadena mediante un enlace α-1,6-glucosídico, tal y como sucede en la amilopectina.

Una sola molécula de glucógeno puede contener más de 120.000 moléculas de glucosa.

La importancia de que el glucógeno sea una molécula tan ramificada es debido a que:

1. La ramificación aumenta su solubilidad.
2. La ramificación permite la abundancia de residuos de glucosa no reductores que van a ser los lugares de unión de las enzimas glucógeno fosforilasa y glucógeno sintasa, es decir, las ramificaciones facilitan tanto la velocidad de síntesis como la de degradación del glucógeno.

El glucógeno es el polisacárido de reserva energética en los animales que se almacena en el hígado (10% de la masa hepática) y en los músculos (1% de la masa muscular) de los vertebrados. Además, pueden encontrarse pequeñas cantidades de glucógeno en ciertas células gliales del cerebro.

Gracias a la capacidad de almacenamiento de glucógeno, se reducen al máximo los cambios de presión osmótica que la glucosa libre podría ocasionar tanto en el interior de la célula como en el medio extracelular.

Cuando el organismo o la célula requieren de un aporte energético de emergencia, como en los casos de tensión o alerta, el glucógeno se degrada nuevamente a glucosa, que queda disponible para el metabolismo energético.

En el hígado la conversión de glucosa almacenada en forma de glucógeno a glucosa libre en sangre, está regulada por la hormona glucagón y adrenalina. El glucógeno hepático es la principal fuente de glucosa sanguínea, sobre todo entre comidas. El glucógeno contenido en los músculos es para abastecer de energía el proceso de contracción muscular.

El glucógeno se almacena dentro de vacuolas en el citoplasma de las células que lo utilizan para la glucólisis. Estas vacuolas contienen las enzimas necesarias para la hidrólisis de glucógeno a glucosa.

Metabolismo del glucógeno

Formación de Glucógeno

La síntesis de glucógeno a partir de glucosa se llama glucogénesis y se produce gracias a la enzima glucógeno sintasa. La adición de una molécula de glucosa al glucógeno consume dos enlaces de alta energía: una procedente del ATP y otra que procede del UTP.

La síntesis del glucógeno tiene lugar en varios pasos:

• En primer lugar, la glucosa es transformada en glucosa-6-fosfato, gastando una molécula de ATP.

glucosa + ATP → glucosa-6-P + ADP

• A continuación se transforma la glucosa-6-fosfato en glucosa-1-fosfato

glucosa-6-P ←→ glucosa-1-P

• Se transforma la glucosa-1-fosfato en UDP-glucosa, con el gasto de un UTP.

glucosa-1-P + UTP → UDP-glucosa + PPi

• La glucógeno sintasa que no gasta ATP, (acción antágonica a la glucógeno fosforilasa) va uniendo UDP-glucosa para formar el glucógeno, por enlaces alfa 1-4 liberando el nucleótido UDP (que se volverá a reutilizar).
• La enzima ramificadora del glucógeno se encarga de ramificar la cadena con enlaces glucosídicos alfa 1-6.
• Puesto que la glucógeno sintasa necesita de una cadena ya empezada para empezar su acción, hay otro enzima que se encarga de catalizar la génesis (origen) del glucógeno, es la glucogenina, capaz de crear un enlace covalente entre un grupo hidroxilo (-OH) de tirosina (tyr) y fijar la primera glucosa de la cadena, acto seguido podrá actuar la glucógeno sintasa y llevadas unas 10-12 glucosas la glucogenina dejará de ser imprescindible separándose para dar lugar a espacio para las ramificaciones siguientes.

(glucosa)_n + UDP-glucosa → (glucosa)_n+1 + UDP

• Por una reacción de ruptura de las triosas pasa fructosa 1-6 di-fosfato a fosfato de hidroxicetona (o a gliceraldehído-3 fosfato).

Glucogenolisis

Debido a la estructura tan ramificada del glucógeno, permite la obtención de moléculas de glucosa en el momento que se necesita. La enzima glucógeno fosforilasa va quitando glucosas de una rama del glucógeno hasta dejar 4 moléculas de glucosa en la rama, la glucantransferasa toma tres de estas glucosas y las transfiere a la rama principal y por último, la enzima desramificante quita la molécula de glucosa sobrante en la reacción.

Enzimas de la glucogenolisis

En la glucogenolisis participan dos enzimas:

• La glucógeno fosforilasa, que cataliza la fósforolisis o escisión fosforolítica de los enlaces alfa 1-4 glicosídicos, que consiste en la separación secuencial de restos de glucosa desde el extremo no reductor, según la reacción:

(glucosa) n + Pi3 ←→ (glucosa) n-1 + glucosa-1-P

Esta reacción es muy ventajosa para la célula, en comparación con una de hidrólisis.

• Enzima desramificadora del glucógeno. La glucógeno fosforilasa no puede escidir los enlaces O-glicosídicos en alfa(1-6). La enzima desramificante del glucógeno posee dos actividades: alfa(1-4) glucosil transferásica que transfiere cada unidad de trisacárido al extremo no reductor, y elimina las ramificaciones por los enlaces alfa 1-6 glicosídicos:

glucosa-6-P + H₂O₂ → glucosa + Pi

Regulación de la glucogénesis y la glucogenolisis

La regulación del metabolismo del glucógeno se ejecuta a través de las dos enzimas; la glucógeno sintasa que participa en su síntesis, y la glucógeno fosforilasa en la degradación.

• La glucógeno sintasa tiene dos formas: glucógeno sintasa I (independiente de la presencia de glucosa 6 fosfato para su acción), que no está fosforilada y es activa, y la glucógeno sintasa D (dependiente de la presencia de glucosa 6 fosfato para su acción), que está fosforilada y es menos activa.

• La otra enzima, la glucógeno fosforilasa, también tiene dos formas: glucógeno fosforilasa b, menos activa, que no está fosforilada y la glucógeno fosforilasa a, activa, que está fosforilada.

Tanto la glucógeno sintasa como la glucógeno fosforilasa se regulan por un mecanismo de modificación covalente.

Las hormonas adrenalina y glucagón activan las proteínas quinasas que fosforilan ambas enzimas, provocando activación de la glucógeno fosforilasa, estimulando la degradación del glucógeno; mientras que la glucógeno sintasa disminuye su actividad, lo que inhibe la síntesis de glucógeno.

La hormona insulina provoca la desfosforilación de las enzimas, en consecuencia la glucógeno fosforilasa se hace menos activa, y la glucógeno sintasa se activa, lo que favorece la síntesis de glucógeno.

Es decir, que hormonas como la adrenalina y el glucagón favorecen la degradación del glucógeno, mientras que la insulina estimula su síntesis.

Trastornos metabólicos

Las glucogenosis o trastornos del metabolismo del glucógeno son un conjunto de nueve enfermedades genéticas, la mayoría hereditarias, que afectan la vía de formación del glucógeno y las de su utilización.