La glucosa es una molécula no ionizada de 6 átomos de carbono, por tanto es una hexosa (Ruta 19 y 18). Es el monosacárido más abundante en la naturaleza. Como en su metabolismo no libera iones de hidrógeno no provoca acidosis, aun con concentraciones en sangre muy elevadas.

Figura 16: Estructura química lineal de la glucosa.

Es el principal combustible del cerebro que consume alrededor de 140 gramos de glucosa al día. Si este nivel desciende, como ocurre en casos de ayuno prolongado, utiliza como fuente de energía los cuerpos cetónicos procedentes de la oxidación de ácidos grasos en el hígado.

La glucosa es el hidrato de carbono más elemental y esencial para la vida, es el componente inicial o el resultado de las principales rutas del metabolismo de los glúcidos. Es también producto de la fotosíntesis que hacen los vegetales de hoja verde gracias a su clorofila. La glucosa se transforma luego en almidón en los cereales y hortalizas, o en fructosa en las frutas y la miel. Ambos se vuelven a transformar en glucosa en nuestro organismo y así es como se absorbe.

Figura 17: Forma a-furanosa de la glucosa.

Cuando la glucosa que llega a las células es degradada, en un proceso denominado glucólisis, con ayuda del oxígeno, cuya principal función es la de combustionar la glucosa. Como producto de este proceso se reconvierte en agua (que eliminamos o reutilizamos) y anhídrido carbónico (que exhalamos por medio de la respiración).

Este es el modo principal de obtener energía para realizar todas las actividades que la requieran. Cuando falta este glúcido, las proteínas esenciales se metabolizan para convertirse en energía y evitar daños irreparables.

El consumo de todos los alimentos y bebidas que no contengan glucosa o azúcares, da lugar de manera directa o indirecta a una reducción del azúcar en sangre, lo que se denomina hipoglucemias. Esto provoca un estado de alarma en el organismo (sobre todo en el cerebro) ya que por falta de combustible muchas funciones no se podrían llevar a cabo y comenzarían a morir neuronas, de la misma forma como si nos faltara oxígeno. Muchas personas en esta situación sienten mareos e incluso desvanecimientos.

Figura 18: Enantiómeros a y b de la glucosa.

Metabolismo de la glucosa

Pero ¿cómo se absorbe la glucosa en nuestro organismo? Los hidratos de carbono de nuestra dieta, sólo se absorben en forma de monosacáridos, y en el caso de la glucosa podemos distinguir entre:

• Absorción pasiva: En el proceso de la digestión hay un momento en el que se hidrolizan los oligosacáridos y esto da lugar a una elevada concentración de glucosa, que al ser superior a la de la célula, pasa a través de la membrana sin necesidad de energía. Sin embargo, a diferencia de las pentosas, requiere un transportador específico de la misma, y se mantiene mientras haya esta diferencia de gradiente.
• Absorción activa: El transporte de glucosa por la membrana requiere energía metabólica, iones de sodio y una proteína transportadora. Son estos iones los que provocan una diferencia de gradiente que libera energía aprovechada por la glucosa para atravesar la membrana. Luego la glucosa es transportada a los capilares sanguíneos de forma pasiva.

Posteriormente, la glucosa es metabolizada en las células intestinales. De toda la que entra, cerca del 50% se transforma en lactato, antes de pasar al torrente sanguíneo, por medio de un proceso denominado glucólisis y sirve para mantener el gradiente adecuado para la absorción por transferencia pasiva. El proceso se completará en el hígado, cuando mediante el proceso llamado gluconeogénesis, el lactato se vuelve a convertir en glucosa con el aporte de energía en forma de ATP.

En la glucolisis se convierte la glucosa en ácido pirúvico y en este estado se transforma a CO₂ y a H₂O por medio de una oxidación. En este proceso se produce ATP.

Como se puede deducir, la glucolisis y la gluconeogénesis son procesos contrarios y no se pueden producir a la vez ya que una inhibe a la otra por medio de una serie de efectores celulares.

La glucolisis es la degradación de la glucosa; comprende la degradación de los carbohidratos en los organismos vivos desde glucosa o glucógeno hasta ácido láctico en ausencia de oxígeno para el caso del músculo, y en aerobiosis hasta pirúvico en la mayoría de los tejidos.

Cerebro y glucosa

El cerebro es un órgano con un elevado coeficiente metabólico; sin embargo, depende en gran medida de la sangre para recibir los combustibles primordiales para llevar a cabo su actividad. En este sentido, la glucosa se constituye en el sustrato en el que se basan indirectamente todas las actividades que precisan energía en el cerebro, donde es captada en una proporción de 15 mmol/g de cerebro y hora. Esto significa una captación de oxígeno de 80-90 mmol/g de cerebro y hora, siendo el dióxido de carbono liberado a la sangre venosa de una cuantía casi similar. Estas cifras muestran que la glucosa se oxida casi totalmente a CO₂ y en la sangre venosa sólo aparecen cantidades relativamente pequeñas (5-13%) de lactato y piruvato. En definitiva, todo el dióxido de carbono metabólico se deriva de la glucosa, pero a través de vías conectadas con los grandes depósitos de sustratos oxidables.

A partir del metabolismo de la glucosa, y a través de diversas, vías se obtiene dióxido de carbono, agua, piruvato y lactato. Otras propiedades características del metabolismo de la glucosa cerebral son la formación de ácido g-aminobutírico (GABA) y la generación de grandes depósitos de glutamato y aspartato. Aparte de los cuerpos cetónicos, que normalmente sólo existen a bajos niveles en la sangre y difícilmente son utilizados, la glucosa es el sustrato que, a lo largo de toda la vida, suple los requerimientos de energía del cerebro. Solamente la glucosa, la manosa o los compuestos que se convierten rápidamente a glucosa en cualquier lugar del organismo pueden recuperar a los pacientes o a los animales que sufren coma hipoglucémico. Ninguna cetona es efectiva, probablemente debido a que la misma glucosa es necesaria para el funcionamiento del ciclo del ácido cítrico.

Existe una correlación consistente entre los niveles de actividad funcional y los niveles de captación de glucosa y de fosforilación en el sistema nervioso. Esto implica que, durante la respuesta funcional, se esta llevando a cabo una modulación rápida, prolongada y efectiva del metabolismo energético, que se acompaña de incrementos equivalentes en el flujo cerebral local. Esto viene a remarcar que los requerimientos energéticos varían constantemente en lo referente a aquellos componentes que utilizan energía del sistema nervioso: los relacionados con la producción de actividad eléctrica, con el tráfico de impulsos nerviosos y con la restauración de los potenciales de membrana neuronal. Esencialmente, este uso de la energía se centra sobre la actividad de la bomba de sodio, Na⁺K⁺-ATPasa, que es responsable del transporte interno acoplado del K⁺ y del transporte externo de Na⁺ para mantener los potenciales de membrana en reposo y restaurar sus gradientes iónicos asociados tras la actividad eléctrica. La proporción de consumo de energía debido a este proceso clave es del 40%.

Cuando disminuye la actividad funcional, como ocurre en casos de anestesia por barbitúricos y en la hipotermia, se produce una disminución paralela del flujo sanguíneo cerebral y de la utilización del oxígeno cerebral. En estas situaciones, los niveles tisulares de fosfatos energéticos, ATP, ADP, AMP y fosfocreatina (PhCr) están incrementados o inalterados, mientras que los niveles de los intermediarios de los glucolíticos clave, tales como la glucosa 6-fosfato y la fructosa 6-fosfato, se incrementan considerablemente, lo cual indica la inhibición de la fosfofructoquinasa (enzima limitante del coeficiente glucolítico). Tras una lentificación de este tipo en el flujo principal del metabolismo energético, existirá una disminución de la fosforilación oxidativa y un descenso general del flujo metabólico.

Los cambios relativamente pequeños de glucosa cerebral y de utilización de oxígeno que acompañan a los estados mentales alterados tales como ansiedad, estrés o estimulación sensorial, no se acompañan de alteraciones detectables de los niveles de fosfatos energéticos o de los niveles de intermediarios glucolíticos o del ciclo del ácido cítrico, incluso aunque exista un cambio en de unas dos veces el coeficiente metabólico. En consecuencia, la tasa metabólica del cerebro puede incrementarse, pero su estado metabólico referido a los niveles de fosfatos de energía persiste relativamente inalterado.

Enfermedades relacionadas con la glucosa

La enfermedad más común relacionada con el metabolismo de la glucosa es la Diabetes mellitus que se caracteriza por la presencia de niveles elevados de glucosa en sangre. Otra enfermedad relacionada con el metabolismo de esta sustancia es la obesidad.