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Departamento de Bioquímica da Faculdade de Medicina do Porto Regulação do metabolismo oxidativo e equilíbrio energético [email protected]

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Departamento de Bioquímica da Faculdade de Medicina do Porto

Regulação dometabolismooxidativo e

equilíbrio energético

[email protected]

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SemelhançasUsam a oxidação de compostos orgânicos como fonte de energia.

A velocidade de oxidação dos compostos orgânicos aumenta com oexercício. Diferenças óbvias

Os seres vivos não têm chave de ignição: continuam “a gastargasolina” (a oxidar nutrientes) mesmo quando estão parados.

Os automóveis não procuram ativamente os postos de combustívelnem engordam quando se põe gasolina a mais no depósito.

Os mamíferos tem pelo menos 2 (ou 3) depósitos de combustível:glicídeos e triacilgliceróis (e proteínas).

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À despesa energética de um indivíduo (1) em repouso físico emental, (2) em jejum há 10-18 h (3) e num ambiente comtemperatura agradável chama-se taxa de metabolismo basal(BMR = basal metabolic rate).Como medi-la?

70 kg

O2consumido 15 moles/ dia(336 L)

Calorlibertado 1600 kcal/diaO calor queaumenta de1ºC,1600 kg deágua; 6,69MJoules/dia 1,86 kWh/dia

Porque é que, ao contrário do automóvel, o ser vivo continua alibertar calor e a consumir O2 quando está parado?

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Mesmo em repouso, os órgãos continuam ativos ocorrendoprocessos cíclicos cujo somatório é a hidrólise de ATP.Alguns exemplos:

1) Transporte iónico passivo viacanais iónico e transporte ativo viaATPases de membrana…

2) Contração e relaxamento muscular nodiafragma e coração via ação da ATPasede miosina…

3) Síntese e hidrólise deácidos nucleicos (RNA eDNA) e nucleotídeos… 4) Síntese e hidrólise de proteínas

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6) Ciclos desubstrato nosentido estrito

7) Ciclos de substrato em sentido mais amplo como oque envolve os processos de hidrólise de triacilgliceróis ere-esterificação

5) Ciclos de Cori e daalanina

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Em condições de BMR, o grosso dos ATPs é consumido notransporte iónico ( 30 %) e síntese proteica ( 30 %). Umapercentagem menor ( 5 %) é consumida pela ATPase damiosina.

ADP+Pi

transporteativo

sínteseproteica

trabalhomecânico

Na+

Ca2+

outrosEstima-se quenas condiçõesBMR umindivíduo adultode 70 kghidrólise cercade 40mmoles/min (60moles/dia). 40 mmol

ATP / min

Na ausência de mecanismos que fosforilem o ADPformado, todo o ATP do indivíduo ( 120 mmoles) seesgotaria em 3 min.

30% 30%5%

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Cada ATP hidrolisado é imediatamente reposto: a concentraçãode ATP é “estacionária” porque vel. de síntese = vel. de hidrólise.

nutrientesO2ADP

+Pi

CO2 + H2O

40 mmolATP / min

8 mmol O2consumido na cadeiarespiratória /min(180 mL/min).

Na+

Ca2+

A “reposição” do ATP (fosforilação do ADP) depende, em última análise, daoxidação dos nutrientes pelo O2.

Admitindo que se formam cerca de 2,5 ATPs / átomo de oxigénio consumido(razão P:O = 2,5 razão P:O2 = 5)

a velocidade de 40 mmol de ATP / min 8 mmol de O2 consumido / min

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nutrientesO2ADP

+Pi

CO2 + H2O

Na+

Ca2+

40 mmolATP / min

8 mmol O2consumido na cadeiarespiratória / min

A oxidação dos nutrientes é um processo exotérmico;para além de CO2 e H2O gera um “terceiro produto”: calor.

A BMR pode ser estimada medindo o O2 consumido ou o calor libertado porqueexiste proporcionalidade (quase perfeita) entre o O2 consumido e o calor libertado.

0,85kcal/min

Nas reações de oxidação dos nutrientes libertam-se cerca de 106kcal / mole de O2 consumido (= 19,8 kJ/L).

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O calor libertado num sistema onde ocorrem reações =diferença entre as entalpias dos produtos e reagentes.

Entalpiade A

A + B C + D

Entalpiade B

Entalpiade C

Entalpiade D

H = calor libertado

Nos casos dosglicídeos elipídeos,o calor libertadona sua oxidaçãoé igualnos seres vivosenocalorímetro…

…mas no caso das proteínas (eaminoácidos) os produtos daoxidação nos seres vivos nãocoincidem com os produtosformados num calorímetro…

6 O223 O2

glicose palmitato

6 CO2 + 6 H2O+ 669 kcal

16 CO2 + 16 H2O+ 2413 kcal

+ 793 kcal

+ 76 kcal

+ 869 kcal

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nutrientesO2

CO2 + H2O

Poderá parecer estranho que,sendo o metabolismo tão complexo,quando se fala no calor libertadopelo ser vivo apenas se refiram asreações de oxidação dosnutrientes mas...

... num ser vivo adulto asconcentrações (e a quantidadetotal) dos intermediários,coenzimas, ATP, ADP, Pi, etc.são estacionárias (quase nãovariam) e, consequentemente,não há consumo nemformação efetiva destesintermediários.

O calor libertado = H das reações onde ocorreuconsumo efetivo de reagentes e formação efetiva de produtos.

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Exemplificando para o caso da oxidação da glicose.

glicose + 6 O2 + 32 ADP + 32 Pi 6 CO2+ 6 H2O + 32 ATP + 32 H2O + 509 kcal

O processo de oxidação da glicose está acoplado à síntese de ATP epoderia pensar-se que a equação a escrever quando se pensa numorganismo vivo inteiro deveria ser:

Mas só sintetizamos uma molécula de ATP quando uma se hidrolisa...

32 ATP + 32 H2O 32 ADP + 32 Pi + 160 kcal

glicose + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + 669 kcal

... e o somatório das duas últimas equações é:

glicose + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + 669 kcal

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O2 e calor estritamenteacoplados comsíntese/hidrólise de ATP:8 mmol de O2 / min x 1440min = 11,5 moles de O2 / dia0,85 kcal / min x 1440 min =1224 kcal / dia

O2 e calor(1) desacoplagem fisiológicaentre oxidação e fosforilação+(2) oxigénases e oxídases

BMR

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1

kcal/dia

15 mol deO2 / dia

Uma parte (25-30%) do calor libertado e do oxigénio consumido emcondições de medida da BMR não estão diretamente relacionados comsíntese de ATP.(1) Nas mitocôndrias das células, não existe acoplagem perfeita entreoxidação de nutrientes e síntese de ATP (ou seja, a razão P:O2 < 5, sempre).(2) Existem enzimas em cuja ação se consome O2 e se liberta calor (váriasoxigénases e oxídases) e que não são a oxídase do citocromo c (complexo IV).

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nutrientesO2ADP

+Pi

CO2 + H2O

Na+

Ca2+

40 mmolATP / min

10,4 mmolde O2/min(> 8 mmol)

1,1kcal/min(> 0,85kcal/min)

Ao incluirmos o gasto de energia nãodiretamente relacionado com o gasto deATP, o calor libertado passa a ser de 1,1kcal/min em vez de 0,85 kcal/min.

(1) Pensa-se que 20% a 25% da BMR se deve a desacoplagemfisiológica entre fosforilação e oxidação nas mitocôndrias=

uma parte do O2 reduzido a H2O pelo complexo IV na mitocôndria não estádiretamente relacionado com síntese de ATP.

+

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I III IVQ cyt c

1 NADH NAD+

4 H+

O H2O

V Simp.Pi

10 H+

2,5 ADP+ 2,5 Pi

2,5 ATP

Proteínasdesacopladoras

n H+

Leak (pingar)+ n/10NADH

+ n/10NAD+ n/10 O

Quando n protões entram na mitocôndria através de um transportador que nãoé a síntase de ATP (leak), a manutenção do gradiente electroquímico damembrana exige que n protões sejam bombeados para fora da mitocôndria.O bombeamento destes n protões não se traduzem em síntese de ATP maseste bombeamento está dependente da oxidação dos nutrientes (e da reduçãodo O2); por cada n protões bombeados n/10 NADH são oxidados.

Atualmente admite-se que uma das proteínas responsáveis pelo leak de H+ é otrocador ADP/ATP da membrana mitocondrial interna [Brand et al. (2005) Biochem J 392:353].

Outra parte do leak de H+ poderá corresponder a atividades basais de várias UCPs(“uncoupling proteins”).

(2 H+ + 4 H+)

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H2O

CO2

H2O

O2

FenilalaninaTetrahidro-biopterina

Dihidro-biopterina

Tirosina-cetoglutarato

glutamato

p-hidroxifenil-piruvato

homogentisato

maleiloacetoacetato

fumarilacetoacetato

fumarato acetoacetato

O2

O2Etanol

H2O

O2NADPH

NADP+

acetaldeído

Acetil-CoA

NADPH

NADP+

Glicose-6-P

6-fosfo-gliconolactona

Ribulose-5-P

NADPH

NADP+

NADPH+ CO2

NADP+

(2) Uma parte (embora menor) do O2 gasto em condições de BMR nãoé sequer consumido na ação catalítica do complexo IV.

As oxigénases (envolvidas, por exemplo,na oxidação de aminoácidos) eas oxídases de função mista (como ahidroxílase da fenilalanina e as enzimasda família dos citocromos P450)também consomem O2 e, indiretamente(via consumo de NADPH), estimulam avia das pentoses-fosfato e a produção deCO2. Todos estes processos

embora não diretamenterelacionados com a síntesede ATP são exotérmicos.

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…mas a relação émais linearquando serelaciona a BMRcom a massamagra.

* CGL1= lipodistrofia congénita generalizada (deficitmarcado de tecido adiposo por alteração na esterificação)

A taxa demetabolismo basal(BMR) é, em geral,tanto maior quantomais pesado é oindivíduo

Toleban e col. Metab. (2008) 57:1155

*

Massa magra =massa corporal -tecido adiposo

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Quando um indivíduo engorda aumenta a sua massa de triacilgliceróismas também a quantidade de tecido metabolicamente ativo(citoplasma dos adipócitos, vasos sanguíneos do tecido adiposo, músculo,

fígado, rins, coração = “massa isenta de gordura”) BMR

[Prentice et al. 1986,

Br Med J 192: 983-87]

Reciprocamente, quando se emagrece perde-se gordura,mas também a “massa isenta de gordura” BMR.

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A secreção normal de hormonas tiroideias e o tono simpático basal contribuempara a BMR porque:

Contudo, quando se emagrece, a diminuição na BMRé maior que a que seria de esperartendo em conta a diminuição de massa isenta de gordura.

SNSimpático o leak de H+ nas mitocôndriasdo tecido adiposo castanho (estimulação de UCP1)

vel. dos ciclosde substratogasto de ATP

Exemplos: turnover proteico e “turnover iónico”

a secreção de hormonas tiroideias o tono simpáticono tecido adiposo castanho

Processos de turnover leak de H+ despesa energética

Quando se emagrece:

Sensibilidade dotecido adiposocastanho ànoradrenalina

o leak de H+ nas mitocôndriasdoutros tecidos (mecanismos desconhecidos)

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Em muitas doenças há BMR e podem estar envolvidosmecanismos relacionados com gasto de ATPou não relacionados directamente com este gasto

% de aumentorelativamentea não doente

Hipertiroidismo (aumento das hormonas tiroideias) + 60 a 100 %

Traumatismo com fracturas múltiplas + 10 a 25 %

Grandes queimados + 25 a 60 %Doenças febris (aumento para 39ºC) + 10 a 25 %

No caso do hipertiroidismo a causa do aumento da BMR é turnover proteico e iónico (e outros “ciclos de substrato”)e leak de H+

Noutras doenças em que há da BMR(nomeadamente nos traumatismos, nos queimados e doenças infeciosas agudas) há

(1) do tono simpático que provova leak de H+

(2) da síntese hepática de proteínas de fase aguda

(3) do trabalho cardíaco e dos músculos respiratórios

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Que acontece à despesa energética quando um indivíduoaumenta a sua atividade física?

O2 consumido

>> 15 moles / dia(>> 330 L)

Calorlibertado

>> 1600kcal/dia

A maioria dos indivíduos têm uma taxa metabólica máxima (máximo esforçofísico durante um período curto de tempo) que é 10 × BMR.

A despesa energética tem assim um 2º componente:despesa energética = BMR

+ despesa energética associada à atividade física

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nutrientesO2ADP

+Pi

CO2 + H2O

40 mmolATP / min

8 mmol O2consumido na cadeiarespiratória / min

Na+

Ca2+

O esforço físico provoca aumento das atividades da ATPaseda miosina e das ATPases do Ca2+ e do Na+/K+.

400 mmolATP / min

ATP

A concentração de ATP desceria, a de ADP e Pi aumentaria e osprocessos dependentes de ATP deixariam de ocorrer.

Que aconteceria se a despesa energética não aumentassequando um indivíduo aumenta a sua atividade física?

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Chance e Williams(1955) JBC 217:383

Um automóvel aumenta de velocidade quando aumentamos a velocidade comque a gasolina é injetada no motor. E nos seres vivos como é que éregulada a velocidade de oxidação dos nutrientes?

A 1ª resposta veio de estudos commitocôndrias isoladas ainda antes de omodelo de Mitchell ter sido proposto(ADP = acelerador da oxidação).

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Adaptando a proposta do ADP como acelerador (Chance eWilliams, 1955) à teoria de Mitchell…

III-FAD

III IVdG3P-FAD

Q cyt c

NADH NAD+

H+ H+ H+

O H2O

V Simp.Pi

H+

ADP ATP desidrogénases

ADP e ATP síntase do ATP gradiente eletroquímico da membrana mitocondrial cadeia respiratória [NADH] e [NAD+] desidrogénasesdo ciclo de Krebs,glicólise eoxidação em

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Outras observações feitasin vitro também apontampara a importância dasvariações de concentraçãode ADP, AMP, ATP, NAD+ eNADH.

Glicose

acetil-CoA

Piruvato

NAD+

NADH

NAD+

NADH

NAD+

NADH

Frutose-6-P

Frutose-1,6-BisP

Desidrogénasedo isocitrato

Desidrogénasedo piruvato

Desidrogénase do -cetoglutarato

Cínase dafrutose-6-P

ADP eAMP

ATP

ADP e NAD+

ATP e NADH

ADP e NAD+

ATP e NADH

ADP e NAD+

ATP e NADH

Fosforílase doglicogénio

AMPGlicogénio

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0

0,02

0,04

0,06

0,08

0 2 4 6 8 10

mM nosmúsculos

esqueléticos

tempo de exercício físico a 90% de VO2 max (min)

ADP (mM)

ADP (mM)AMP (mM)

0

0,0005

0,001

0,0015

0,002

0 2 4 6 8 10

mM nosmúsculos

esqueléticos

tempo de exercício físico a 90% de VO2 max (min)

AMP (mM)

AMP (mM)

Baseado em Spriet e col.(2000) Med Sci Sports Exerc;32: 756

Em exercícios aeróbicos a 90% do máximo de consumo de O2, a variação daconcentração de ATP nos músculos esqueléticos em contração é quaseimpercetível, a de ADP pode aumentar 4 vezes e a de AMP 20 vezes.

No entanto, neste mesmo tipo deexercícios a velocidade dehidrólise (e síntese) de ATP nasfibras musculares que se estão acontrair pode ser 100 vezessuperior à basal.

Concentrações em repouso:[ATP] = 5 mM[ADP] = 0,02 mM[AMP] = 0,0001 mM

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Em qualquer caso, as variações nas concentrações são sempredemasiado modestas para poderem, por si só, explicarcompletamente as variações de velocidade no consumo de oxigénio enutrientes quando a velocidade de hidrólise (e síntese) de ATP aumentadurante o esforço muscular.

NAD+

NADH

nutrientes

CO2 O2

H2O

H+ (dentro)

H+ (fora) ADP+Pi

ATP

ATPasessíntase doATP

cadeiarespiratóriadesidrogénases

vel.1 = vel.2 = vel.3 = vel.4

Ca2+

Adaptado deKorzeniewski (2006) AmJ Physiol Heart CircPhysiol 291: 1466

No caso do coração, a hidrólise (e síntese) de ATP pode aumentar 4vezes, mas as variações nas concentrações intracelulares de ADP,AMP, Pi, ATP, NAD+ e NADH são nulas.

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Quando um músculo é estimulado por um nervo motor ocorredespolarização que induz uma cadeia de fenómenos...

Com origem no meioextracelular ou noretículo sarcoplasmáticoo Ca2+ move-se parao citoplasma.

[Ca2+] citoplasmático 100 vezes (0,1 M 10 M)

[Ca2+] na matriz damitocôndria

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Que efeitos provoca o Ca2+ nas enzimas relacionadas com aoxidação dos nutrientes e com a hidrólise do ATP?

NAD+

NADH

nutrientes

CO2 O2

H2O

H+ (dentro)

H+ (fora) ADP+Pi

ATP

Síntase doATP

Cadeiarespiratória

Fosforólise edesidrogénase

Ca2+ citoplasmático

ATPases

ATPaseda miosina

ATPasedo Ca2+

Síntasedo ATP

Complexos Ie IV

desidrogénase doglicerol-3-P (membranar)

desidrogénasesdo piruvatodo isocitratodo -cetoglutarato

Ca2+ mitocondrial

cínase da fosforílasedo glicogénio

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Quando se mede a BMR a temperatura ambiente tem de ser agradável.Que acontece se estiver frio?A despesa energética tem um 3º componente:despesa energética associada à adaptação ao frio.

Trémulo =[Ca2+]citoplasmaque estimulaprocessos dehidrólise de ATP. Estimulação do

SNSimpático (SNS) –adrenalina e noradrenalina

Estimulação do sistemahipotálamo – hipofisário -tiroide hormonastiroideias

Desacoplagem(uncoupling) entrefosforilação e oxidaçãomitocondrial no tecidoadiposo castanho.

Ativação de processosde turnover iónico, eproteico…aumento davelocidade dehidrólise do ATP.

do consumo de O2 e de nutrientes e da produção de calor.

sensibilização

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I III IVQ cyt c

1 NADH NAD+

4 H+

O H2O

V Simp.Pi

10 H+

2,5 ADP+ 2,5 Pi

2,5 ATP

Quando o SNSimpático (e, indiretamente, as hormonas tiroideias) estimulam a UCP1 aumenta a velocidade de oxidação do NADH e dos nutrientes aumenta o consumo de oxigénio e produção de calor (pode ser para o dobro).

O bebé humano não treme, mas tem tecido adiposocastanho, onde existe termogenina (UCP1;uncoupling protein 1) cuja atividade é estimuladapelo Sistema Nervoso Simpático.

A UCP1 (Uncoupling Protein 1) é uma proteína da membrana da mitocôndria que, como asíntase do ATP, deixa passar H+ a favor do gradiente, mas não sintetiza ATP.A passagem dos H+ diminui o gradiente eletroquímico “facilitando a tarefa” (estimulando)dos complexos I, III e IV… e em última análise a oxidação dos nutrientes.

UCP1

n H+

Leak+ n/10NADH

+ n/10NAD+

SNSimp.

n/10 O

(2 H+ + 4 H+)

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No homem adulto, a resposta termogénica ao frio pode sertambém mediada pelas hormonas tiroideias e pelo SNSimpático queativam o leak de H+ nas mitocôndrias dos músculos e tecido adiposocastanho [Wijers et al. (2008) PLOSone 3: e1777].

No caso do músculo, os mecanismos e as proteínas envolvidas noaumento do grau de uncoupling mitocondrial são aindacontroversos.

A maioria dos adultos tem tecido adiposo castanho e UCP1.[Nedergard et al. (2011) Ann N York Acad Sci 1212: E20].

I III IVQ cyt c

1 NADH NAD+

4 H+ (2 H+ + 4 H+)

O H2O

V Simp.Pi

10 H+

2,5 ADP+ 2,5 Pi

2,5 ATPLeak

n H+

+ n/10 O+ n/10NADH

+ n/10NAD+

SNS

UCP1e ?

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Quando se mede a BMR o indivíduo deve estar emjejum há 10-18 h.Que acontece se tiver acabado de comer?

A ingestão de alimentos provoca no consumo de O2(e na produção de calor).

A despesa energética tem assim um 4º componente:efeito termogénico dos nutrientes (ou ação dinâmica

específica = denominação que já entrou em desuso).

Aumento do gasto de ATP nosprocessos de armazenamento de glicose(síntese de glicogénio)e gorduras (síntese de triacilgliceróis) e da síntese proteica.

Estimulação do SNSimpático comaumento do leak de H+

Causas malconhecidasmaspossivelmenteassociadas a...

Aumento da atividade de oxigénases eoxídases envolvidas na oxidação de AAs...

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Quando se estuda o equilíbrio energético,uma boa analogia para o ser vivo é uma lareiraem que o calor produzido e o O2 consumidocorrespondem à despesa energética.

Tal como numa lareira o calor libertado é adiferença entre

as entalpias dos reagentes (compostosorgânicos que se oxidam e oxigénio que sereduz)

e as entalpias dos produtos (CO2 + H2O +compostos orgânicos incompletamenteoxidados).

A despesa energética total = somatório de

(1) BMR(taxa metabólica basal)

(2) despesa energética associada a atividade física(3) efeito termogénico dos nutrientes

(4) despesa energética associada à adaptação ao frio

a) associado estritamente a hidrólise/síntese de ATPb) ação de oxídases e oxigénases e desacoplagem“basal” na fosforilação oxidativa

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Que acontece se um indivíduo não se alimentar durante algum tempo?

A formação contínua de ADP mantém ativos os processos oxidativos e oindivíduo vai oxidando os seus próprios lipídeos, glicídeos e proteínas.

A quantidade total de calor libertado (ou O2 consumido)é a despesa energética.

Se a “lareira” não for alimentada com “lenha” acabapor apagar-se por falta de combustível...

Para manter a “lareira” acesa e com tamanho constante énecessário adicionar-lhe os combustíveis que se vão queimando...

Um indivíduo emequilíbrio energético(= balanço energético nulo)mantém constante a massacorporal porque toma doexterior

energia metabolizável dosalimentos =despesa energética.

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A que é que corresponde a energia não metabolizável dos alimentos?

Ainda é possível (por combustão completa numafornalha) obter energia

das fezes, da urina e dos gazes expirados

parte da energia dos alimentos não é metabolizada

A energia não metabolizável dos alimentos é variável e, num indivíduo semproblemas gastrointestinais, depende dos alimentos ingeridos e do seuprocessamento:1- As proteínas geram ureia (da urina) e não N2…

2- Os combustíveis perdidos nas excreções não representam energia metabolizável.

... a celulose e outras fibras da dieta não são absorvidas

... dependendo do grau de cozedura uma parte dos nutrientesnão é digerida nem absorvida... e perde-se nas fezes

... parte do álcool ingerido e dos corpos cetónicos formadosperdem-se na urina e no ar expirado

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Nota: é frequente na literatura médica usar-se a expressão Calcomo sinónimo de kcal.

Valoresmédios... em

kcal/g

Oxidaçãocompleta numcalorímetro,lareira…

Oxidação humana.Energia metabolizáveldos alimentosabsorvidos e dasreservas energéticas.

Energiametabolizável dosalimentos que irãoser ingeridos

Glicídeos (amidoou glicogénio)

4,1 4,1 4 (absorção incompleta)

Proteínas 5,9 4,3 (ureia e não N2) 4 (absorção incompleta)

Lipídeos(triacilgliceróis)

9,5 9,5 9 (absorção incompleta)

Etanol 7,1 7,1 7 (perdas na respiração eurina)

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Se a energia metabolizável dos alimentos = despesa energética o indivíduo tem balanço energético nulo.

Um balanço energético nulo não é sinónimo de alimentação saudável:

Se a energia metabolizável dos alimentos > despesa energética balanço energético positivo...diferença = energia de oxidação da matéria orgânica que se acumula no ser vivo...

Se a energia metabolizável dos alimentos < despesa energética balanço energético negativo...diferença = energia de oxidação da matéria orgânica do ser vivo que se oxida e não éreposta...

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pequeno almoçoalmoço

lanche

jantar

a dormir

Períodos de“ginástica”

Taxa da despesa energética total e ingestão calórica ao longo de um dianum indivíduo adulto sedentário

Quando falamos de balanço energético não é adequado pensarem períodos curtos de tempo.

Ao longo das horas de um dia quase (termogénese associada à ingestão de alimentos) não hárelação entre a (1) energia metabolizável dos nutrientes ingeridos e a

(2) despesa energética.

A maior parte dos adultos tende a manter o peso mais ou menos estável durante largosperíodos de tempo (meses ou anos) existem mecanismos neuroendócrinos quetendem a ajustar o valor calórico da dieta (apetite) ao da despesa energética.

Energia metabolizáveldos alimentosingeridos

Despesaenergética total

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Nos mamíferos adultos saudáveis e com alimentos disponíveis (e “apetecíveis”)a energia metabolizável dos alimentos tende a equilibrar (ou a suplantarligeiramente) a despesa energética (= balanço energético nulo ou ligeiramente +).Na regulação homeostática da ingestão de alimentos estão envolvidas hormonaslibertadas no tubo digestivo, no pâncreas e no tecido adiposo. O hipotálamo é o local docérebro mais importante na regulação do apetite.

Por exemplo:

1) A leptina é uma hormonasintetizada no tecido adiposo auma velocidade proporcional àsua massa.

A leptina tem recetores emnúcleos hipotalâmicos quequando estimulados pelaleptina inibem o apetite.

2) A colescistocinina élibertada no intestinoquando uma refeiçãocontém lipídeos;estimula o nervo vagoinduzindo saciação.

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Os mecanismos homeostáticos neuroendócrinos tendem a manter a energiametabolizável dos alimentos igual à despesa energética mas ... os hábitosdietéticos e a baixa atividade física na civilização ocidental moderna aumento de peso médio de cerca de 10 kg entre os 25 e os 40 anos de idade.Qual o valor da diferença entre a energia metabolizável dos alimentos e a despesaenergética que explica este aumento de peso? 8 000g * 9,5 kcal/g = 76 000 kcal

400g * 4,3 kcal/g = 1 720 kcal

77 720 kcal77 720 kcal / (365 dias *15 anos) =excesso médio de 14,2 kcal por dia

Considerando uma despesa energéticamédia de 2400 kcal/dia... para engordar 10 kg em 15 anos bastater um balanço energético positivo de+ 0,59 %.

O único método de avaliação do balanço energético é a comparação da massacorporal (eventualmente complementada com a avaliação da sua composição)em dois momentos temporais (intervalo > 1 mês, por exemplo).

“Antes que apodreçam, o sítio mais seguro para guardar os alimentos emexcesso é no próprio tecido adiposo.”

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A variação no tempo da massa dos diferentes compartimentos do organismo(massa gorda e massa isenta de gordura) pode servir para saber se existebalanço energético positivo, nulo ou negativo e para quantificar o seu valor.

Défice calórico admitindo que:

(1) variação de reservas de glicídeos = 0

(2) 20 % da massa isenta de gordura = proteína

14 500 g Lip * 9,5 kcal/g = 137 750 kcal

2 020 g Pro * 4,3 kcal/g = 8 686 kcal

146 436 kcal

balanço negativo (146436 kcal/95 dias) =1 541 kcal/dia

Valor calórico da dieta diária foi estimada = 5 070 kcal/dia

A despesa energética diária foi estimada pela técnica da “DLW” = 6 524 kcal/diabalanço negativo = (6 524 – 5 070) = 1 454 kcal/diaAceitando os pressupostos, os dois valores (1541 e 1454 kcal/dia) deveriam ser iguais;a pequena diferença resulta do erro experimental.

Exemplo de um estudo que incluiu uma viagem à Antártida durante 95dias [Stroud et al. (1994) Clin Sci 87 supp: 54]

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O Quociente Respiratório (Respiratory Exchange Ratio) varia com o tipo denutriente que está a ser oxidado.

QR = CO2 / O2O QR é 1 quandose oxidam glicídeose 0,7 quando seoxidam lipídeos.

O QR das proteínastem, em média, umvalor intermédio 0,84.

O calorímetro indireto mede as velocidadesde consumo de O2 e a produção de CO2permitindo calcular a despesa energética eo Quociente Respiratório (QR)QR = moles ou volume CO2 excretado /moles ou volume de O2 consumido.

glicose (C6H12O6) + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O

6/6 = 1

palmitato (C16H32O2) + 23 O2 16 CO2 + 16 H2O

16/23 = 0,7

glutamina (C5H10O3N2) + 4,5 O2 4 CO2 + 3 H2O + 1 ureia

4/4,5 = 0,9

leucina (C6H13O2N) + 7,5 O2 5,5 CO2 + 5,5 H2O + 0,5 ureia

5,5/7,5 = 0,73

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O QR seria0,7 se, numdado momento,os únicosnutrientes aserem oxidadosfossem lipídeos.

O QR é 1se, num dadomomento, oúnico nutrientea ser oxidado éa glicose (ou, eglicogénio).

Glicose +O2

Triacilgliceróis+ O2

Na prática em todos osmomentos oxidamosmisturasde glicídeos,lipídeose proteínas

… com diferentesproporções que dependemda:

(1) dieta (mais ou menosrica em lipídeos versusglicídeos),

(2) do estado nutricional e

(3) da intensidade doexercício físico.

QR = 1 QR = 0,7

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Num indivíduo em balanço energético nulo em que a composiçãocorporal também não varia, o seu QR médio = “QR” da dieta (food RQ).

30 dias com despesa de2400 kcal/dia = 72000 kcale igual valorde energia metabolizável na dieta

Dieta:X g de glicídeos +Y g de lipídeos +Z g de proteínas

O2

X g de glicídeosoxidados +Y g de lipídeosoxidados +Z g de proteínasoxidadas

70 kg depeso

70 kg depeso

Quando estamos a emagrecer (balanço energético negativo) oxidamostoda a dieta + triacilgliceróis endógenos QR < “QR” da dietaQuando estamos a engordar (balanço energético positivo) oxidamostodos os glicídeos da dieta, mas parte dos ácidos gordos da dieta sãoarmazenados QR > “QR” da dieta

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No período pós-absortivo(jejum antes do pequeno almoço)

a insulina está baixa(1) inibição das enzimas etransportadores que promovem aoxidação da glicose(2) estimulação a lipólise e(3) estimulação da carnitina-palmitil-transférase 1 (quepromove a oxidação dos ácidosgordos).

No período pós-prandial (de umarefeição que contenha glicídeos),a insulina está alta

(1) estimulação das enzimas (glicocínase,cínase da frutose-6-P hepáticas edesidrogénase do piruvato) e dostransportadores (GLUT 4 no músculo) quepromovem a oxidação da glicose,(2) inibição a lipólise ( hidrólise detriacilgliceróis nos adipócitos) e(3) inibição da carnitina-palmitil-transférase 1 (o que implica inibição daoxidação dos ácidos gordos).

QRentre 1 e 0,95

QR 0,85

O QR aumenta, aproximando-se de 1, quando oxidamos glicídeose baixa, aproximando-se de 0,7, quando oxidamos lipídeos.

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