¿Por qué los animales usan glucógeno para su almacenamiento de polisacáridos mientras que las plantas usan almidón?

bueno, el glucógeno se puede descomponer en azúcares mucho más rápido , muchas más ramificaciones significan muchos más extremos para cortar azúcares individuales, así es como movilizas el azúcar para su uso, se corta del extremo de una hebra. Con muchas más ramas, el glucógeno puede movilizar más azúcar más rápidamente. Esto no es importante en las plantas, pero en los animales que necesitan poder movilizar mucha energía rápidamente, el glucógeno funciona mejor. Además, el glucógeno es una molécula más pequeña y más fácil de producir, lo que no sorprende, ya que el glucógeno es la condición ancestral de las plantas y los animales.

En cuanto a por qué las plantas cambiaron a almidón, o más precisamente lo obtuvieron a través de la simbiosis , la estructura cristalina plegada de los almidones lo convierte en un almacén de energía de mayor densidad pero también ralentiza su liberación , sin embargo, es más estable, lo cual es importante si se va a almacenar. por mucho tiempo. Es probable que los animales también cambien a almidón si no tuvieran que descomponerlo para digerirlo, solo porque consumen una gran cantidad. Pero dado que tienen que descomponerlo, no hay un incentivo real para volver a convertirlo en almidón cuando el glucógeno tiene algunas ventajas y, francamente, dado que el camino ya está allí y la evolución tiene muchos "eh, lo suficientemente buenos".

Resumen

La diferencia clave entre el glucógeno y la amilopectina (el componente principal del almidón) no es el número de ramas α 1,6-glucosídicas, sino su disposición .

En el glucógeno , las ramas se subdividen sucesivamente, produciendo una estructura globular relativamente pequeña que no puede crecer más. Es soluble en un ambiente acuoso y, con sus numerosos extremos expuestos, puede metabolizarse rápidamente, apropiado para células animales en las que las reservas de energía deben movilizarse en respuesta a demandas inmediatas, por ejemplo, para la contracción muscular.

En la amilopectina hay una larga cadena central de polisacáridos de la que se extienden a intervalos ramas de tamaño limitado. Esto produce partículas semicristalinas mucho más grandes (granos de almidón), una forma especialmente adecuada para el almacenamiento a granel a largo plazo en semillas y tubérculos.

La química

Esta es la característica común del glucógeno y la porción de amilopectina del almidón. (La porción de amilosa no está ramificada). En el glucógeno hay aprox. un punto de ramificación por 10 unidades de glucosa, mientras que en la amilopectina la cifra es de 1 por 24–30 (fuente: Wikipedia ).

La topografía

La topografía de ramificación contrastante de los dos polisacáridos, mencionados anteriormente, se ilustra esquemáticamente a continuación:

Esta es una representación bidimensional. En tres dimensiones, el glucógeno se esparce en todas las direcciones desde un punto central: en realidad, la enzima iniciadora, la glucogenina . En tres dimensiones, las hebras de amilopectina se encuentran principalmente una al lado de la otra.

La Macro-estructura

La siguiente ilustración, modificada de Bell et al. , muestra las diferentes formas y tamaños de las estructuras macromoleculares. Cabe mencionar que la naturaleza semicristalina de la amilopectina se ve favorecida por la conformación helicoidal de las cadenas.

En lugar de proporcionar un resumen de la revisión de Bell et al. (Journal of Experimental Botany, Vol. 62, pp. 1775–1801, 2011) Los citaré directamente (omitiendo sus citas).

En cuanto al glucógeno escriben:

Cada cadena, con la excepción de las cadenas exteriores no ramificadas, soporta dos ramas. Este patrón de ramificación permite el crecimiento esférico de los niveles de generación de partículas (un nivel corresponde al espacio esférico que separa dos ramas consecutivas de todas las cadenas ubicadas a una distancia similar del centro de la partícula). Este tipo de crecimiento conduce a un aumento en la densidad de las cadenas en cada nivel, lo que lleva a una estructura progresivamente más poblada hacia la periferia.

El modelado matemático predice un valor máximo para el tamaño de partícula por encima del cual es imposible un mayor crecimiento ya que no habría suficiente espacio para la interacción de las cadenas con los sitios catalíticos de las enzimas del metabolismo del glucógeno. Esto genera una partícula que consta de 12 niveles correspondientes a un diámetro máximo de 42 nm que incluye 55 000 residuos de glucosa. El 36% de este número total descansa en la capa externa (no ramificada) y, por lo tanto, es fácilmente accesible para el catabolismo del glucógeno sin desramificación. In vivo, las partículas de glucógeno están así presentes en forma de estos gránulos de tamaño límite (macroglucógeno) y también de gránulos más pequeños que representan estados intermedios de biosíntesis y degradación de glucógeno (proglucógeno). Las partículas de glucógeno son totalmente hidrosolubles y, por lo tanto,

Con respecto a la amilopectina escriben:

La amilopectina define uno de los polímeros biológicos conocidos, si no el más grande, y contiene entre 105 y 106 residuos de glucosa. No existe un límite superior teórico para el tamaño alcanzado por las moléculas de amilopectina individuales. Esto no se debe al grado levemente menor de ramificación general de la molécula en comparación con el glucógeno. Más bien se debe a la forma en que las ramas se distribuyen dentro de la estructura. Las ramificaciones se concentran en secciones de la molécula de amilopectina que conducen a grupos de cadenas que permiten el crecimiento indefinido del polisacárido. Otra característica importante de la estructura de agrupaciones de amilopectina consiste en el denso empaquetamiento de cadenas generadas en la raíz de las agrupaciones donde la densidad de ramificaciones localmente alcanza o excede la del glucógeno. Este denso empaquetamiento de ramas genera cadenas de glucano estrechamente empaquetadas que están lo suficientemente cerca como para alinearse y formar estructuras paralelas de doble hélice. Las hélices dentro de un solo grupo y los grupos vecinos se alinean y forman secciones de estructuras cristalinas separadas por secciones de material amorfo (que contiene las ramas) generando así la naturaleza semicristalina de la amilopectina y del gránulo de almidón resultante. De hecho, las cadenas cristalizadas se vuelven insolubles y típicamente colapsan en un sólido macrogranular. Este gránulo de almidón osmóticamente inerte permite el almacenamiento de cantidades ilimitadas de glucosa que no están disponibles metabólicamente.

coda

La escasez de información sobre el metabolismo del almidón de las plantas parecería reflejar una combinación de que se sabe menos sobre la bioquímica de las plantas y menos interés general debido a un enfoque general en la bioquímica médica y animal. Aunque yo mismo soy un bioquímico animal (y, por lo tanto, ignoraba previamente la información en esta respuesta), siento que es hora de corregir este desequilibrio.