Bioquímica Aula 14 - 22.23 PDF

CURSO DE EDUCAÇÃO FÍSICA E DESPORTO Bioquímica Aula 14 Professor Doutor Armando Costa [email protected] Ano letivo 2022/2023 Bioenergética Autotrófitos Heterotrófitos Formas químicas diferenciadas de obtenção de carbono do meio. Bioenergética “É um área da Fisiologia e Bioquímica que v...

CURSO DE EDUCAÇÃO FÍSICA E DESPORTO Bioquímica Aula 14 Professor Doutor Armando Costa [email protected] Ano letivo 2022/2023 Bioenergética Autotrófitos Heterotrófitos Formas químicas diferenciadas de obtenção de carbono do meio. Bioenergética “É um área da Fisiologia e Bioquímica que visa explicar as reações químicas que ocorrem na célula no que concerne à produção de energia” (Costa & Pinheiro, 2011) Fluxo de energia dentro de um sistema vivo. Está relacionada com a capacidade de extrair energia dos nutrientes e transformá-los em energia conversíveis. Bioenergética Bioenergética O nosso organismo converte energia química (alimentos) em energia mecânica (acções musculares) Bioenergética Nutrientes Ingestão de HC, Proteínas, Lipídos (macronutrientes) Digestão Absorção Assimilação Corrente sanguínea – meio intracelular Degradação Meio intracelular Degradação de nutrientes (Acd Gordos, Glicose, etc.) no meio intracelular originando quebras de ligações químicas obtendo-se energia química (ATP) ENERGIA QUÍMICA ENERGIA MECÂNICA Bioenergética Bioenergética Bioenergética Bioenergética Existem dois períodos funcionais durante em que o corpo fornece energia para a realização de atividades celulares. Estado Absortivo – período durante o qual os nutrientes ingeridos no trato gastrintestinal entram na corrente sanguínea. Estado Pós-absortivo – período durante o 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 participam noutras reações químicas. Podem ser divididos em 6 classes principais: glúcidos, lípidos, proteínas (MACRONUTRIENTES), vitaminas, minerais (MICRONUTRIENTES) e água. Bioenergética 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 da 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 pela via glicolítica Glicogénese, glicogenólise e gliconeogénese Glicogénese Gliconeogénese Piruvato Glicose 6-P Glicogénio Oxaloacetato Glicogenólise Glicerol Quando existe excesso de disponível um glicose para o Quando há menor disponibilidade fígado ou músculo, as de glicose, dá-se enzimas a da via de combinação síntese de glicogénio inversa são estimulação ativadas, enquanto que a enzima degrada o enzimática, ocorrendo Assim degradação o armazenamento de e inibição glicogénio é inibida. dá-se de glicogénio a de em glicose em glicogénio glicose 6-fosfato (glicogénese). (glicogenólise). Lípidos ➢ 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 glucogenése; ➢Podem gerar AGL – lipogénese, (ocorre em situações de jejum prolongado); ➢Só os aminoácidos podem ser utilizados como substrato energético. Bioenergética Funções dos nutrientes Bioenergética ◊ FONTES 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 actividades celulares. Bioenergética ◊ FONTES DE ENERGIA COMO? A quebra das ligações existentes 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 de Energia ➢ Em repouso, o organismo humano utiliza hidratos de carbono e gorduras para a produção energética. ➢As proteínas fornecem muito pouca energia para a actividade celular, têm no entanto uma importante função anabolizante tissular. ➢Na actividade 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 reacções 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 susbstâncias 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 actividade muscular se mantém, já que, nas células não existem reservas de ATP em quantidades significativas. Bioenergética – Prod. Energia O ATP substrato energético que está presente toda a act. celular. O ATP é armazenado na fibra muscular e posteriormente transformado em energia mecânica. Hidrolizar ATP pela acção da miosina ATPase ENERGIA QUÍMICA ENERGIA MECÂNICA Contracção Muscular ATP 3 segundos (Adenosina Trifosfato) A concentração de ATP a nível muscular é muito baixa, suportando apenas dois a três segundos de esforço. Ressíntese de ATP Via Aeróbia Via Anaeróbia Dispêndio energético Duração Intensidade Tipologia de actividade Condições de prática (altitude, temperatura e humidade) Atividades Resistência Potência Velocidade Reservas de Energia ➢ Existem 3 vias para obtenção de ATP: (1) via anaeróbia alática a partir da creatinafosfato (ou fosfocreatina); (2) via anaeróbia lática a partir dos glúcidos; (3) vias aeróbias a partir de todos os macronutrientes. Reservas de Energia ➢As duas primeiras vias não têm necessidade de oxigénio e por isso denominam-se anaeróbias. ➢O primeiro mecanismo não produz ácido lático, pelo que se denomina de via anaeróbia alática. ➢O segundo mecanismo origina ácido lático, pelo que se chama via anaeróbia lática. ➢O terceiro grupo de mecanismos apenas consegue funcionar consumindo oxigénio, e por isso designa-se de aeróbio. Revisão Bioenergética Exercícios de intensidade baixa e moderada em que a absorção de oxigénio é suficiente para as necessidades. Exemplos: Tarefas diárias, estar sentado, corrida lenta/moderada. (noção de intensidade individual) Limitação: Reservas de nutrientes Exercícios de intensidade alta em que a absorção de oxigénio não é suficiente para as necessidades do esforço. Exemplos: Esforços máximos até 2/3’. Limitação: Produção de lactato Exercícios de intensidade alta em que o organismo recorre a reservas de ATP e PC. A absorção de oxigénio não é suficiente para as necessidades do esforço. Exemplos: Esforços máximos até cerca de 15/20s. Limitação: Reservas de ATP e PC Aeróbio Mais de 2/3’; pode prolongar-se por várias horas Correr mais de 2/3 Km Anaeróbio lático Até cerca de 2/3’ Correr 400/800/1000 m Anaeróbio alático Até cerca de 15/20’’ 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, é produzida nas fibras musculares por desfosforilação (= remoção de um grupo fosfato, P) de ATP. Como se trata de uma reação reversível, a PCr acumula-se nas células musculares e é altamente energética, podendo ser utilizada na síntese de ATP. Quando os níveis de ATP começam a baixar, em períodos de atividade muscular, dáse a reação inversa: o ADP reage com a PCr para produzir ATP e creatina. Sistema ATP-PC ou dos Fosfatos de Alta Energia  Quando o ATP começa a ser gasto na contração muscular a energia da PCr é transferida rapidamente de volta ao ATP (ressíntese do ATP) e deste para os sistemas funcionais da célula. Creatinaquinase ATP+C CP PCr+ADP CK C + Pi + energia ADP + Pi + energia ATP ATPsynt Sistema ATP-PC ou dos Fosfatos de Alta Energia  Nos primeiros segundos de actividades musculares intensas a concentração de ATP mantêm-se constante. Ao invés as concentrações de PCr diminuem à medida que se vai degradando para permitir a ressíntese do ATP gasto;  Quando ocorre a exaustão, os níveis destes substratos são baixos sendo incapazes de produzir energia. Balanço energético = 1 mol de ATP Resumindo… Via anaeróbia alática: ✓Permite manter os níveis de ATP desde que haja PCr disponível na célula; ✓É a que permite esforços de maior intensidade, pois a produção de ATP é muito rápida, estando apenas dependente de uma única reacção enzimática; ✓Durante contrações musculares intensas, os níveis de PCr esgotam rapidamente, porque esta existe em escassas quantidades no músculo – a PCr e o ‘pool’ de ATP pré-formado presentes nas células dão energia suficiente para manter contrações máximas por 7 a 10 segundos; ✓Produz 1 mole de ATP através de 1 mole de PCr. Sistema Glicolítico (Via anaeróbia lática) Características gerais • Sistema predominante em esforços de intensidade elevada com uma duração entre 30s e 1 m; •Sistema caracterizado por uma grande produção e acumulação de ácido láctico; • Processo Anaeróbio que ocorre no Citoplasma (Citosol) Sistema Glicolítico (Via anaeróbia lática) • Produção de 2 mole de ATP através da degradação de uma mole de glicose. Sistema Glicolítico (Via anaeróbia lática)  Este sistema permite obter energia (ATP), através da decomposição de uma molécula de glicose;  É um sistema eficaz porque o músculo consegue degradar glicose rapidamente e de produzir grandes quantidades de ATP durante curtos períodos de tempo.  1 mole de glicose vai originar 2 moles de ATP; Sistema Glicolítico (Via anaeróbia lática)  O produto final deste sistema são 2 moléculas de ácido pirúvico que sem presença de O2 vão dar origem a 2 moléculas de ácido láctico através da enzima lactato desidrogenáse (LDH);  As quantidades de ácido láctico que se vão acumulando no músculo originam diferentes consequências para o organismo; GLICÓLISE ANAERÓBIA Glicogénio Glicose 2 ATP Piruvato O2 Insuficiente Acd Láctico Aumento de intensidade de exercício necessidade de produção de energia ultrapassa velocidade a que O2 entra nas mitocôndrias. Piruvato sem O2 não consegue passar a acetil- co A e passa a lactato. Acidose Sistémica Sistema Glicolítico (Via anaeróbia lática) CONCLUSÃO O metabolismo anaérobio 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 Co-A (presença de O2) ou em lactato (ausência de O2). Balanço energético = 2 mole de ATP Sistema Oxidativo Características gerais  Utiliza o oxigénio 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) Balanço energético = 39 mol de ATP Sistema Aeróbio (Glúcidos) • Ácido pirúvico da glicólise é convertido em Acetil CoA; • Acetil CoA entra no ciclo de Krebs e forma 2 ATP, CO2 e hidrogénio; • Hidrogénio é transportado por coenzimas para a cadeia de transporte de electrões; • Oxidação de Glúcidos; • Cadeia de transporte de electrões produz 34 ATP e H2O; • Uma mole de glicogénio pode produzir até 39 moléculas de ATP. GLICÓLISE AERÓBIA Glicogénio Produção AEROBIA de energia a partir dos Glúcidos Glucose Piruvato produzido no Citosol originário da Glucose e AA. H2O Calor 34 ATP Piruvato O2 Suficiente Acetil CoA O2 Insuficiente Acd Láctico H+ CO2 Cadeia Transp. Electrões Sistema Aeróbio (Lípidos) • Os triglicéridos são degradados através da lipólise convertendo-se em glicerol e ácidos gordos livres (AGLs); • Os AGLs transformam-se em acetil-CoA através da Beta-Oxidação ocorrendo este processo na mitocôndria; • O passo crítico da oxidação dos AGLs ocorre na sua passagem do citoplasma para dentro da mitocôndria que é um processo bastante moroso; • A travessia dos AGLs para a membrana mitocondrial está dependente da enzima carnitina-transferase; • Só se pode obter energia das gorduras de forma aeróbia; Sistema Aeróbio (Lípidos) • Acetil CoA entra no ciclo de Krebs e forma 2 ATP, CO2 e hidrogénio; • Hidrogénio é transportado por coenzimas para a cadeia de transporte de electrões; • Cadeia de transporte de electrões produz 34 ATP e H2O; • Uma mole de glicogénio pode produzir até 39 moléculas de ATP. Trigliceridos Acd. Gordos ADP+Pi ATP H2O Calor ATP Beta Oxidação Acetil CoA H+ CO2 Cadeia T. Electões Sistema Aeróbio (Lípidos) Ingestão Lípidos Triglicéridos Lipolise Glicerol Atravessam membrana celulares “citoplasma” inicia processo da fragmentação (Beta Oxidação) Clivagem do Acd gordo” resulta da ligação Acetil-CoA A. Gordos Vai degradar CoA em dióxido carbono e hidrogénio Lipogénese Triglicéridos * Glicerol Atmos de Hidrogenio são oxidados C.T.Electrões A. Gordos Actuam, quando as reservas de Glicogénio hepático apresenta deficit para o metabolismo energetico. Neoglucogénese TT Bioenergética Funcionamento das 3 vias energéticas  A acção dos sistemas ocorrem simultaneamente, embora exista preponderância em determinado Sistema.  Os vários sistemas apresentam potencias energéticas distintas: Fosfagénios Glicólise Oxidação Potencia (Kcal/min) 36 16 10 Factor Limitativo rápido esgotamento de reservas Acidose induzida pela Acido Láctico Capacidade de transporte e utilização O2 Adaptado de Santos, P. (2008), Fisiologia do Exercício Vol I; colecção Fitness é Manz Vias energéticas Vias energéticas Santos, P. (2008), Fisiologia do Exercício Vol I, pg17; colecção Fitness é Manz Capacidade Oxidativa Quais os factores determinantes ? Actividade das enzimática (oxidativa) na fibra muscular; Características histoquímicas das fibras musculares e densidade mitocondrial ; Treino aeróbio; Disponibilidade em oxigénio e actividade álveolo-capilar . Obrigado pela atenção dispensada Armando Costa (Phd) [email protected]