[2ª Ficha Teórica] Bioquímica - Main.docx

BIOQUÍMICA 2ª Ficha Teórica LÍPIDOS E PROTEÍNAS LÍPIDOS Os lípidos são compostos principalmente por carbono, hidrogénio e oxigénio, mas alguns lípidos têm também pequenas quantidades de outros elementos como fósforo e azoto. A proporção de oxigénio – carbono é menor do que...

BIOQUÍMICA 2ª Ficha Teórica LÍPIDOS E PROTEÍNAS LÍPIDOS Os lípidos são compostos principalmente por carbono, hidrogénio e oxigénio, mas alguns lípidos têm também pequenas quantidades de outros elementos como fósforo e azoto. A proporção de oxigénio – carbono é menor do que nos glúcidos, o que os torna menos polares. Podem ser dissolvidos em solventes orgânicos apolares (como álcool ou acetona), mas são relativamente insolúveis em água. Função dos Lípidos Proteção: as gorduras envolvem e protegem os órgãos. Isolamento: a gordura sobre a pele assume a função de evitar a perda de calor. A mielina envolve as células nervosas, isolando-as eletricamente uma das outras. Regulação: hormonas esteroides regulam diferentes processos fisiológicos. Energia: os lípidos são armazenados e degradados para obtenção de energia. Definição dos Lípidos As gorduras são o principal tipo de lípidos. Tal como os glúcidos, são ingeridas e decompostas nas células por reações de hidrólise (ou desidratação), libertando energia para uso das próprias células. 95% das gorduras do corpo humano são Triglicéridos. Triglicéridos são compostos por: 1 glicerol (molécula de 3 átomos de carbono com um grupo de hidroxilo – OH ligado a cada carbono) + 3 ácidos gordos (cadeia linear de átomos de carbono com um grupo carboxilo – COOH ligado a uma das extremidades). Existem três tipos de lípidos importantes: Ácidos Gordos, Fosfolípidos e Esteróides. Ácidos Gordos Ácidos Gordos Saturados: se contém apenas ligações covalentes simples entre os átomos de carbono. Ácidos Gordos Insaturados: se possuírem uma ou mais ligações covalentes duplas entre os átomos de carbono. Os ácidos gordos insaturados podem ser: Monoinsaturados: se tiverem apenas 1 ligação covalente dupla entre os átomos de carbono. Polinsaturados: se tiverem 2 ou mais ligações covalentes duplas entre os átomos de carbono. Fosfolípidos São importantes constituintes da membrana plasmática. São moléculas anfipáticas pois possuem uma cabeça polar constituída por um grupo de fosfato e uma cauda apolar constituída pelas cadeias dos ácidos gordos. Esteróides Compostos por 17 átomos de carbono ligados entre si para formar quatro anéis. Colesterol, estrogénios, progesterona e a testosterona, são esteroides muito importantes envolvidos em diferentes processos fisiológicos. Colesterol assume-se também como constituinte das membranas plasmáticas. Proteínas Todas as proteínas contêm carbono, hidrogénio, oxigénio e azoto ligados entre si por ligações covalentes. Algumas proteínas contêm enxofre, e outras pequenas quantidades de fósforo, ferro e iodo. PAPEL DAS PROTEÍNAS NO ORGANISMO PAPEL EXEMPLO Regulação As enzimas regulam reações químicas. As hormonas regulam muitos processos fisiológicos. Por exemplo, a insulina influencia o transporte de glicose para as células. Transporte A hemoglobina transporta oxigénio e dióxido de carbono no sangue. As proteínas do plasma sanguíneo transportam muitas substâncias no sangue. As proteínas presentes nas membranas plasmáticas controlam o movimento de substâncias para o interior e o exterior da célula. Proteção Os anticorpos e o complemento protegem contra os microrganismos e substâncias estranhas. Contração A actina e a miosina presentes nos músculos são responsáveis pela contração muscular. Estrutura As fibras de colagénio formam a estrutura de suporte de muitas partes do corpo. A queratina adiciona resistência à pele, cabelo e unhas. Energia As proteínas podem ser degradadas para obtenção de energia. Por unidade de peso possuem tanta energia como os glícidos. Estrutura das Proteínas As unidades estruturais constituintes das proteínas são as 20 moléculas de aminoácidos. Cada aminoácido tem um grupo amina (-NH2), um grupo carboxilo (COOH), um átomo de hidrogénio e uma cadeia lateral designada por R (de radical) ligada ao mesmo átomo de carbono. As ligações covalentes que se formam entre as moléculas de aminoácidos durante a síntese proteica chamam-se ligações peptídicas. Dipéptidos: 2 aminoácidos ligados por uma ligação peptídica. Tripéptidos: 3 aminoácidos ligados através de ligações peptídicas. As Proteínas são polipéptidos compostos por centenas de aminoácidos. Possuem: Estrutura Primária: é uma sequência de aminoácidos ligados pelas ligações peptídicas. Estrutura Secundária: são dobras resultantes das interações entre aminoácidos próximos que estabelecem ligações por pontes de hidrogénio (hélice alfa e folha pregueada beta). Estrutura Terciária: são dobras secundárias resultantes das interações entre aminoácidos distantes e entre o polipéptido e o seu meio circundante. Determina a função da proteína. Estrutura Quaternária: resulta da associação entre duas ou mais proteínas para formar uma unidade funcional. As proteínas individuais designam-se subunidades. Desnaturação proteica: ocorre quando a proteína perde a sua estrutura secundária e / ou terciária (o arranjo tridimensional da cadeia polipeptídica) fazendo com que perca sua atividade biológica característica. Enzimas As enzimas são altamente específicas, catalisando somente reações químicas específicas e são extremamente sensíveis a mudanças de temperatura ou pH, que podem alterar a estrutura do seu centro ativo, comprometendo o seu funcionamento. As enzimas possuem um centro ativo onde se dá a ligação ao substrato e ocorre a reação química. As enzimas são proteínas catalisadoras que aumentam a velocidade de uma reação química, sem se alterar durante o processo. Uma enzima que catalisa a degradação dos lípidos é uma lípase e uma enzima que decompõe proteínas é uma protéase. Existem 2 Modelos de Ação Enzimática Modelo Chave-Fechadura: dá-se a reação quando os reagentes (chave) se ligam ao centro ativo da enzima (fechadura). Este modelo vê os reagentes e a enzima como estruturas rígidas que se encaixam. Modelo do Encaixe Induzido: adaptação do Modelo Chave-Fechadura por se perceber que as enzimas exibem na verdade estruturas flexíveis em que o centro ativo altera a sua forma para se adaptar ao substrato no decurso da reação. METABOLISMO DOS GLÚCIDOS (HIDRATOS DE CARBONO) O início do metabolismo dos glúcidos dá-se com a glicólise com um conjunto de reações químicas que consistem no desdobramento da glicose em duas moléculas de ácido pirúvico. A glicose pode ser dividida em quatro fases: Entrada de ATP Clivagem do Açúcar Produção de NADH Produção de Ácido Pirúvico e ATP Divisão da glicose em pormenor: Entrada de ATP O primeiro passo da glicólise requer aporte de energia na forma de duas moléculas de ATP. Um grupo de fosfato (P) de 1 molécula de ATP transfere-se para a molécula de Glicose, através do processo de fosforilação. Os átomos de Glicose-6-fosfato reorganizam-se dando origem à Frutose-6-fosfato. Através da adição de mais um grupo fosfato (P) e de outra molécula de ATP, a Frutose-6-fosfato converte-se em Frutose-1, 6-difosfato. Clivagem do Açúcar A Frutose-1, 6- difosfato é clivada em duas moléculas com três carbonos: Gliceraldeído-3-fosfato e Dihidroxiacetona Fosfato. A molécula de Dihidroxiacetona fosfato é restruturada em Gliceraldeído-3-fosfato, sendo o balanço final deste passo de 2 moléculas de Gliceraldeído-3-fosfato. Produção de NADH As duas moléculas de Gliceraldeído-3-fosfato são oxidadas (perdem 2 eletrões, cada) e formam 2 moléculas de Ácido-1, 3-difosfoglicérico. Por outro lado, 2 moléculas de NAD+ (Nicotinamida Adenina Dinucleótido) são reduzidas (ganham 2 eletrões cada) e formam 2 moléculas de NADH. O NADH é uma molécula transportadora com dois eletrões de alta energia, que podem ser utilizados para produzir moléculas de ATP através da cadeia de transporte de eletrões. O NAD+ é a forma oxidada da Nicotinamida Adenina Dinucleótido, e o NADH é a forma reduzida. Produção de Ácido Pirúvico e ATP O último passo da glicólise produz duas moléculas de ATP e uma de ácido pirúvico a partir de cada uma das moléculas de Ácido-1,3-difosfoglicérico (4 ATP + 2 Ácido Pirúvico, no total). Balanço Energético da Glicólise A glicólise é a quebra da glicose em duas moléculas de gliceraldeído-3-fosfato. Cada molécula de gliceraldeído-3-fosfato produz 2 ATP, 1 NADH e 1 ácido pirúvico. A partir de uma molécula de glicose, obtém-se 4 ATP, 2 NADH e 2 ácidos pirúvicos. Com oxigênio suficiente, esses produtos podem ser utilizados na respiração aeróbica para produzir ATP. Caso contrário, podem ser utilizados na respiração anaeróbica. RESPIRAÇÃO ANAERÓBIA A respiração anaeróbia é o desdobramento da glicose na ausência de oxigénio, para produzir 2 moléculas de Ácido Lático e 2 moléculas de ATP. O ATP produzido dessa maneira é uma fonte de energia utilizada em atividades de exercício intenso, quando há uma oferta insuficiente de oxigênio aos tecidos. Existem duas fases na respiração: Glicólise Formação de Ácido Lático que é a conversão do Ácido Pirúvico em Ácido Lático que é uma reação que requer energia proveniente das moléculas de NADH produzidas na glicólise. O ácido lático produzido nos músculos é libertado para o sangue e transportado até o fígado. No fígado, na presença de oxigênio, o ácido lático é convertido de volta em glicose por meio da gluconeogénese. A glicose é então libertada pelo fígado para a corrente sanguínea e transportada às células que a utilizam como fonte de energia. O Ciclo de Cori envolve a conversão de glicose em ácido lático nos tecidos musculares durante períodos de falta de oxigênio, seguida da conversão de lactato em glicose no fígado constitui o Ciclo de Cori. Este mecanismo é importante porque: Possibilita substrato para a glicólise muscular por mais tempo. Acelera a eliminação do lactato circulante, sendo um mecanismo que auxilia à recuperação da acidose láctica. RESPIRAÇÃO AERÓBIA A respiração aeróbia consiste no desdobramento da glucose na presença de oxigênio para produzir CO2, H2O e 38 moléculas de ATP. A maioria das moléculas de ATP necessárias à vida são produzidas através da respiração aeróbia, que pode ser dividida em quatro fases: Glicólise: Formação de Acetil-CoA; Ciclo do Ácido Cítrico / Ciclo de Krebs; Cadeia de transporte de eletrões ou cadeia respiratória. A glicólise (fase 1) ocorre no citosol e as restantes etapas ocorrem dentro das mitocôndrias. Três acontecimentos importantes durante o ciclo do Ácido Cítrico: Produção de ATP Produção de NADH e FADH2 Produção de Co2 Os 3 acontecimentos importantes durante o ciclo do Ácido Cítrico em detalhe: Produção de ATP: por cada molécula de ácido cítrico, forma-se uma molécula de ATP (1:1). Produção de NADH e FADH2: Por cada molécula de ácido cítrico, são formadas três moléculas de NADH e, uma molécula de FADH2. As moléculas de NADH e de FADH2 são transportadoras de eletrões, que entram na cadeia de transporte de eletrões e são utilizadas para produzir ATP. Produção de Co2: Cada molécula de ácido cítrico dá origem, no final do mesmo, a uma molécula de ácido oxalacético. Durante o processo, formam-se 2 moléculas de dióxido de carbono que são, a seu tempo, eliminadas do organismo. Balanço energético do Ciclo do Ácido Cítrico Por cada molécula de glucose que inicia a respiração aeróbia, são produzidas duas moléculas de ácido pirúvico durante a glicólise por sua vez convertidas em duas moléculas de Acetil-CoA que entram no ciclo do Ácido Cítrico. Assim, para determinar o número de moléculas produzidas durante o ciclo do Ácido Cítrico a partir de uma molécula de glucose, têm de se contar duas “voltas” do ciclo, O resultado final será 2 moléculas de ATP, 6 moléculas de NADH, 2 moléculas de FADH2 e 4 moléculas de CO2. Cadeia de Transporte de Eletrões É uma série de transportes de eletrões na membrana mitocondrial, onde ocorre a transferência dos eletrões do NADH e FADH2 para os transportadores de elétrons, libertando iões de hidrogênio (H+). Os eletrões são transferidos de um transportador para outro através de reações de oxidação-redução, até que sejam capturados pelo último transportador e combinados com oxigênio e hidrogênio para formar água (H2O). Sem oxigênio, a cadeia de transporte de elétrons é interrompida, cessando a respiração aeróbica. Resumo da Produção de ATP durante a Respiração Aeróbia Por cada molécula de glicose, a respiração aeróbia produz 38 moléculas de ATP: 2 da glicólise, 2 do ciclo de ácido cítrico e 34 das moléculas de NADH e FADH2, que passam através da cadeia de transporte de eletrões. Na respiração aeróbia são ainda produzidas 6 moléculas de CO2 e 12 moléculas de H2O. Sistema Muscular O Músculo tem a capacidade de adaptação e desadaptação (desuso). Adaptação: o exercício fornece o estímulo com intensidade e é dependente da duração. As vantagens são: Homeostasia de temperatura. Proteção de ossos e órgãos internos. Controlo de peso. Evita o surgimento de patologias (diabetes tipo II, problemas cardiovasculares, etc). Os músculos são órgãos especializados em converter energia química em energia mecânica. É um tecido importante na homeostasia bioenergética, tanto em repouso como em exercício. Representa o principal local de transformação e de armazenamento de energia. Constituição do Músculo Um músculo esquelético é composto por fascículos que contêm fibras contráteis. Cada fibra contém miofibrilas compostas por filamentos de actina e miosina. O músculo é formado por vários tecidos sobrepostos que terminam em filamentos proteicos, incluindo o endomísio ao redor das fibras, o perimísio que envolve os fascículos e o epimísio externo. As fibras musculares são cobertas pelo sarcolema, uma membrana que se conecta aos túbulos T. Os túbulos T formam uma rede ao redor das miofibrilas. O retículo sarcoplasmático é um sistema de tubos conectado aos túbulos T e às miofibrilas, contendo canais para a libertação de íões de cálcio (Ca++) ou recetores de rianodina. Sarcolema Membrana celular que delimita cada fibra muscular esquelética (célula). Assume um papel ativo na excitabilidade e condutibilidade do impulso nervoso das fibras musculares. Liga as fibras musculares aos tendões. Sarcoplasma Substância gelatinosa de preenchimento de espaços. É o Citoplasma das fibras musculares. Contém diversas proteínas dissolvidas, minerais, glicogénio, gorduras e diferentes organelas. Retículo sarcoplasmático O retículo sarcoplasmático é uma rede de canais tubulares e vesículas que envolvem as miofibrilas musculares. Ele atua como um reservatório de cálcio, sendo composto por cisternas terminais. Neurónios motores Os neurónios motores são células nervosas especializadas e responsáveis por estimular a contração muscular. Eles formam unidades motoras compostas por motoneurónios alfa, axónios terminais e placas motoras. Junção Neuromuscular Ponto de contacto entre a parte terminal de um motoneurónio e a fibra muscular. Cada fibra muscular esquelética possui vários núcleos, localizados imediatamente sob o sarcolema (na membrana plasmática). Cada fibra é preenchida por diversas miofibrilas que são as proteínas contrácteis. Miofibrila Composta por dois tipos de miofilamentos proteicos: Miofilamentos de Actina (miofilamentos finos) Miofilamentos de Miosina (miofilamentos grossos) Ambos os estão agrupados em unidades altamente especializadas designadas de sarcómeros. O sarcómero é a unidade funcional do músculo que gera tensão e trabalho mecânico. Organização do Sarcómero O sarcómero é a unidade fundamental das miofibrilas musculares voluntárias. É composto por: Disco Z Banda I ou isotrópica (banda clara) Banda A ou anisotrópica (banda escura) Zona H Linha M. O disco Z conecta os filamentos de actina, enquanto a banda I contém apenas filamentos de actina. A banda A estende-se ao longo dos filamentos de miosina, e a zona H está no centro da banda A contendo apenas filamentos de miosina. A linha M mantém os filamentos de miosina no lugar. A organização das miofibrilas produz o padrão estriado observado ao microscópio. CONTRAÇÃO MUSCULAR Funções do ATP no Músculo Ativo Transporte do ião Na+ (sódio) e ião K+ (potássio) através da membrana do sarcolema e túbulos T mediado pela enzima Na+-K+-ATPase através da energia libertada pela hidrólise do ATP. Transporte do ião Ca++ para o retículo sarcoplasmático mediado pela enzima Ca++-ATPase através da energia libertada pela hidrólise do ATP. Formação das pontes cruzadas (ciclo actina/miosina) através da energia libertada pela hidrólise do ATP, mediado pela enzima miosina ATPase. Composição da Actina e da Miosina Miofilamento de actina O miofilamento de actina é responsável pela interação com a miosina durante o processo de contração muscular. É composto por duas cadeias de actina fibrosa (actina F) enroladas em uma dupla hélice. Ele também contém várias moléculas de tropomiosina e várias moléculas de troponina. A actina F é um polímero formado por cerca de 200 monômeros de actina globular (actina G). Cada monómero de actina G possui um sítio ativo onde as moléculas de miosina podem-se ligar durante a contração muscular. Tropomiosina é uma proteína alongada que se situa na fenda da dupla hélice de actina F. Troponina é composta por 3 sub-unidades: uma que se liga à actina (Tnl), e outra que se liga à tropomiosina (TnT), e uma terceira que se liga a iões de cálcio (TnC). Miofilamento de Miosina O miofilamento de miosina desempenha um papel crucial na formação das pontes cruzadas e na libertação de energia durante a contração muscular. É composto por muitas moléculas alongadas de miosina, que possuem a forma de um taco de golfe. Cada molécula de miosina é formada por duas moléculas de miosina pesada e duas cabeças que se estendem lateralmente que ligam-se a quatro cadeias de miosina leve. Cada filamento de miosina é composto por aproximadamente 300 moléculas de miosina. Existem duas cadeias pesadas (HCI e HCII) que determinam os tipos de fibras musculares (tipo I e tipo II). As HCII ainda se podem dividir em 2 isoformas HCIIa e HCIIx chamando-se assim fibras tipo IIa e tipo IIx. Além disso, existem quatro cadeias leves, divididas em cadeias leves essenciais (CL1 e CL3) e cadeias leves reguladoras (CL2), que possuem isoformas lentas e rápidas. As cabeças de miosina podem ligar-se: aos sítios ativos das moléculas de actina para formar pontes cruzadas durante a contração muscular. e à porção espiral da molécula de miosina por uma zona encurvada ("charneira") que se dobra durante a contração e possuem atividade de ATPase, o que significa que elas têm atividade enzimática para desdobrar o ATP, libertando energia durante a contração muscular. Isoformas das Proteínas Miofibrilares Uma isoforma são as diferentes formas moleculares que uma proteína pode assumir. Existem várias isoformas de proteínas que lhes conferem propriedades únicas, ainda que muitas vezes semelhantes. A maioria das proteínas dos filamentos finos (actina) e filamentos grossos (miosina), são compostos por duas ou mais subunidades cada uma existindo como várias isoformas. Exemplo: Molécula de tropomiosina: pode existir em seis espécies diferentes compostas por três subunidades diferentes (TM α1, TM α2 e TMβ). Molécula de troponina: três subunidades cada uma constituída como duas ou mais isoformas. TnL e TnC existe como isoforma lenta e rápida, enquanto a subunidade de ligação à TNT existe no mínimo em quatro isoformas rápidas e duas lentas. Potencial de Ação VS Potencial de Repouso Potencial de Ação (PA) é um sinal elétrico transmitido ao longo dos neurónios até às fibras musculares. Potencial de Repouso (PR): ocorre quando iões de sódio (Na+) predominam no meio extracelular, e iões potássio (K+) no meio intracelular. As membranas celulares são naturalmente polarizadas (o interior é negativo em relação ao exterior – potencial da membrana em repouso -90mV). Os valores de Sódio (Na) e Potássio (K) mantêm-se em equilíbrio através do POTENCIAL DE REPOUSO Os valores de sódio (Na) e potássio (K) são mantidos em equilíbrio por meio do transporte ativo de iões de sódio e potássio através das bombas de sódio-potássio presentes na membrana celular. Essas bombas movem ativamente iões de sódio para fora da célula e iões de potássio para dentro da célula, contra as suas variações de concentração naturais. Esse processo consome energia na forma de trifosfato de adenosina (ATP). Além disso, a permeabilidade seletiva da membrana celular permite que os iões se movam passivamente por difusão através de canais específicos de iões. Em conjunto, esses mecanismos de transporte e difusão garantem um equilíbrio adequado dos níveis de sódio e potássio dentro e fora da célula. Fluxo efetivo: diferença entre os dois fluxos de sentido único correndo sempre de uma região de maior concentração para uma de menor concentração. Difusão de iões através de canais proteicos: A bicamada fosfolipídica é uma barreira para moléculas ionizadas ou polares. Os iões como sódio (Na) e potássio (K) difundem-se mais rápido do que seria esperado através das membranas plasmáticas. Os canais iónicos na membrana são responsáveis pela mudança de permeabilidade aos iões. Os canais podem estar abertos ou fechados e o seu funcionamento é regulado por mecanismos como ligantes, voltagem ou forças mecânicas. Propagação do Impulso Nervoso (Relação entre o Potencial de Acão e o Potencial de Repouso) Em repouso o potencial da membrana é semelhante ao potencial de equilíbrio de potássio (aproximadamente - 90mV). Tal facto deve-se a existirem mais canais iónicos de K+ abertos que canais de Na+ e a permeabilidade do K+ ser maior que a do Na+. Resumo do Potencial de Repouso O transporte ativo de iões de potássio e sódio é feito através de bombas distribuídas na membrana celular. As concentrações e permeabilidades relativas determinam os potenciais de equilíbrio e o potencial de repouso da membrana. O potássio tem maior permeabilidade, mantendo o potencial de repouso próximo ao potencial de equilíbrio do K. As bombas de sódio e potássio estabelecem uma distribuição peculiar de iões entre o meio intra e extracelular. Canais de potássio de repouso ("leak channels") controlam o potencial de repouso. Iões de sódio e potássio difundem-se pela membrana para alcançar seus potenciais de equilíbrio. O sódio entra e o potássio sai da célula, resultando em hiperpolarização da membrana e um potencial de repouso em torno de -70mV. Potenciais de ação dependem da permeabilidade da membrana aos iões de sódio e potássio. POTENCIAL DE AÇÃO Traduz-se pela reversão do diferencial de cargas em repouso: o interior da membrana celular fica carregado positivamente, e o exterior negativamente. Durante o potencial de ação existem duas fases: Despolarização: dá-se quando o potencial de repouso diminui, isto é, o interior da membrana torna-se menos negativo, e o exterior menos positivo. O potencial de ação só é desencadeado se a despolarização for suficiente para abrir muitos canais de Na+ e alterar o potencial da membrana para um valor designado por limiar de estimulação. Quando isto ocorre, o potencial de membrana atinge um valor positivo. Repolarização: regresso do potencial de membrana ao valor de repouso. Potencial de repouso da célula Estímulo despolarizante Abertura de canais de Na + dependente de voltagem Entrada de Na + na célula Encerramento de canais de Na + e abertura de canais de K + dependentes de voltagem mais lentos Saída de K + da célula Canais de K + dependente de voltagem ainda abertos, hiperpolarizando a célula Encerramento de canais de K + dependente de voltagem Retorno da permeabilidade iônica e do potencial de repouso da célula Potencial de Ação e Canais Iónicos A despolarização e repolarização resultam da abertura e fecho de canais iónicos. Mecanismo: Canais iónicos de Na+ e K+ fechados antes de a célula ser estimulada. Célula é estimulada (canais de Na+ abrem) – Na+ difunde-se para dentro da célula. Se a despolarização atingir o limiar, muitos canais de Na+ abrem-se rapidamente (iões de Na+ difundem-se para o interior da célula), ficando esta positiva por um curto período de tempo. Canais de Na+ fecham e canais de K+ abrem: Cessa o movimento de iões de Na+ para dentro da célula, e aumenta o movimento de K+ para o exterior da célula. O interior da célula torna-se mais negativo e o exterior mais positivo, dando-se a repolarização da membrana. Os canais de K+ encerram: potencial de ação termina, e o potencial da membrana em repouso é restabelecido. Limiar de Excitabilidade Quando se aplica um estímulo débil (estímulos subliminares), o axónio não se despolariza o suficiente (potenciais subliminares) para que se abram canais de Na+ dependentes da voltagem em número suficiente para que se dê a despolarização da membrana. Por outro lado, quando se atinge o limiar da excitabilidade, abre-se um número suficiente de canais de Na+ para permitir uma despolarização adicional da membrana (potenciais limiares), como consequência do aumento de permeabilidade ao Na+, levando assim à abertura de um grande número de canais de Na+ até que se abram todos os canais disponíveis (retroalimentação positiva). Após este potencial de ação, a maioria dos canais de Na+ ficam inativos só se podendo voltar a abrir após um período de potencial da membrana de repouso (período refratário absoluto). Período Refratário Absoluto (PRA) Durante o potencial de ação, um segundo estímulo, não importa quão forte seja, não irá produzir um segundo potencial de ação. Assim esta região da membrana encontra-se num PRA. Isto ocorre no período em que os canais de Na+ regulados por voltagem estão abertos ou passaram para o estado de inatividade durante o primeiro potencial de ação. A comporta de inativação que bloqueou os canais precisa de ser removida através da repolarização e o fecho do poro que deve ocorrer antes que os canais possam ser reabertos por um segundo estímulo. Período Refratário Relativo (PRR) É o período que ocorre após o PRA e que corresponde ao intervalo de tempo durante o qual um segundo potencial de ação pode ser produzido, desde que a força do estímulo seja consideravelmente maior que o normal. Este período coincide com o período de pós hiperpolarização. Como tal, alguns dos canais de Na+ regulados por voltagem já voltaram ao estado de repouso enquanto que alguns dos canais de K+ que repolarizaram a membrana ainda se encontram abertos. A partir desse estado de PRR é possível que um novo estímulo despolarize a membrana acima do potencial limiar, desde que o estímulo tenha uma magnitude elevada ou ultrapasse o PRR. Propagação de Potenciais de Ação: O potencial de ação afeta apenas uma pequena área da membrana celular de cada vez. Não se desloca ao longo da membrana, mas propaga-se estimulando a produção de potenciais de membrana em áreas adjacentes. A frequência do potencial de ação é o número de potenciais gerados por unidade de tempo. A frequência é diretamente proporcional à intensidade do estímulo. Um aumento na frequência dos potenciais de ação pode resultar em um aumento na força da contração muscular. Potencial de Ação – Motoneurónios Mielinizados Quanto maior o diâmetro da fibra, mais rápida é a propagação do Potencial de Ação, uma vez que as fibras de maior dimensão oferecem menos resistência à corrente local, o que faz com que ocorra um fluxo de maior número de iões. A mielina, sendo isolante, dificulta o fluxo de cargas entre o líquido intra e extra celular. Como existe menos dispersão de carga através da mielina, a corrente local propaga-se mais rapidamente ao longo do axónio. A concentração de canais de Na+ regulados por voltagem é menor nas bainhas de mielina e muita elevada nos nós de Ranvier. Maior propagação por condução saltatória porque passa menor carga por zonas mielinizadas, chegando em maior número aos nós de Ranvier e agindo mais rápido e bombas de Na+/K precisam de repor menos Na+ e K+. JUNÇÃO NEUROMUSCULAR Constituição do Músculo Junção neuromuscular: ponto de contato entre a parte terminal de um motoneurónio e a fibra muscular. Cada fibra muscular recebe o ramo de um axónio, e cada axónio inerva mais de uma fibra muscular. A sinapse ou junção neuromuscular é a conexão das terminações axonais com a área de sarcolema que inervam. Cada axónio acaba no terminal pré-sináptico. O espaço entre o terminal pré-sináptico e a fibra muscular é a fenda sináptica. A membrana da célula muscular na área de junção é a placa motora ou membrana pós-sináptica. No interior do terminal pré-sináptico existem muitas vesículas esféricas designadas vesículas sinápticas, estas contêm o neurotransmissor acetilcolina (Ach). Neurotransmissor: substâncias químicas produzidas pelos neurónios, com a função de enviar informações a células ou estimular impulsos nas células. Atuam nas sinapses (ponto de junção de neurónios com outras células). Acetilcolina (Ach): molécula por ácido acético e colina. Sinapse Química Quando um potencial de ação atinge o terminal pré-sináptico ocorrem de forma sequencial um conjunto de reações diferenciadas com libertações de Ach, Ca2+ e Na+. Quando um potencial de ação atinge o terminal pré-sináptico: Dá-se a abertura dos canais de cálcio (Ca2+) na membrana celular do axónio, ocorrendo a difusão dos iões de cálcio (Ca2+) para dentro da molécula. Os iões de cálcio (Ca2+) dentro do axónio provocam a libertação do conteúdo das vesículas sinápticas com acetilcolina (ACh), fazendo com que esta passe do terminal pré-sináptico para o interior da fenda sináptica. As moléculas de ACh libertadas difundem-se através da fenda sináptica e ligam-se a moléculas recetoras localizadas na membrana pós-sináptica, levando à abertura de canais de Na+. A abertura dos canais de Na+ provocam a despolarização da membrana pós-sináptica. Uma vez atingido o limiar de estimulação, ocorre um potencial de ação pós-sináptico. Igual à 3. Na fenda sináptica, a ACh é rapidamente desdobrada em ácido acético e colina pela enzima acetilcolinesterase. Desta forma evita-se que a ACh se acumule na fenda sináptica, já que assim atuaria como um estímulo constante. A colina é reabsorvida pelo terminal pré-sináptico e combina-se com ácido acético para formar mais ACh, que entra nas vesículas sinápticas. Unidade Motora Denomina-se de Unidade Motora o conjunto estabelecido por um Neurónio Motor e todas as fibras que o mesmo enerve. Unidade motora é um conjunto de fibras musculares enervadas pelo mesmo neurónio motor. Mecanismo de Contração Muscular Denomina-se de mecanismo de contração muscular a série de eventos que levam um potencial de ação a contrair a fibra muscular. Túbulos T Invaginações tubulares do sarcolema (membrana da fibra muscular) que se projetam para o interior das fibras musculares, e, juntamente com as cisternas, enrolando-se em torno dos sarcómeros na região onde os miofilamentos de actina e miosina se sobrepõem. Funcionam como uma rede de microtransporte, na medida em que propagam o potencial de ação (onda de despolarização) da membrana da fibra para as regiões mais profundas da célula. Retículo Sarcoplasmático Suspenso no sarcoplasma (citoplasma das células musculares), entre os túbulos T, está um retículo endoplasmático liso altamente especializado, o retículo sarcoplasmático. O retículo sarcoplasmático possui canais de cálcio (Ca2+) e, quando estimulado, transporta ativamente iões Ca2+ para dentro da fibra muscular. Os iões Ca2+ difundem-se para dentro da fibra e “ativam” os filamentos de actina, ao ligarem-se à troponina (TnC), libertando as suas zonas ativas (actina G). Isto permite que os filamentos de miosina se liguem à actina deslizem sobre os filamentos de miosina. Quando a excitação cessa, a concentração de Ca2+ no citoplasma diminui, e ocorre o relaxamento muscular, existindo um papel ativo da enzima Ca2+ ATPase na recolha do Ca2+ para dentro do Retículo Sarcoplasmático. Mecanismo de Contração Muscular Denomina-se de mecanismo de contração muscular a série de eventos que levam um potencial de ação a contrair a fibra muscular. Retículo Sarcoplasmático/ Iões de Ca2+ O Retículo Sarcoplasmático é uma estrutura que possui canais de cálcio (Ca2+). Quando estimulado, o retículo sarcoplasmático transporta ativamente os iões Ca2+ para dentro da fibra muscular. Os iões Ca2+ difundem-se para dentro da fibra para “ativar” os filamentos de actina. A ativação dos filamentos de actina, dá-se através da subunidade da TROPONINA (TnC), que possuí uma grande afinidade com os iões Ca2+. A ligação de iões Ca2+ a essa subunidade vai induzir as miofibrilas de actina e miosina a deslizarem umas sobre as outras. São as subunidades da troponina que estão ligadas à Actina G que impedem a interação actina-miosina: Ação inibitória da troponina. MECANISMO DE ACOPLAMENTO DE EXCITAÇÃO-CONTRAÇÃO Definição: A sequência de eventos que desencadeiam a contração de uma fibra muscular, denomina-se de mecanismo de acoplamento excitação-contração. Este mecanismo inicia-se com a excitação de um nervo motor e resulta na contração das fibras musculares. Trata-se de um processo mediado por diversos eventos bioquímicos ocorridos na superfície da fibra muscular e difundidos para dentro dela. Um estímulo nervoso chega à placa motora que através da ação do neurónio motor liberta acetil-colina para a fenda sináptica. A acetil-colina ativa o potencial de ação do músculo através da despolarização da membrana muscular percorrendo os túbulos T. O potencial de ação propaga-se por toda a superfície da membrana celular e também pelo retículo sarcoplasmático (ativação dos recetores diidropiridina e rianodina). Os iões de cálcio concentrados no retículo sarcoplasmático passam para o interior do sarcoplasma através da abertura dos canais de cálcio. Os iões de cálcio ligam-se ao complexo troponina-tropomiosina libertando a actina à qual estavam ligados no ciclo de repouso, inibindo a ligação entre adenina-miosina. A combinação dos iões Ca2+ com a troponina faz com que as moléculas de tropomiosina se movam, expondo os locais ativos nas moléculas de actina G dos miofilamentos de actina. Estes locais ativos expostos ligam-se às cabeças das moléculas de miosina para formar pontes cruzadas. A actina liga-se ao complexo miosina-ATP estimulando a ATPase que se encontra nas cabeças de miosina. A molécula de ATP hidrolisa-se libertando energia e possibilitando a formação de ligações denominadas pontes cruzadas, entre actina e miosina. Uma nova molécula de ATP estabelece ligação com a ponte de miosina desfazendo esta ligação e permitindo a ligação da actina à cabeça seguinte de miosina, possibilitando o movimento deslizante dos finos filamentos de actina por entre os grossos filamentos de miosina fazendo o sarcómero encurtar. Mecanismo de Acoplamento de Excitação-Contração (Cont.) A contração muscular ocorre enquanto há presença de iões de cálcio no sarcoplasma, mantendo o potencial de ação. A libertação contínua de acetilcolina na sinapse, proveniente da atividade neuronal, mantém o potencial de ação. Quando termina a libertação de acetilcolina, o potencial de ação e o deslizamento dos filamentos musculares param. Com ATP presente e ausência de iões de cálcio, a actina liga-se novamente ao complexo troponina-tropomiosina, permitindo que os filamentos de miosina se separem e unam-se ao ATP. A falta de ATP resulta num processo de relaxamento incompleto, levando a contrações involuntárias e dolorosas, conhecidas como cãibras de esforço. Miofilamentos de Miosina 3 propriedades importantes das cabeças de miosina: Podem ligar-se a sítios ativos das moléculas de actina para formar pontes cruzadas. Ligam-se à porção espiralada da molécula de miosina por uma zona encurvada (“charneira”) que se pode dobrar durante a contração. Têm atividade ATPase, ou seja, atividade enzimática que desdobra o ATP, libertando energia durante a contração. Ciclo das Pontes Cruzadas Definição: As Pontes Cruzadas são compostas por duas cabeças globulares de miosina que no prolongamento da cauda de cada molécula de miosina estendem-se para o lado formando as pontes cruzadas. O Ciclo das Pontes Cruzadas é a sequência de eventos que ocorre entre o momento em que uma ponte cruzada liga-se a um filamento fino, move-se e em seguida, repete o processo. O ciclo das pontes cruzadas concebe quatro etapas: Fixação da ponte cruzada a um filamento fino. Movimento da ponte cruzada, produzindo tensão no filamento fino. Libertação da ponte cruzada do filamento fino. Energização da ponte cruzada e modo a que se possa novamente fixar a um filamento fino e repetir o ciclo. Cada ponte cruzada realiza o seu próprio ciclo de movimento, independentemente de outras pontes cruzadas. MOVIMENTO DAS PONTES CRUZADAS DURANTE A CONTRAÇÃO MUSCULAR ATP – Formação de Pontes cruzadas O movimento das pontes cruzadas ocorre através da ação da miosina ATPase no desdobramento de ATP em ADP+P. Desta forma, concluímos que para que ocorra movimento das pontes é necessária energia (ATP) sendo necessária uma molécula de ATP para cada ciclo de formação, movimento e libertação de uma ponte. O fósforo (P) existente na cabeça das moléculas de miosina (resultante da ação de ATPases que aí existem que desdobram o ATP em ADP+P) é libertado. Energia armazenada nas cabeças das moléculas de miosina (devido ao desdobramento do ATP em ADP+P) é usada para mover a cabeça, o que provoca o deslizamento do miofilamento de actina (isto provoca a libertação do ADP das cabeças de miosina). Após a ocorrência de movimento, é necessário que uma nova molécula de ATP se ligue à cabeça da molécula de miosina para que se dê a libertação das pontes e o retorno da cabeça de miosina à sua posição original. Essa molécula de ATP vai ser desdobrada em ADP+P pelas ATPases existentes nas cabeças de miosina, ficando a energia daí resultante novamente acumulada na cabeça das moléculas de miosina. Se o Ca2+ ainda estiver ligado à troponina, dá-se novo ciclo de formação, movimento e libertação das pontes. Este ciclo ocorre muitas vezes durante a contração muscular. Relaxamento muscular O relaxamento muscular ocorre através do transporte ativo de iões Ca2+ de volta ao retículo sarcoplasmático. Assim que ocorre uma diminuição da concentração de iões de Ca2+ no sarcoplasma, o complexo troponina-tropomiosina deixa de estabelecer ligações com os iões de Ca2+. O complexo troponina-tropomiosina restabelece a sua posição, o que bloqueia os locais ativos das moléculas de actina. Consequentemente não se conseguem formar pontes cruzadas, e dá-se o relaxamento muscular. ATP e contração / relaxamento muscular O ATP assume-se como a moeda de troca energética do nosso organismo, sendo vários os processos bioquímicos e fisiológicos que são desencadeados através do seu desdobramento. No mecanismo de excitação-contração, o ATP assume um papel importante na contração muscular, mas também, no processo do relaxamento muscular. Assim: O transporte ativo de iões de Ca2+ para o interior do retículo sarcoplasmático exige ATP. Os processos de transporte ativo para a manutenção normal das concentrações de iões Na+ e K+ nas membranas também exigem ATP. No entanto, a quantidade ATP necessária à formação das pontes cruzadas durante a contração muscular é muito maior que as outras necessidades energéticas do músculo esquelético. Contração muscular Encurtamento de um músculo em resposta a um estímulo que causa um potencial de ação em uma ou mais fibras musculares. O potencial de ação é um fenómeno elétrico (mede-se em miliVolts (mV)). 3 Fases na Contração Muscular: Fase de latência ou de demora: período de tempo entre a aplicação do estímulo ao neurónio motor e o início da contração muscular. Fase de encurtamento: tempo durante o qual ocorre a contração. Fase de relaxamento: tempo durante o qual ocorre o relaxamento. METABOLISMO DOS LÍPIDOS (GORDURAS) Os lípidos são a principal fonte de armazenamento de energia no organismo, representando cerca de 99% da energia armazenada. O excesso de lípidos é armazenado como triglicéridos no tecido adiposo. Durante o exercício físico, hormonas como as catecolaminas e a hormona de crescimento (GH) são libertadas na corrente sanguínea, promovendo a lipólise e aumentando a concentração de ácidos gordos livres (AGL) nos adipócitos. Os AGL são então mobilizados para os músculos e utilizados na síntese de ATP. Na mitocôndria muscular, os ácidos gordos são convertidos em acetil-CoA através da beta-oxidação. A enzima lípase quebra os lípidos em glicerol e ácidos gordos livres durante a lipólise. No ciclo de Krebs na mitocôndria, o acetil-CoA participa de diversas reações, resultando na produção de NADH e FADH2, que são utilizados na cadeia de transporte de eletrões (CTE) para a produção de ATP. Lipogénese é o contrario da Lipólise Produção de lípidos a partir da glicose (ocorre sobretudo no fígado e tecido adiposo). É uma via metabólica pouco ativa. É uma via relevante quando existe ingestão elevada de glúcidos no contexto de uma dieta pobre em lípidos. Se a ingestão de glúcidos da dieta exceder o gasto energético, os glúcidos em excesso são convertidos em lípidos por esta via, e depois armazenados como gordura nos adipócitos (células do fígado). A glicose é convertida em glicerol, e as moléculas de acetil-CoA combinam-se para formar ácidos gordos. O glicerol e os ácidos gordos combinam-se para formar triglicéridos. Metabolismo das Proteínas Quando os aminoácidos são absorvidos, são rapidamente captados pelas células, especialmente as do fígado. Contrariamente ao glicogénio e aos triglicéridos, os aminoácidos não são armazenados no organismo (encher uma piscina cheia). Os aminoácidos são utilizados para sintetizar proteínas necessárias, ou como fonte de energia (síntese de ATP). A remoção do grupo amina (NH2) pode ser feita através das reações de dois processos: Transaminação e Desaminação Oxidativa. REAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS Reação de Transaminação Transferência do grupo amina (NH2) de um aminoácido para um cetoácido para formar um aminoácido diferente. É através desta reação que se processa a síntese dos aminoácidos não essenciais: partindo de um cetoácido, que é convertido num aminoácido através da substituição do oxigênio por um grupo amina (NH2). Um cetoácido pode ser convertido num aminoácido, pela substituição do oxigênio por um grupo amina. Reação de Desaminação Oxidativa Um aminoácido perde o grupo amina (NH2), tornando-se num cetoácido e formando amónia. Neste processo, forma-se NADH, que pode entrar na cadeia de transporte de eletrões para formar ATP. A amónia é tóxica para as células. Para evitar a sua acumulação no organismo, o fígado converte-a em ureia, sendo posteriormente transportada pelo sangue, aos rins, através dos quais é eliminada. O Cetoácido pode entrar no Ciclo do Ácido Cítrico, ser convertido em ácido pirúvico ou em Acetil-CoA. Os aminoácidos podem ser utilizados como fonte de energia através da sua conversão em moléculas intermédias do metabolismo dos glúcidos e dos ácidos gordos. Estas moléculas são, assim, mobilizadas para produzir ATP. Os vários pontos de entrada dos aminoácidos no metabolismo dos glúcidos. Biotransformação dos Nutrientes (Conversão de um tipo de nutrientes noutro) A glicose sanguínea é usada para produzir energia. O excesso de glicose pode ser convertido em glicogénio pelo processo da glicogénese. O glicogénio é armazenado nos músculos e no fígado. Quando o armazenamento de glicogénio está cheio, a glicose e os aminoácidos são usados para produzir gorduras. Quando o corpo precisa de glicose, o glicogénio é quebrado em glicose-6-fosfato pelo processo da lipogénese. Nos músculos, a glicose é usada para produzir energia. No fígado, a glicose é libertada no sangue para manter os níveis de açúcar adequados. A libertação de glicose pelo fígado é importante para fornecer energia entre as refeições, especialmente para o cérebro. Quando o armazenamento de glicogénio no fígado é insuficiente, aminoácidos e glicerol são usados para produzir glicose. A maioria dos aminoácidos pode ser convertida em moléculas que são transformadas em glicose. O glicerol é convertido em gliceraldeído-3-fosfato, que é utilizado na produção de energia. Glicémia Elevada significa níveis de glicose no sangue elevados: a glicose entra nas células musculares e é fosforilada para formar glicose-6-fosfato, que pode entrar na glicólise ou na glicogénese. A hormona responsável é a insulina. Hipoglicémia significa níveis de glicose no sangue baixos: é produzida glicose-6-fosfato através da glicogenólise (desdobramento do glicogénio em glicose-6-fosfato) ou da neoglicogénese (produção de glicose-6-fosfato a partir dos aminoácidos ou do glicerol). A glicose-6-fosfato pode entrar na glicólise ou ser libertada para o sangue (por remoção do grupo fosfato (P)). BIOENERGÉTICA Autotrófitos Heterotrófitos Existem 2 tipos de seres: Autotróficos: Produzem o seu próprio alimento através de substâncias inorgânicas. Heterotróficos: Obtêm energia através de matéria orgânica produzida por outros. Definição É uma área da Fisiologia e Bioquímica que visa explicar as reações químicas que ocorrem na célula no que concerne à produção de energia. É um fluxo de energia dentro de um sistema vivo. Está relacionada com a capacidade de extrair energia dos nutrientes e transformá-los em energia conversíveis. O nosso organismo converte energia química (alimentos) em energia mecânica (ações musculares). Mas como ocorre esse processo de conversão? Existem dois períodos funcionais durante os quais o corpo fornece energia para a realização de atividades celulares: Estado Absortivo: período durante a qual os nutrientes ingeridos no trato gastrintestinal entram na corrente sanguínea. Estado Pós-absortivo: período durante a qual o trato gastrintestinal não dispõe de nutrientes, devendo a energia ser suprida pelas reservas corpóreas. Nutrientes Compostos químicos que, após entrarem no organismo, são utilizados para produzir energia, fornecer elementos essenciais para a formação de novas moléculas e participarem noutras reações químicas. Podem ser divididos em 6 classes principais: Glúcidos (Hidratos de Carbono); Lípidos (Gorduras); Proteínas (Macronutrientes); Vitaminas; Minerais (Micronutrientes); Água. Glúcidos (Hidratos de Carbono) Facilmente disponíveis quando incluídos na dieta e facilmente metabolizáveis pelo tecido muscular esquelético. Decorrente da sua suplementação oral, são armazenados nos músculos e fígado sob a forma de glicogénio. O glicogénio armazenado no fígado e nos músculos, como resposta a uma baixa de glicémia, é reconvertido em glicose (glicogenólise) que por sua vez é transportada aos músculos, via corrente sanguínea, criando condições para a continuação da ressíntese de ATP. Glicogénese, Glicogenólise e Gliconeogénese Piruvato Oxaloacetato Glicerol Gliconeogénese Glicose 6-P Glicogénese Glicogenólise Glicogénio Glicogénese: É o processo de formação de glicogénio a partir da glicose. A glicose é convertida em glicogénio e armazenada nos tecidos, principalmente no fígado e nos músculos, como uma reserva de energia para uso futuro. Glicogenólise: É o processo de degradação do glicogénio em glicose. O glicogénio armazenado nos tecidos é quebrado em unidades de glicose para serem utilizadas como fonte imediata de energia quando necessário, como durante o exercício físico ou em situações de baixo nível de glicose no sangue. Gliconeogénese: É o processo de síntese de glicose a partir de fontes não glicídicas, como aminoácidos e glicerol. A gliconeogénese ocorre principalmente no fígado e nos rins e é uma forma de produzir glicose quando os níveis de glicose no sangue estão baixos, garantindo um fornecimento constante de glicose para o cérebro e outros tecidos dependentes de glicose. Lípidos – Gorduras Constituem o substrato energético preferencial em esforços de baixa intensidade. As reservas energéticas são mais abundantes do que as de hidratos de carbono. Menos acessíveis para o metabolismo porque devem ser convertidas em glicerol e AGL. Só os AGL são utilizados para a ressíntese de ATP. Proteínas Podem ser utilizadas como fonte energética se convertidas em glucose – via glucogénese. Podem gerar ACL – lipogénese, ocorre em situações de jejum prolongado. Só os aminoácidos podem ser utilizados como substrato energético. Funções dos Nutrientes Produção de energia. Reservas energéticas. Formação e reparação de tecidos Produção de Energia A obtenção de energia para a atividade física provém da degradação dos vários nutrientes ingeridos. Obtém-se assim energia química, que possibilita todas as atividades celulares. Como? A quebra de ligações existente nos macronutrientes serve para produzir ATP, que é o substrato energético de todas as reações celulares. O ATP é a fonte imediata de energia para a contração muscular. Como o músculo tem muito pouco ATP armazenado, este tem que ser continuamente sintetizado para permitir as contrações musculares. O ATP ARMAZENA E TRANSFERE A ENERGIA DOS ALIMENTOS. Reservas Energéticas Em repouso, o organismo humano utiliza hidratos de carbono e gorduras para a produção energética. As proteínas fornecem muito pouca energia para a atividade celular, têm, no entanto, uma importante função anabolizante tissular. Na atvidade física aeróbia intensa, o organismo humano utiliza, predominantemente, hidratos de carbono. Esta utilização é tanto mais significativa quanto mais intenso for o esforço. A inversa também é verdadeira, uma menor intensidade implica uma maior participação percentual de lípidos. Libertação de Energia Exergónico: processo químico ou físico que liberta energia. Endergónico: processo químico ou físico que armazena ou absorve energia. Metabolismo é o conjunto de todas as reações bioquímicas podendo dividir-se em: Anabolismo: conjunto de reações que sintetizam substâncias mais complexas a partir de compostos mais simples. As reações anabólicas são endergónicas. Catabolismo: conjunto de reações que degradam substâncias mais complexas originando outras mais simples. As reações catabólicas são exergónicas. ATP (Adenosina Trifosfato) Composto químico que está presente em todas as células (adenosina ligada a 3 grupos de ácido fosfórico); Moeda de Energia Celular: o ATP é o elemento de ligação na transferência de energia dos alimentos para os sistemas funcionais da célula. O ATP tem de ir sendo formado em cada instante à medida que a atividade muscular se mantém, já que, nas células não existem reservas de ATP em quantidades significativas. Produção de Energia O ATP é o substrato energético que está presente em toda a atividade celular. O ATP é armazenado na fibra muscular e posteriormente transformado em energia mecânica. Para se produzir energia tem de se degradar ATP pela ação da miosina ATPase. A Energia Química transforma-se em Energia Mecânica que permite a Contração Muscular A concentração de ATP a nível muscular é muito baixa, suportando apenas dois a três segundos de esforço. Mecanismo metabólico capaz de produzir ATP Via Anaeróbia Alática Via Anaeróbia Lática Via Aeróbia Sistema FOSFAGÉNIO (Fosfocreatina) Sistema GLICOLÍTICO (Glicólise Anaeróbia) Sistema OXIDATIVO Sistema GLICOLÍTICO (Glicólise Aeróbia) Existem 3 Vias para Obtenção de ATP Via anaeróbia alática: sistema fosfagénio, a partir da creatinafosfato (ou fosfocreatina). Via anaeróbia lática: sistema glicolítico (glicose anaeróbia), a partir dos glúcidos. Via Aeróbia: sistema oxidativo e sistema glicolítico (glicose aeróbia), a partir de todos os macronutrientes. As duas primeiras vias não têm necessidade de oxigênio e por isso denominam-se anaeróbias. O primeiro mecanismo não produz ácido lático, pelo que se denomina de via anaeróbia alática (5-20’’ de esforço intenso). O segundo mecanismo origina ácido lático, pelo que se chama via anaeróbia lática (20-45’’ de trabalho intenso). O terceiro grupo de mecanismos apenas consegue funcionar consumindo oxigénio, e por isso designa-se de aeróbio. Fonte de Energia para a Contração Muscular ATP (energia química) é a molécula que suporta a vida nos seres vivos. Esta energia química é posteriormente utilizada como energia mecânica. REVISÃO BIOENERGÉTICA Reposição da energia química (ATP) é feita por 2 vias: Aeróbia Anaeróbia Sistema Aeróbio Exercícios de intensidade baixa e moderada em que a absorção de oxigênio é suficiente para as necessidades. Exemplos: Tarefas diárias, estar sentado, corrida lenta/ moderada. Limitação: Reservas de nutrientes. Sistema Anaeróbio Láctico Exercícios de intensidade alta em que a absorção de oxigénio não é suficiente para as necessidades do esforço. Exemplos: Esforços máximos até 2/3 segs. Limitação: Produção de lactato. Sistema Anaeróbio Alático Exercícios de intensidade alta em que o organismo recorre a reservas de ATP e PC. A absorção de oxigénio não é suficiente par as necessidades do esforço. Exemplos: Esforços máximos até cerca de 15/20 segs. Limitação: Reservas de ATP e PC. Sistemas Energéticos – Resumo Sistema Energético Tempo de duração Exemplos Aeróbio Mais de 2/3 mins. Pode prolongar-se por várias horas. Correr mais de 2/3 km. Anaeróbio lático Até cerca de 2/3 mins. Correr 400/800/1000 m. Anaeróbio alático Até cerca de 15/20 mins. 100m, saltos, mudanças de direção, remates, lançamentos. SISTEMA ATP-PC OU DOS FOSFATOS DE ALTA ENERGIA A fosfocreatina (PCr) é uma substância altamente energética presente nas fibras musculares (4/5 vezes superior ao ATP). Em repouso, a PCr é produzida pelas fibras musculares através da remoção de um grupo fosfato do ATP. A PCr acumula-se nas células musculares e pode ser utilizada na síntese de ATP. Durante a atividade muscular, quando os níveis de ATP diminuem, ocorre a reação inversa entre o ADP e a PCr, produzindo ATP e creatina. A energia da PCr é transferida rapidamente de volta ao ATP, permitindo a ressíntese do ATP gasto. Nos primeiras segundos de atividades musculares intensas, a concentração de ATP mantém-se constante, enquanto a concentração de PCr diminui. Quando ocorre a exaustão, os níveis destes substratos são baixos sendo incapazes de produzir energia. Balanço energético = 1 molécula de ATP. Resumo Via Anaeróbia Alática Mantém os níveis de ATP desde que haja PCr disponível. Permite esforços de alta intensidade, com produção rápida de ATP em uma única reação enzimática. Os níveis de PCr esgotam-se rapidamente durante contrações musculares intensas, fornecendo energia suficiente para 7 a 10 segundos de contração máxima. Produz 1 molécula de ATP a partir de 1 molécula de PCr. Via Anaeróbia Lática (Sistema Glicolítico) Via predominante em esforços intensos com duração de 30 segundos a 1 minuto. Via caracterizada pela produção e acumulação de ácido láctico. É um processo anaeróbio que ocorre no citosol. Produz 2 moléculas de ATP através da degradação de uma molécula de glicose. Permite obter energia rapidamente a partir da glicose. Eficiente na rápida degradação da glicose e produção de ATP em curtos períodos de tempo. 1 molécula de glicose gera 2 moléculas de ATP. Produto final desta via: 2 moléculas de ácido pirúvico convertidas em 2 moléculas de ácido láctico pela enzima lactato desidrogenase (LDH). O acúmulo de ácido láctico no músculo tem diferentes consequências para o organismo. Conclusão: o metabolismo anaeróbio não é possível a partir de gorduras, mas apenas a partir dos glúcidos ou através da neoglucogénese (transformação proteica em glucose). Piruvato altamente instável transforma-se sempre em Acetil-CoA (presença de O2) ou em lactato (ausência de O2). Balanço energético = 2 moléculas de ATP. Via Aeróbia - Sistema Oxidativo Características Gerais Utiliza o oxigênio e produz ATP na mitocôndria. Fornece muito mais energia (ATP) do que o sistema anaeróbio. É o processo energético predominante em esforços prolongados e/ou de baixa intensidade. Sistema Aeróbio - Glúcidos O ácido pirúvico da glicólise é convertido em Acetil-CoA. O Acetil-CoA entra no Ciclo de Krebs e forma 2 ATP, Co2 e hidrogénio. O Hidrogénio é transportado por coenzimas para a cadeia de transporte de eletrões. Ocorre a oxidação de glúcidos. A cadeia de transporte de eletrões produz 34 ATP e H2O. Uma molécula de glicogénio pode produzir até 39 moléculas de ATP. Sistema Aeróbio - Lípidos Triglicéridos são degradados em glicerol e ácidos gordos livres (AGL’s) através da lipólise. AGL’s são convertidos em Acetil-CoA por meio da Beta-Oxidação, que ocorre na mitocôndria. A passagem dos AGL’s do citoplasma para a mitocôndria é um processo lento e depende da enzima carnitina-transferase. A obtenção de energia a partir de gorduras ocorre apenas de forma aeróbia. Acetil-CoA entra no ciclo de Krebs e produz 2 ATP, CO2 e hidrogênio. O hidrogênio é transportado por coenzimas para a cadeia de transporte de eletrões. A cadeia de transporte de eletrões gera 34 ATP e água. Uma molécula de glicogénio pode produzir até 39 moléculas de ATP. Funcionamento das 3 vias energéticas As ações dos sistemas ocorrem simultaneamente, embora exista preponderância em determinado sistema. Os vários sistemas apresentam potencias energéticas distintas: Capacidade Oxidativa - Fatores Determinantes Atividade das enzimática (oxidativa) na fibra muscular. Características histoquímicas das fibras musculares e densidade mitocondrial. Treino aeróbio. Disponibilidade em oxigénio e atividade alvéolo-capilar. AVALIAÇÃO DO SISTEMA MUSCULAR Indique quais são estruturas constituintes de um