“Pouco conhecimento faz com que as criaturas se

sintam orgulhosas, muito conhecimento faz com que se

sintam humildes, é assim que as espigas sem grãos

erguem desdenhosamente a cabeça para o céu,

enquanto que as cheias as baixam para a terra, sua

mãe”.

Leonardo Da Vinci.

BIOENERGÉTICA:

FUNDAMENTOS

Sérgio Fonteles

BIOENERGÉTICA

Definição (Enquanto ciência):

É o estudo de fontes de energia em organismos

vivos e como essa energia é posteriormente

utilizada.

BIOENERGÉTICA

Definição:

É a extração e conversão de energia contida

nos nutrientes em energia biologicamente

utilizável, através de vias metabólicas que tem

por fim tanto a síntese como a degradação de

biomoléculas.

BIOENERGÉTICA

Para qualquer atividade física a energia

necessária deve ser “gerada”e usada pelo

corpo para realizar as tarefas.

ENERGIA

Sugere um estado dinâmico relacionado a uma mudança. Energia relaciona-se à realização de um trabalho.

Formas de Energia nos Organismos Vivos

• Química

• Elétrica;

• Protômica

• Mecânica

• Térmica

Unidade de Energia

Joule e caloria

1 cal = 4,1841 J

1 J = 0,239 cal

ENERGIA TOTAL DE UM SISTEMA

Energia Potencial

Energia Cinética

Termodinâmica

Lei da Conservação de Energia

Lei da Transferência de Energia

Lei da Conservação de Energia

Energia (matéria) não se cria nem se perde, apenas se transforma

Os seres vivos são transformadores naturais de energia

Em toda transformação, uma parte da energia se converte sempre

em energia térmica

A energia do universo é constante

Lei da Transferência de Energia

Pode ser enunciada de várias formas:

A energia disponível de um sistema isolado decresce em todo

processo real;

A entropia de um sistema isolado aumenta em todos os

processos reais

TERMODINÂMICA

2ª Lei da Termodinâmica – Princípio da transferência de

energia

A tendência da energia potencial de degradar-se para energia

cinética do movimento com uma menor capacidade de realizar

trabalho (maior entropia).

ENTROPIA

Operacionalmente, Entropia é uma qualidade de Energia

incapaz de realizar trabalho;

A Entropia é uma presença constante em todos os

sistemas, processos e mudanças que ocorrem no universo;

Processos para a Liberação e a conservação de

energia

Processos exergônicos

• Qualquer processo físico ou químico que resulte na

liberação de energia para o meio ambiente;

• Representam processos “descendentes” de energia livre -

energia “útil” para o trabalho biológico que engloba

todos os processos que exijam energia e que são

responsáveis pela preservação da vida dentro das células.

-DG = DH - TDS

Processos para a Liberação e a conservação de

energia

Processos endergônicos

• Qualquer processo químico que armazene ou absorva

energia;

• Reações que representam processos “ascendentes” e

prosseguem com um aumento da energia livre para o

trabalho biológico.

+DG = DH - TDS

Valores de ΔG e Propriedades das Reações

Valor Relativo Tipo de Reação Efeito Observado Probabilidade de

Ocorrência

- ΔG ou ΔG < 0 Exergônica Libera Energia Provável

Espontânea

+ ΔG ou ΔG >0 Endergônica Absorve Energia Improvável

Provocada

ΔG = 0 Uma ou outra Reação em equilíbrio dinâmico, com

Energia mínima e Entropia máxima

Essa energia não está armazenada nas ligações químicas,

como erroneamente se pensa e diz: “o ATP tem ligações

de alta energia que é liberada na hidrólise da molécula”;

A energia aparece como diferença entre o conteúdo de

energia dos Produtos menos a energia dos Reagentes.

ΔG (Reação) = ΔG (Produtos) - ΔG (Reagentes)

No caso do ATP, a reação de hidrólise, é:

ATP + H2O ↔ ADP + H3PO4

Reagentes Produtos

A energia liberada equivale a:

ΔG (Reação) = ΔG (Produtos) - ΔG (Reagentes)

= -7 kcal(29,3 kJ)

Reações Espontâneas – Acoplamento de Reações

Se em qualquer sistema, for observado que as reações

(1) e (2) estão ocorrendo, é porque elas são acopladas;

A reação (1) começa a ocorrer, e antes que ela termine,

se inicia a reação (2), usando um dos produtos da

reação (1);

Exemplos:

(1) PEP + H2O ↔ Piruvato + Pi ΔG°1 = -62 kJ.mol¯¹

(2) ADP + Pi ↔ ATP + H2O ΔG°2 = +30,5 kJ.mol¯¹

(3) PEP + Pi ↔ Piruvato + ATP ΔG°3 = -31,5 kJ.mol¯¹

Toda reação que ocorre em dois sentidos, é espontânea em

um sentido, e provocada no sentido oposto:

Sentido Espontâneo (-ΔG)

A + B ↔ C + D

Sentido Provocado (+ΔG)

No sentido espontâneo, ela libera uma quantidade de

energia (-ΔG), e na volta, ela necessita da mesma

quantidade de energia (+ΔG), para ocorrer;

Exemplo:

Espontâneo H2O ↔ H + OH¯ ΔG = -19 Kcal

Provocado H + OH¯ ↔ H2O ΔG = +19 Kcal

+

+

Metabolismo

Metabolismo

“É uma atividade celular altamente coordenada na qual diversos sistemas multienzimáticos atuam conjuntamente visando quatro funções”:

Metabolismo

1. Obter energia química, seja por captação da energia solar, seja por degradação de compostos ricos em energia obtidos do meio ambiente;

Metabolismo

2. Converter as moléculas dos nutrientes em moléculas com características próprias de cada célula;

Metabolismo

3. Formar macromoléculas, tais como proteínas, ácidos nucléicos e polissacarídeos, a partir de precursores monoméricos;

Metabolismo

4. Sintetizar e degradar biomoléculas necessárias a funções celulares especializadas, tais como lipídios de membrana, mensageiros intracelulares e pigmentos.

Metabolismo

A soma de todos os processos anabólicos e catabólicos.

Trabalho Biológico nos Seres Humanos

• Trabalho Mecânico

• Trabalho Químico

• Trabalho de Transporte

Trabalho Mecânico

Elementos contráteis

W = F x D

P = (F x D) / T

Trabalho Químico

Tem por finalidade básica a manutenção e o

crescimento orgânico

Trabalho de Transporte

Consiste em concentrar

substâncias no organismo contra

um determinado gradiente de

concentração

AS BASES PARA A DIGESTÃO E A SÍNTESE

Reações de Hidrólise

– A hidrólise cataboliza moléculas orgânicas complexas

– Ch´s, Lp´s e Pt´s.

AB + HOH A – H + B – OH

Reações de Condensação

– Componentes estruturais dos nutrientes se unem nas

reações de condensação para formar moléculas e

compostos mais complexos.

Energia Química

Os alimentos contêm energia química.

É estocado em nosso corpo como glicogênio, gordura e proteína.

Pode ser liberada para fornecer a energia

necessária para produzir ATP

ATP

ATP Mais importante fonte de suporte energético para a contração muscular durante o exercício.

Uma molécula que estoca enrgia na forma de ligações químicas.

Composta de um grupo adenina, um grupo ribose e três grupos fosfatos.

ADP + Pi

FONTES DE ENERGIA PARA A

CONTRAÇÃO MUSCULAR

• ATP

• METABOLISMO ANAERÓBIO

• METABOLISMO AERÓBIO

FOSFOGÊNICO

GLICOLÍTICO

Hidrólise do ATP

ATPase

ATP + H2O ADP + Pi - DG 7,3 Kcal / mol

Fosfato de Creatina

• Ressíntese de ATP através da cisão anaeróbica de um fosfato proveniente do PCr;

PCr + ADP Cr + ATP Creatina cinase

Os aumentos transitórios no ATP dentro da unidade contrátil do músculo durante a contração muscular desviam a reação catalizada pela creatina cinase na direção da hidrólise de PCr e da produção de ATP.

Capaz de fornecer a maioria do ATP

quando a energia muscular é necessária

para um tempo curto.

Irá fornecer energia no estado inicial de

todos os tipos de exercício.

O ATP é produzido anaerobiamente.

Sistema fosfocreatina

Reação de Adenilato Cinase

Representa outra reação mediada por uma única

enzima para a regeneração do ATP.

2 ADP ATP + AMP Adenila cinase

Também conhecido como glicólise

anaeróbia.

Dois tipos de glicólise: Rápida

Lenta

Produz um ganho líquido de 2 ATPs

Sistema Glicolítico

Glicólise: é um processo exotérmico

6C Glicose ATP ATP

ADP ADP

P ~ 6C ~ ´P

* 2 ATPs ativam o processo

3C ~ P 3C ~ P

Pi Pi

P ~ 3C ~ P

NAD NAD

NADH2 NADH2

P ~ 3C ~ P

ADP

ATP

ADP

ATP

P ~ 3C P ~ 3C ADP

ATP

ADP

ATP

3C

C3H4O3

3C

C3H4O3

Piruvato

* A glicose sofre uma cascata

de reações, reduzindo-se a 2

trioses (piruvato)

* Formam-se 4 ATPs,

logo o saldo energético

é de 2 ATPs

Glicose 2 Ácidos pirúvicos + 2 NADH2 + 2 ATP

Produtos da glicólise

O piruvato é convertido para Acetil-CoA se

o oxigênio está presente, e para ácido

lático se o oxigênio não está presente.

Glicólise Lenta

Hidrólise da glicose para piruvato e para

ácido lático anaerobicamente com a

produção líquida de 02 ATPs.

Glicogênio 03 ATPs

Glicólise Rápida

Via glicolítica Glicólise= via de Embden-Mayerhof-Parnas

O sistema aeróbio oxida carboidratos ou

outras estruturas contendo carbono

obtidas de lipídios ou proteínas:

Duas partes: TCA

CTE

Sistema Oxidativo

Oxidação Celular

A oxidação – redução celular constitui o mecanismo

bioquímico responsável pelo metabolismo energético.

Transporte de elétrons

– Enzimas desidrogenases;

– Nicotinamida – adenina dinucleotídeo

– Flavina – adenina dinucleotídeo

– Citocromos

– Fosforilação oxidativa

Cadeia Respiratória NADH2

FADH2

Citocromo b

Citocromo c

Citocromo a Citocromo a3

½ O2

2

e

2

e 2

e

2

e 2

e 2

e

ATP

ATP

ATP

2H+

H2O

Cristas mitocondriais

Os hidrogênios removidos do substrato pelo NAD/FAD reagem com o oxigênio

proveniente do meio, formando água e liberando energia que será utilizada para

refazer os ATPs.

O sistema aeróbio pode produzir muito

mais ATPs por molécula de glicose que o

sistema anaeróbio, mas não produz ATP

rapidamente.

A intensidade deve permanecer igual ou

inferior ao estado estacionário (O2

fornecido = O2 demandado).

Sistema Aeróbio

Série de reações metabólicas controladas

por enzimas.

Localizado na mitocôndria.

Desempenha papel integral na oxidação de

carboidratos, gorduras e proteínas.

Gera elétrons para a CTE.

Ciclo de Krebs

Localizado na membrana interna da

mitocôndria.

Responsável pela produção aeróbica de

ATP.

Usa carreadores de elétrons – FAD+ e NAD

+

Sistema Transportador

de Elétrons

Balanço Energético da Respiração

Citosol Glicólise: 4 ATPs – 2 ATPs = 2 ATP

2 NADH2 x 3 ATP = 6 ATP

Rendimento total da glicólise 8 ATP

Mitocôndria 1 Ácido pirúvico 1 ácido acético: 1 NADH2 = 3 ATP

Ciclo de Krebs: 3 NADH2= x 3 ATP = 9 ATP

1 FADH2 = x 2 ATP = 2 ATP

1 ATP = 1 ATP

Rendimento total do Ciclo de Krebs 15 ATP

Rendimento total da

respiração em

procariontes

30 ATP + 8 ATP = 38 ATP

Rendimento total da

respiração em

eucariontes

38 ATP – 2 ATP = 36 ATP

Papel do Oxigênio no Metabolismo

Energético

Pré-requisitos para a ressíntese contínua do ATP

durante a fosforilação oxidativa:

– Disponibilidade do agente redutor NADH (ou FADH2) nos

tecidos;

– Presença do agente oxidante oxigênio nos tecidos;

– Concentração suficiente de enzimas e de mitocôndrias para

garantir que as reações de transferência de energia possam

prosseguir com o seu ritmo apropriado

Papel do Oxigênio no Metabolismo

Energético

No exercício extenuante, a

inadequação no fornecimento

de oxigênio ou em seu ritmo de

utilização cria um desequilíbrio

relativo entre a liberação de

hidrogênio e sua aceitação final

pelo oxigênio.

Metabolismo Aeróbio

Refere-se às reações catabólicas

geradoras de energia nas quais

o oxigênio funciona como um

aceitador final de elétrons na

cadeia respiratória e se combina

com o hidrogênio para formar

água.

CLASSIFICAÇÃO DA VIA ENERGÉTICA CONFORME

A DURAÇÃO DA ATIVIDADE

ATP

(Até 4 seg)

FORÇA EXPLOSIVA

(Levantamentos de peso, saltos, saques,

etc)

ATP – CP

(Até 10 seg)

VELOCIDADE - FORÇA DINÂMICA

(Sprints, arrancadas, provas de ginástica

artísitca, etc)

ATP – CP + ÁCIDO LÁTICO

(até 1:30”)

RESISTÊNCIA ANAERÓBICA

(Corridas de 200 a 400 m, 100m livre, etc)

SISTEMAS NÃO OXIDATIVOS

+

IMEDIATOS E DE CURTA

DURAÇÃO

+

SISTEMA OXIDATIVO

(> 3 min)

RESISTÊNCIA AERÓBICA

(Corridas acima de 800 m)

A intensidade do exercício é a mais

importante variável relatada a qual

o sistema energético é ativado para

produzir ATP para o trabalho

muscular.

SUBSTRATOS ENERGÉTICOS - ATP

1. Triacilglicerol e glicogênio muscular;

2. Glicogênio Hepático;

3. Ácidos graxos livres;

4. Esqueletos de carbono intramusculares;

5. Reações anaeróbias no citosol;

6. Fosforilação do ADP pelo PCr (creatina cinase) e pela adenilato cinase

b-oxidação:

Oxidação de ácidos graxos em acetil-CoA

(unidades de 2 carbonos).

Acontece em repetições de 4 etapas principais

(para ácidos graxos saturados e com # de C par):

Desidrogenase (-CH2-CH2- -CH=CH-)

Hidratase (-CH=CH- -CH2-CHOH-)

Desidrogenase (-CH2-CHOH- -CH2-C=O)

Acetil-transferase (produção de acetil-CoA)

Ácido lático formado a partir da glicólise

rápida é imediatamente convertida em

lactato.

É um composto metabólico útil que pode ser

transportado para o fígado e transformado

em glicose. Então usado pelo corpo como

combustível durante a recuperação do

exercício

Lactato

O limiar de lactato – o ponto onde o

lactato sanguíneo inicia um crescimento

não-linear a uma intensidade específica

do exercício, pode ser usado como um

preditor de performance

Lactato

Depende da demanda da atividade.

Sistema de energia anaeróbio são mais

eficientes para produção imediata de ATP.

O sistema de energia aeróbia é mais

eficiente para produzir ATP ao lngo de um

tempo contínuo.

Eficiência das vias de

produção de energia

Acúmulo de subprodutos (Ácido Lático e

amônia).

Depleção de PCR ou de substratos.

Fator limitante metabólico em uma dada

atividade determinada pela intensidade e

duração da atividade.

Fatores Limitantes de

Performance