Se trata de un polisacárido formado por moléculas de D-Glucosa unidas por enlaces a (1 - 4) y a (1 - 6), pero mucho más ramificado (ver Ruta 19). Una rama del árbol del glucógeno se caracteriza por poseer ramificaciones cada cuatro restos glucosilo dentro del núcleo más central de la molécula. Las cadenas de glucosa en el glucógeno están mucho más ramificadas que en la amilopectina, y por supuesto que en los ácidos nucléicos y las proteínas. La importancia de que el glucógeno sea una molécula tan ramificada tiene su explicación en varias razones; porque la ramificación incrementa su solubilidad, y porque esta estructura hace que tenga un gran número de residuos terminales no reductores (que van a ser los sitios de acción de la glucógeno fosforilasa y de la glucógeno sintasa). En definitiva, las ramificaciones facilitan enormemente tanto la velocidad de síntesis como la de degradación del glucógeno.

La principal función del glucógeno, como principal polisacárido de reserva de las células animales, es la de reservorio nutricional en los tejidos animales, debido a su capacidad para almacenar glucosa de rápida movilización, ya sea en los periodos interdigestivos o mientras se produce la actividad muscular, y por otra parte, y debido precisamente a su capacidad de almacenamiento, reducir al máximo los cambios de presión osmótica que la glucosa libre podría ocasionar en la célula.

El almacenamiento del glucógeno tiene lugar al producirse la adición de unidades de glucosa a una molécula de glucógeno preexistente. Para que sean almacenadas, las moléculas de glucosa deben ser activadas en forma de UDP-glucosa. Son varias las reacciones capaces que conducen a la síntesis de glucógeno a partir de la glucosa:

• Fosforilación de la Glucosa: La glucosa es fosforilada a glucosa-6-fosfato, bien por acción de la hexoquinasa (presente en todos los tejidos), o por el enzima hepático glucoquinasa. Únicamente en el caso de que la molécula que vaya a ser almacenada provenga de la gluconeogénesis este paso no es necesario, puesto que esta vía origina directamente glucosa-6-fosfato.
• Conversión de glucosa-6-fosfato en glucosa-1-fosfato: se trata de una reacción reversible en la que interviene el enzima fosfoglucomutasa catalizando el proceso. Este enzima emplea como intermediario la glucosa-1,6-bifosfato en pequeñas concentraciones.
• Formación de UDP-glucosa: La glucosa-1-fosfato reacciona con el UTP para formar UDP-glucosa y pirofosfato, en una reacción catalizada por la UDP-glucosa pirofosforilasa. La hidrólisis del pirofosfato por la pirofosfatasa provoca que la concentración del pirofosfato se mantenga a niveles bajos, con lo cual la reacción transcurre en el sentido de la formación de UDP-glucosa.
• Transferencia de los restos glucosilo: Una vez que la UDP-glucosa ha sido formada, el enzima glucógeno sintasa transfiere los restos glucosilo a los extremos de las ramificaciones de una molécula de glucógeno, lo cual conlleva un alargamiento de las cadenas a (1 à 4). Por cada resto glucosilo añadido se libera una molécula de UDP.

Ramificación del glucógeno: La acción de la glucógeno sintasa produce largas cadenas de amilosa, las cuales son incompatibles con un buen funcionamiento celular. En este punto interviene la enzima ramificante (glucosil-4:6-transferasa) que cataliza la transferencia de una cadena de entre 5 y 9 residuos de glucosa a un punto que se halla, aproximadamente, entre 4 y 6 residuos de distancia de cualquier otra ramificación, formando un enlace a (1 - 6). Ya que este tipo de enlaces tienen menor energía libre que los enlace a (1 - 4), el equilibrio de la reacción favorece la formación de ramificaciones, con un doble efecto: hacer a la molécula de glucógeno más soluble y aumentar el número de puntos que permitan actuar a la glucógeno sintasa y la enzima degradante glucógeno fosforilasa. Aunque la formación de nuevas ramificaciones y el consiguiente alargamiento de las cadenas puede ser repetida numerosas veces, la cantidad de glucógeno acumulable tiene un límite, y una vez que han sido excedidas las posibilidades de almacenamiento de glucosa en forma de glucógeno, el exceso de glucosa se emplea para la formación de triacilglicéridos.

Metabolismo del glucógeno

En lo referente a la regulación de la síntesis y degradación del glucógeno, como ya hemos comentado, los enzimas implicados son la glucógeno sintasa y la glucógeno sintetasa respectivamente.

La glucógeno fosforilasa se halla sujeta a activación alostérica por glucosa y ATP. Este tipo de control por efectores de la fosforilasa ha de considerarse primitivo con respecto a su control altamente elaborado por modificación covalente, aunque este mecanismo puede ser evitado a favor del mecanismo alostérico o viceversa en función de sus dos formas activas (fosforilasa a y fosforilasa b).

El enzima responsable de la fosforilación y activación de la fosforilasa es la fosforilasa quinasa, y la responsable de la desfosforilación e inactivación de la fosforilasa quinasa es la fosfoproteína fosfatasa. La fosforilasa quinasa es un gran complejo enzimático compuesto de cuatro subunidades, cada una de ellas repetidas 4 veces (a₄, b₄, g₄, d₄). La subunidad d de este complejo desempeña un importante papel en la regulación de la actividad de este enzima, así como en el control global del metabolismo del glucógeno, y es idéntica a la proteína reguladora fijadora de Ca²⁺ (calmodulina). La actividad máxima de la fosforilasa quinasa requiere tanto de la fosforilación de los residuos de serina específicos del enzima como de la interacción del Ca²⁺ con la subunidad calmodulina del enzima.

La glucógeno sintasa, por otra parte, es el enzima regulador implicado en la síntesis del glucógeno. Se trata de un tetrámero simple (a₄) constituido por un único tipo de subunidad. Este enzima debe ser activo durante la síntesis del glucógeno y hallarse inactivo durante su degradación. La glucógeno sintasa existe en dos formas bien conocidas, la forma D y la forma I, que se corresponden respectivamente con la forma b o forma inactiva del enzima y con la forma a o forma activa del enzima. En la fosforilación de este enzima pueden intervenir varias quinasas diferentes, que a su vez se encuentran reguladas por diferentes sistemas de segundos mensajeros de la acción hormonal (AMPc, Ca²⁺, diacilglicerol...). Otra diferencia respecto a la glucógeno fosforilasa se encuentra en la fosforilación de la glucógeno sintasa, que provoca su inactivación y no su activación.

Tanto el Ca²⁺ como el AMPc influyen en el estado de fosforilación (y por consiguiente de actividad) de los dos enzimas reguladores del metabolismo del glucógeno.

El consumo de una dieta rica en glúcidos provoca un aumento de la glucosa en sangre y en el hígado, lo cual es a su vez una señal para incrementar la síntesis de glucógeno en éste último tejido. El mecanismo por el cual esto sucede está relacionado con la estimulación de la liberación de insulina por el páncreas y los consiguientes efectos de ésta sobre la glucógeno fosforilasa y la glucógeno sintasa hepáticas. Sin embargo, existen otros mecanismos no hormonales para que se produzca este efecto, y entre ellos uno es la inhibición directa de la fosforilasa a por la glucosa, que puede actuar como receptor de la glucosa en el hígado en función del mecanismo de inhibición por glucosa de la degradación del glucógeno. La fosforilasa a puede actuar como receptor de glucosa en el hígado debido a que la concentración de glucosa en este tejido siempre refleja la concentración de glucosa sanguínea.

El glucagón y la adrenalina estimulan la degradación de glucógeno en el hígado. En el caso del glucagón esto es debido a varios mecanismos que tienen el denominador común de estar mediadas por el segundo mensajero AMPc y modificación covalente, con el resultado de un rápido aumento de los niveles de glucosa en sangre. Tal vez podría esperarse que esto conllevara una hiperglucemia, pero esto no ocurre porque la liberación del glucagón por parte del páncreas disminuye a medida que aumenta la glucosa en sangre. La adrenalina, por su parte, es liberada a la sangre por las células cromafines de la médula adrenal en respuesta a una situación de estrés a partir del glucógeno almacenado en el hígado. Esto permite que los tejidos a los que se acude para combatir la situación de estrés dispongan de una mayor cantidad de glucosa en sangre.

La adrenalina también estimula la degradación de glucógeno en el músculo esquelético; la función de la adrenalina en el metabolismo del glucógeno en el músculo esquelético es el de proporcionar más sustrato (glucosa 6-fosfato) para la glucólisis. El ATP generado por la glucólisis se emplea para atender la demanda metabólica impuesta al músculo esquelético para poder hacer frente a la respuesta generada por la situación estresante que provocó la liberación de adrenalina.