FISIOLOGIA DO ESFORÇO Bioenergética

Profª. Drª. Meriangela Pereira Coutinho

Rio de Janeiro

2010

UNIVERSIDADE GAMA FILHOPRÓ-REITORIA DE SAÚDECURSO DE FISIOTERAPIA

4 elementos (substância química básica) compõem mais de 95% do corpo: oxigênio (65%), carbono (18%), hidrogênio (10%) e nitrogênio (3%).

Outros elementos são encontrados em pequenas quantidades: sódio, potássio, cálcio, magnésio, cloreto, zinco e ferro.

Os elementos estão ligados por ligações químicas, formando moléculas ou compostos.

Compostos podem ser orgânicos (contém carbono, ex. carboidratos, proteínas e gorduras) ou inorgânicos (não contém carbono, ex. H2O).

A célula é a unidade funcional do corpo e sintetiza um grande n° de compostos, provindos dos nutrientes alimentares, gerando energia biologicamente utilizável (ex. mm precisa de energia para contrair).

Aspectos Gerais

1. Estrutura Celular: membrana, núcleo e citoplasma (mitocôndria)

2. Transformação Biológica da Energia: reações químicas celulares, reações de oxidação-redução e enzimas

3. Substratos para o Exercício: carboidratos, gorduras e proteínas

4. Fosfatos de Alta Energia: ADP e ATP

5. Produção aeróbia e anaeróbia de ATP

6. Contagem da Produção Aeróbia de ATP

7. Eficiência da Fosforilação Oxidativa

8. Controle da Bioenergética

9. Interação entre as Produções Aeróbia/Anaeróbia de ATP

BIOENERGÉTICA

Estrutura Celular: membrana, núcleo e citoplasma

• A membrana celular é uma barreira protetora entre o interior da célula e o líquido extracelular

• O núcleo contém os componentes genéticos celulares (genes = DNA). Os genes regulam a síntese protéica que determina a composição da célula e a atividade celular

• O citoplasma é a parte líquida da célula e contém várias organelas, dentre elas a mitocôndria (usina celular) que converte nutrientes alimentares em energia celular

1. Estrutura Celular

O total de reações químicas celulares que ocorrem por todo organismo denomina-se METABOLISMO. Isso inclui a síntese (reações anabólicas) e

a degradação (reações catabólicas) de moléculas.

• O Sol é fonte de toda energia terrestre. Vegetais formam carboidratos, gorduras e proteínas a partir dessa energia. Animais consomem vegetais e outros animais obtendo energia para as atividades celulares.

• Numa reação biológica, a quantidade de energia liberada é calculada em função do calor produzido pela reação. Em toda transformação de energia há produção de calor. 60 a 70% da energia total é perdida na forma de calor. 30 a 40% é efetivamente usada pelo organismo. regulam a velocidade das reações químicas.

• O rendimento dos sistemas biológicos é medido em quilocalorias (Kcal). 1 Kcal é a quantidade de energia necessária para elevar 1 Kg de água em 1°C numa temperatura média de 15°C.

2. Transformação Biológica da Energia

• Reações químicas celulares: transferem a energia proveniente dos nutrientes para a célula. Reações endergônicas demandam mais energia durante o processo químico. Reações exergônicas liberam energia. Reações acopladas ocorrem quando reações que liberam energia estão “acopladas” à reações que

demandam energia. • Reações de oxidação-redução: Oxidação é a remoção de um elétron de um átomo ou molécula (agente redutor:

doa elétrons). Redução é a adição de um elétron a um átomo ou molécula (agente oxidante: recebe elétrons). Nas células, reações de oxidação-redução, normalmento envolvem transferência de átomos de H + (moléculas NAD: nicotinamida adenina dinucleotídeo e FAD: flavina adenina dinucleotídeo)

• Enzimas: regulam a velocidade das reações químicas. São proteínas que regulam as vias metabólicas da célula.

2. Transformação Biológica da Energia

RESUMO:

A energia consumida pelo nosso corpo é obtida deCARBOIDRATOS, GORDURAS e PROTEÍNAS,

tanto no repouso quanto no exercício.

No exercício, os combustíveis principais sãocarboidratos e gorduras; proteínas contribuem

relativamente pouco.

Os carboidratos são encontrados na forma de glicogênio (fígado e mm) e glicose (sangue e interstício).

Os ácidos graxos são a principal forma de gordura utilizada como fonte energética, sendo armazenados como triglicerídeos nos músculos

e células adiposas.

3. Substratos para o Exercício:

carboidratos, gorduras e proteínas

CARBOIDRATOS

Carboidratos são compostos por átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio. 1g de carboidrato armazenado fornece ao corpo cerca de 4Kcal de energia.

Carboidratos classificam-se em: monossacarídeos, dissacarídeos e polissacarídeos.

Os monossacarídeos são açucares simples comoa glicose e a frutose.

Os dissacarídeos são formados pela combinação de 2 monossacarídeos (açúcar de mesa: sacarose).

Os polissacarídeos são carboidratos complexos com 3 ou mais monossacarídeos.

3. Substratos para o Exercício:

CARBOIDRATOS

Glicogênio é o termo usado para o polissacarídeo armazenado no tecido animal. Durante o exercício, o glicogênio é quebrado, nas células musculares, em glicose

(glicogenólise)

O importante para o metabolismo do exercício é que o glicogênio é armazenado tanto nas fibras musculares e no fígado. Entretanto, os estoques totais de glicogênio são relativamente pequenos e podem ser depletados dentro de

poucas horas em função do exercício prolongado.

3. Substratos para o Exercício:

GORDURAS

Gorduras contém mesmos elementos químicos dos carboidratos,mas sua relação do carbono para o oxigênio é muito maior.

A gordura corporal é um combustível ideal para o exercício prolongado.1g de gordura gera cerca de 9Kcal de energia.

Gorduras classificam-se em: ácidos graxos, triglicerídeos, fosfolipídeos e esteróides.

Ácidos graxos são moléculas compostas por longas cadeias de carbono ligadas em uma das extremidades a um grupo carboxila (C, O2 e H+).

Triglicerídeos são formados por 3 moléculas de ácidos graxos e uma de glicerol (tipo de álcool).

Fosfolipídeos* são lipídeos combinados com ácido fosfórico.

Esteróides* são gorduras biológicas (colesterol: estrutura da membrana celular e síntese de hormônios sexuais)

* não são usados como fonte de energia para o exercício

3. Substratos para o Exercício:

GORDURAS

Ácidos graxos são o principal tipo de gordura utilizadapelas células musculares para obtenção de energia.

São armazenados em forma de triglicerídeos, que podemser quebrados (lipólise) durante o exercício para atender

a demanda energética.

3. Substratos para o Exercício:

PROTEÍNAS

São compostas por muitas pequenas unidades de aminoácidos.Pelo menos 20 tipos de aa são necessários para que o corpo

sintetize proteínas, enzimas e diversos tecidos.As proteínas contém cerca de 4Kcal por grama.

As ptns contribuem com energia para o exercício de 2 formas.

O aa alanina participa da formação de glicose no fígado, podendoser utilizada na síntese de glicogênio.

Muitos aa (leucina, alanina, valina, isoleucina) podem atuar diretamente na bioenergética, se convertidos em intermediários

metabólicos, nas células musculares.

3. Substratos para o Exercício:

A fonte imediata de energia para a contração muscular é o composto de fosfato de alta energia trifosfato de adenosina (ATP).

ATP é a mais importante molécula transportadora deenergia na célula. Sem ATP suficiente a célula morre rapidamente.

ATP é formado a partir da combinação do difosfato de adenosina (ADP) e do fosfato inorgânico (Pi), demandando muitaenergia (ligação de alta energia).

Quando a enzima ATPase rompe a ligação, a energia é liberada para realização do trabalho (ex. contração muscular)

ATP ADP + Pi + ENERGIA

4. Fosfatos de Alta Energia: ADP e ATP

As células musculares armazenam quantidades limitadas de ATP.

Para fornecer energia necessária à contração muscular, o organismo disponibiliza ATP rapidamente por vias metabólicas.

As células musculares podem produzir ATP por uma ou pelacombinação das vias:

1. Degradação da fosfocreatina (CP) – via anaeróbia2. Degradação de glicose e glicogênio (glicólise) – via anaeróbia

3. Formação (fosforilação) oxidativa de ATP – via aeróbia

5. Produção aeróbia e anaeróbia de ATP

Metabolismo Anaeróbio de ATP (sem oxigênio)

1. Degradação da fosfocreatina (CP): CP + ADP ATP + CReação tão rápida, quanto a clivagem de ATP em ADP+Pi. Catalisada pela enzima creatina cinase.Os mm armazenam pouca quantidade de fosfocreatina (suplemento?).A combinação de ATP e fosfocreatina é chamada sistema ATP-CP ou “sistema fosfagênio”.Usada nos segundos iniciais dos exercícios intensos e de curta duração (ex. corrida de 50m, salto em altura, movimento rápido de levantamento de peso)

2. Degradação de glicose e glicogênio (glicólise):

Glicólise é uma via aneróbia que transfere energia da ligação da glicose para unir Pi ao ADP.Glicólise forma 2 moléculas de ac. pirúvico ou ac. lático.Ocorre no sarcoplasma da célula muscular.Substrato glicose gera 2 ATP; substrato glicogênio gera 3 ATP.

5. Produção aeróbia e anaeróbia de ATP

Metabolismo Aeróbio de ATP (com oxigênio)

1. Fosforilação oxidativaOcorre no interior da mitocôndria.Envolve 2 vias metabólicas cooperativas (Ciclo de Krebs e

Cadeia de Transporte de Elétrons).Função do ciclo de Krebs (ciclo do ac. cítrico): completar

oxidação (remoção de H+) de carboidratos, gorduras e ptns utilizando NAD ou FAD como transportadores de H+.*

O oxigênio não participa do Ciclo de Krebs, mas é o aceptor final do hidrogênio no fim da Cadeia de Transporte de Elétrons.

* O H+, devido aos seus elétrons, contém a energia potencial das moléculas alimentares, podendo ser usada na Cadeia de Transporte de Elétrons, ressintetizandoATP.

5. Produção aeróbia e anaeróbia de ATP

Metabolismo Aeróbio de ATP (com oxigênio)

Estágio 1. geração da molécula fundamental: acetil-CoA.

Estágio 2. oxidação da acetil-CoA no Ciclo de Krebs.

Estágio 3. fosforilação oxidativa (geração de ATP) na Cadeia de Transporte de Elétrons (cadeia

respiratória).

5. Produção aeróbia e anaeróbia de ATP

Metabolismo Aeróbio de ATP (com oxigênio)

A fosforilação oxidativa ou produção aeróbia de ATP ocorre nasmitocôndrias como resultado de uma interação entre oCiclo de Krebs e a Cadeia de Transportes de Elétrons.

O papel principal do Ciclo de Krebs é completar a oxidação de substratos e formar NADH e FADH para entrar na

Cadeia de Transportes de Elétrons. O resultado final é a formação de ATP e água. A água é formada

pelo oxigênio aceptor de elétrons (hidrogênio). A razão pela qual respiramos oxigênio é a sua utilizaçãocomo aceptor final de elétrons no metabolismo aeróbio.

5. Produção aeróbia e anaeróbia de ATP

NAD e FAD

NAD: nicotinamida adenina dinucleotídeoFAD: flavina adenina dinucleotídeo

São moléculas transportadoras de íons hidrogênio (removidos desubstratos nutricionais nas vias bioenergéticas) para serem utilizados na

produção posterior de ATP na mitocôndria por processos aeróbios.

NAD, ao aceitar o hidrogênio, é convertida em sua forma reduzida a NADHFAD, ao aceitar o hidrogênio, é convertida em sua forma reduzida a FADH

5. Produção aeróbia e anaeróbia de ATP

Ácido lático ou Lactato?

Ácido lático – exercício de alta intensidade gera grds qtds de ácido lático no músculo. Uma vez produzido, o ácido lático é

metabolizado rapidamente pela liberação de um íon hidrogênio.

Lactato – é a molécula resultante da metabolização do ácido lático.

Os mm em atividade produzem ácido lático (molécula-mãe), no entanto, esse ácido é instável e é rapidamente

convertido em lactato (molécula descendente).

Tarefa (2 pontos): explicar metabolismo anaeróbio da glicose; ciclo de Krebs e cadeia de transporte de elétrons.

5. Produção aeróbia e anaeróbia de ATP

O metabolismo aeróbio de uma molécula de glicose resulta na produção de 32 moléculas de ATP, enquanto a produção aeróbia, a partir de

glicogênio, gera 33 moléculas de ATP.

6. Contagem da Produção Aeróbia de ATP

A eficiência global da respiração aeróbia é de aproximadamente 34%, com os 66% restantes da energia sendo liberados em forma de calor.

7. Eficiência da Fosforilação Oxidativa

O metabolismo é regulado pela atividade enzimática. Uma enzima que regula uma via metabólica é denominada

“enzima limitadora da velocidade”.

A enzima limitadora da velocidade da glicólise é afosfofrutocinase, enquanto as enzimas limitadoras da

velocidade do Ciclo de Krebs e da Cadeia de Transporte de Elétrons são a

isocitrato desidrogenase e a citocromo oxidase, respectivamente.

Os níveis celulares de ATP e de ADP+Pi regulam a velocidade das vias metabólicas de produção de ATP. Níveis elevados de ATP inibem sua produção. Níveis baixos de ATP e elevados de

ADP+Pi estimulam a produção de ATP.

8. Controle da Bioenergética

A energia para a realização do exercício é oriunda de uma interação de vias anaeróbias e aeróbias.

Em geral, quanto mais curta for a atividade (alta intensidade), maior será a contribuição anaeróbia de energia.

Em contraste, atividades de longa duração (intensidade baixa à moderada) utilizam o ATP

produzido a partir de fontes aeróbias.

9. Interação entre as Produções Aeróbia e Anaeróbia de ATP

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