Tema 3b- Metabolismo Aeróbico y Anaeróbico PDF

DEPARTAMENTO DE FISIOLOGÍA MÉDICA Y BIOFÍSICA GRADO EN CIENCIAS DE LA ACTIVIDAD FÍSICA Y EL DEPORTE UNIVERSIDAD DE SEVILLA ASIGNATURA DE FISIOLOGÍA DEL EJERCICIO. CURSO 2024/25 Unidad II: Bioenergética de la actividad física Tema 3b: Metabolismo aeróbico y anaeró...

DEPARTAMENTO DE FISIOLOGÍA MÉDICA Y BIOFÍSICA GRADO EN CIENCIAS DE LA ACTIVIDAD FÍSICA Y EL DEPORTE UNIVERSIDAD DE SEVILLA ASIGNATURA DE FISIOLOGÍA DEL EJERCICIO. CURSO 2024/25 Unidad II: Bioenergética de la actividad física Tema 3b: Metabolismo aeróbico y anaeróbico Metabolismo aeróbico Metabolismo anaeróbico Tema 3. Metabolismo aeróbico y anaeróbico 3.1. Metabolismo anaeróbico y anaeróbico. Sistema de los Fosfágenos (anaeróbico aláctico). Sistema Glucolítico (anaeróbico láctico) - Ruta Embden-Meyerhof Metabolismo aeróbico. - Conversión ac. pirúvico/ acetil Coenzima A. - Ciclo de Krebs. - Fosforilación oxidativa: cadena de electrones 3.2 Metabolismo de los carbohidratos, lípidos y proteínas. Hidratos de Carbono. - Glucogenolisis y Gluconeogénesis - Adaptación al ejercicio. Metabolismo de las grasas - Beta-oxidación - Cuerpos cetónicos - Adaptación al ejercicio. Metabolismo de proteínas - Producción de Amonio - Producción de Urea - Oxidación de aminoácidos  Fuentes de energía: Metabolismo de los Hidratos de Carbono Los Hidratos de Carbono (HC) están presentes en todos los alimentos que ingerimos. Polisacáridos o HC complejos: Son polímeros formadas por la unión de una gran cantidad de monosacáridos mediante enlaces O-glucosídicos. Cumplen funciones diversas, sobre todo de reservas energéticas y estructurales (almidones vegetales y el glucógeno de la carne) Estos compuestos llegan a tener un peso molecular muy elevado, que depende del número de residuos o unidades de monosacáridos que participen en su estructura, pudiendo ser lineales o ramificados. Son insolubles. Durante la digestión se rompen en HC simples antes de ser absorbidos.  Fuentes de energía: Metabolismo de los Hidratos de Carbono Glucosa Monosacáridos: conocidos como azúcares simples, son los glúcidos más sencillos. No se hidrolizan, es decir, no se descomponen en otros compuestos más simples. El monosacárido glucosa es el más utilizado por las células humanas. Otros importantes monosacáridos como la fructosa y galactosa, se utilizan en las células hepáticas para Los DISACÁRIDOS (p.e. Azúcar refinado) convertirlas en glucosa. Los monosacáridos de la fruta y otros alimentos ya están en forma absorbible. Lactosa Disacáridos: Glúcidos formados por la condensación (unión) de dos monosacáridos mediante un enlace O-glucosídico, con pérdida Glucosa de una molécula de agua. Ejemplos comunes: Sacarosa (glucosa + fructosa) o Lactosa (glucosa + galactosa). Galactosa  Fuentes de glucosa Las fuentes de glucosa para las células musculares son: 1.- La glucosa circulante 2.- El glucógeno almacenado. Al entrar en las células la glucosa se puede: 1.- Utilizar de forma inmediata (Glucolisis). 2.- Almacenar en forma de Glucógeno (Glucogénesis) para su utilización posterior. Así, el Glucógeno es un polisacárido de reserva energética, formado por cadenas ramificadas de glucosa. 3.- Cuando se necesita glucosa, el glucógeno se hidroliza (glucogenolisis).  Glucogénesis La glucosa al entrar en las células se convierte inmediatamente en Glucosa-6P GLUCOLISIS Glucosa 1P Glucógeno sintasa Glucógeno (Polímero de glucosa) Reserva de glucógeno 1. Hígado 2. Músculo La fosforilación de la glucosa es casi completamente irreversible excepto en las células hepáticas, epitelio tubular renal y las células epiteliales intestinales. Estas disponen de la enzima glucosa fosfatasa, que al activarse revierte la reacción. Dicha enzima presente en el hígado  Glucogenolisis Es el proceso metabólico por el cual el glucógeno libera moléculas de glucosa para ponerlas a disposición celular para ser metabolizadas. La ruptura del Glucógeno se estimula por niveles bajos de glucosa y es dependiente de la actividad de la enzima fosforilasa A, la cual a su vez está regulada por varios mecanismos: 1.- Concentraciones de ATP y Glucosa-6p. Altas concentraciones de estas moléculas inhiben la actividad fosforilasa. 2.- Hormonal: mediante la concentración sanguínea de adrenalina. Un aumento de ésta produce la activación de la fosforilasa A. GLUCOGENOLISIS 3.- Liberación de calcio desde el retículo sarcoplásmico, que ocurre durante la contracción muscular.  Papel energético del glucógeno almacenado El GLUCÓGENO está distribuido en el organismo de forma que se encuentra: 1.- unos 400 gr en la Musculatura Esquelética (hasta 600 gr en deportistas) 2.- unos 100 gr en el Hígado. El aporte de Glucosa al músculo Después de actividades esquelético durante el ejercicio anaeróbicas con depleción se realiza principalmente desde: completa de las reservas de Glucógeno la resíntesis de 1.- El Glucógeno Hepático Glucógeno es bastante rápida, a las 4 horas de reposo se recupera 2.- Desde el propio Glucógeno el 50% y las 10-12 horas la Muscular (en menor medida) recuperación es completa. fundamentalmente en ejercicios de larga duración  Glucosa fosfatasa, necesaria Gluconeogénesis en este proceso para sintetizar y procesar la reversión de reacciones Son procesos ANABÓLICOS que permiten la síntesis de glucosa a partir de diferentes sustratos no glucídicos. La gluconeogénesis tiene lugar fundamentalmente en el hígado (10% en los riñones). La Gluconeogénesis utiliza: 1. El lactato generado durante la glucolisis anaerobia. 2 2. El glicerol procedente de los ácidos grasos. 3. Los aminoácidos contenidos en las 1 proteínas, fundamentalmente la alanina (ciclo alanina-glucosa). 3  1. Gluconeogénesis a partir de lactato 1. Actuar como factor glucogénico en el músculo (Lactato deshidrogenasa). 2. Ser oxidado en diferentes tejidos, principalmente en el músculo esquelético y el músculo cardíaco. 3. Ser captado por el hígado y/o los riñones para la posterior síntesis de glucógeno hepático en el ciclo de Cori. López-Chicharro, 3ªEd Ciclo de Cori: El lactato y el piruvato producidos en el músculo esquelético pueden llegar al hígado desde la sangre, y allí ser convertidos en glucosa, que posteriormente puede almacenarse como glucógeno. Del 10 – 20% de la producción total de lactato entra en el ciclo de Cori. Durante el esfuerzo físico, la gluconeogénesis puede llegar a representar un 45% de la producción hepática de glucosa.  2. Gluconeogénesis a partir de aminoácidos Cuando las necesidades energéticas son muy grandes o en ausencia de otros nutrientes, las proteínas pueden servir como fuente energética (ciclo Alanina-Glucosa). La Alanina liberada desde el músculo esquelético es transportada al hígado donde es desaminada, formándose glucosa que se libera a la sangre y es aprovechada por el músculo esquelético en actividad. Se ha relacionado la liberación del aminoácido Alanina con la intensidad del ejercicio, aumentando su liberación conforme se incrementa la intensidad del esfuerzo físico. López-Chicharro, 3ªEd  3. Gluconeogénesis a partir de glicerol El catabolismo de los ácidos grasos genera moléculas de glicerol, que pasan a la sangre y de allí al hígado. La enzima glicerol kinasa fosforila la molécula de glicerol, y se producen una serie de reacciones enzimáticas producen Gliceraldehído 3-p, que entra en la ruta glucolítica para generar glucosa, o en la ruta de síntesis de la gluconeogénesis  Adaptaciones al ejercicio en el metabolismo de Hidratos de Carbono Efecto del entrenamiento sobre la glucolisis 1.- El entrenamiento de Resistencia Aumenta de forma significativa la actividad de la enzima hexoquinasa ( paso 1 de la glucolisis, transforma glucosa a glucosa-6P) lo que favorece la retención de la glucosa en las células musculares y su metabolismo. Se dirige la actividad de la LDH (lactato- deshidrogenasa), en las fibras musculares tipo II, hacia la oxidación del lactato, lo que disminuye su producción durante el ejercicio. 2.- El entrenamiento de Potencia.Provoca un aumento de la actividad catalítica de las enzimas glucolíticas del músculo esquelético.  Adaptaciones al ejercicio en el metabolismo de Hidratos de Carbono Efecto del entrenamiento sobre la gluconeogénesis El entrenamiento físico provoca como adaptación una mejora en la capacidad gluconeogénica. Hay que resaltar que este proceso es especialmente importante cuando las reservas de hidratos de carbono son bajas (importancia del aporte adecuado en la ingesta de hidratos de carbono). A partir de proteínas: Después de 4 horas de ejercicio continuado, la glucosa derivada de la Alanina puede alcanzar el 45% de la glucosa total liberada por el hígado, correspondiendo la energía liberada hasta un 10-15% del requerimiento total del ejercicio. A partir de grasas: Durante ejercicios aeróbicos de mediana intensidad comienza a aumentar los niveles de glicerol en plasma, signo de una lipolisis eficiente. El glicerol será utilizado en la ruta gluconeogénica.  Fuentes de energía: Metabolismo de las Grasas Los lípidos almacenados en el organismo representan la principal reserva energética del organismo. Los ácidos grasos que se utilizan durante el metabolismo muscular pueden proceder de varias fuentes: - El tejido adiposo - Lipoproteínas circulantes. -Triglicéridos almacenados en la propia célula muscular. Los triglicéridos se descomponen en una molécula de glicerol y tres ácidos grasos libres. Este proceso se llama lipolisis. Durante el ejercicio la lipólisis está estimulada constantemente, con aumentos más marcados al comienzo de la actividad física.  Fuentes de energía: Metabolismo de las Grasas Los ácidos grasos libres son transportados por el torrente sanguíneo hasta las fibras musculares, donde entran por difusión. En el interior del miocito se produce: 1.- la activación de los ácidos grasos: el ácido graso se une en el citoplasma a la coenzima A (CoA), formando Acil-CoA. 2.- Entrada a la mitocondria: El Acil-CoA entra en la mitocondria donde se produce su oxidación, para ello requiere un transportador; la carnitina y una proteína denominada carnitín-translocasa.  Metabolismo de las grasas: beta-oxidación 1. Una vez que el ácido graso atraviesa la membrana mitocondrial unido a la carnitina (Acil-carnitina ) vuelve a liberarse convirtiendose de nuevo en Acil- CoA y empieza el proceso de la Beta-oxidación. Por cada ciclo pierde 2. Es un proceso en el cual los dos carbonos ácidos grasos sufren degradación, mediante la oxidación, hasta que el ácido graso se convierta en moléculas Acetil-CoA, precursor del metabolismo aeróbico. 3. A partir de este punto el metabolismo de grasas sigue el mismo recorrido que los hidratos de carbono (ciclo de Krebs, cadena de transporte de electrones) Balance energético de la oxidación de una molécula de triglicéridos Es un proceso demasiado lento para un esfuerzo muy grande o un esfuerzo rápido  Cetogénesis: síntesis de cuerpos cetónicos Cetogénesis: proceso metabólico por el cual se producen los cuerpos cetónicos como resultado del catabolismo de los ácidos grasos. Su síntesis ocurre en respuesta a bajos niveles de glucosa y después del agotamiento de las reservas celulares de glucógeno En ausencia de glucosa, la energía procederá principalmente del catabolismo de ácidos grasos. La cantidad de acetil-CoA generada en el proceso de oxidación de los ácidos grasos es superior a la Cetogénesis capacidad de procesamiento del ciclo de Krebs (poca cantidad de elementos intermedios como el oxaloacetato). Adaptaciones al ejercicio en el metabolismo de grasas La oxidación de las grasas está limitada por la capacidad de transporte (movilización) de ácidos grasos desde el tejido adiposo y por la capacidad oxidativa del músculo. 1. El ejercicio prolongado determina un mayor aporte sanguíneo al tejido adiposo y a los músculos (aumento de la vascularización), lo que facilitará la movilización de los ácidos grasos por medio de la sangre (incremento de la lipolisis). 2. El entrenamiento de resistencia provoca una mayor movilización y un mayor consumo de ácidos grasos como fuente energética. Este fenómeno adaptativo es máximo a los 4 meses de haber iniciado un programa de entrenamiento de resistencia. 3. El entrenamiento de resistencia se asocia a nivel muscular con un aumento del número de mitocondrias y de su volumen con lo que aumentará también la mayoría de los constituyentes mitocondriales como varias enzimas del ciclo de Krebs y de la cadena respiratoria, que pueden doblar su actividad.  Fuentes de energía: Metabolismo de las Proteínas Importancia del metabolismo de algunos aminoácidos en el cuerpo sometido a ejercicio físico. Hay bastantes estudios recientes en los que, durante el ejercicio, se detecta: 1.- Incremento de la Urea Sanguínea 2.- Excreción de Nitrógeno Ambas situaciones expresan que las proteínas pueden ser degradadas durante el ejercicio El 80% de los aminoácidos libres que hay en el cuerpo se encuentra en el músculo esquelético. El destino de estos aminoácidos es: 1. El músculo los usa como sustrato energético mediante su oxidación. 2. Son liberados al plasma y van al hígado, donde se produce la gluconeogénesis.  Metabolismo de las Proteínas: oxidación El metabolismo de las proteínas afecta en el músculo a las proteínas no contráctiles (34% del total de proteínas musculares), que son las degradadas para la obtención de energía. La degradación de las proteínas es proporcional a la intensidad y la duración del ejercicio. Oxidación de los aminoácidos mediante conversión en piruvato o intermediarios del ciclo de Krebs. La Alanina es liberado por el músculo de forma significativa, tanto en reposo, como durante el ejercicio. Aunque el músculo puede oxidar este aminoácido, su destino principal es como precursor gluconeogénico en el hígado.  Metabolismo de las Proteínas: producción de Amonio y Urea El primer paso de la conversión de aminoácidos en intermediarios de glucolisis o de ciclo de Krebs se denomina desaminación, que genera moléculas de amoníaco (NH3) que se convierten ion amonio (NH4+) cuando se unen a un ion de hidrógeno. El amoníaco y el ión amonio son tóxicos por ello las células hepáticas los transforman rápidamente en Urea (ciclo de la Urea). La Urea es el principal desecho nitrogenado del organismo; se excreta por los riñones.  Adaptaciones al ejercicio en el metabolismo de proteínas Durante el ejercicio de forma genérica existe un descenso en la síntesis de proteínas. El grado de descenso de la síntesis de proteínas en el hígado y el músculo depende tanto de la intensidad como de la duración del ejercicio. Se estima una tasa de oxidación de 4 a 10 gramos de proteínas por hora de trabajo realizado. Como consecuencia de todo ello, la realización de ejercicio físico aumenta los tres procesos del catabolismo de los aminoácidos: -1.- La oxidación de los aminoácidos. -2.-La producción de amonio. -3.-La producción de urea. Resumen Metabolismo