Tema 3a - 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 3a: 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 3a: 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  Definición de enzima Es una proteína capaz de acelerar la velocidad de las reacciones químicas bidireccionales dentro del organismo sin consumirse o modificarse. Anhidrasa carbónica CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ Su manera de acción es similar a la de una llave en una cerradura. Muchas enzimas precisan la presencia de un cofactor para poder realizar su función. Cofactor: sustancia de naturaleza no proteica que es requerida para que una proteína ejerza su actividad biológica.  Energía de activación Energía mínima necesaria para que se produzca una reacción química. La presencia de enzimas disminuyen la energía de activación  Metabolismo de los Fosfágenos Se caracteriza por la obtención de la energía sin utilizar oxígeno (anaeróbico) y sin generar sustancias residuales. No tiene acumulación de ácido láctico (Anaeróbico Aláctico) Este sistema emplea las reservas musculares de Fosfocreatina (Creatina unida a un grupo fosfato) para sintetizar ATP. Este sistema proporciona la energía necesaria para la contracción muscular: 1.- Al inicio de cualquier ejercicio 2.- Durante ejercicios de muy alta intensidad y corta duración. Las cantidades combinadas de ATP celular y fosfocreatina celular se llaman el sistema an integrative approach. Silverthorn., 6th ed energético de fosfágenos. Estas sustancias, en Tomado de Human Physiology, conjunto, pueden proporcionar la potencia muscular máxima entre 8 y 10 segundos, casi lo suficiente para la carrera de 100 metros. Por lo tanto, la energía del sistema fosfágeno se utiliza para estallidos cortos que requieren un máximo de potencia muscular.  Metabolismo de los Fosfágenos Cuando la fosfocreatina (PCr) se hidroliza, su fosfato es donado directamente al ADP para re-sintetizar ATP según la reacción: Ejercicio PCr + ADP Cr + ATP Creatin-Kinasa enzima catalizadora Si la cantidad de energía es suficiente la Creatina (Cr) y el ATP pueden formar fosfocreatina. Reposo ATP + Cr PCr + ADP Creatin-Kinasa Dependiendo de la concentración del sustrato, tenderá a ir hacia un lado o hacia el otro. Siguiendo los principios de retroalimentación negativa, la actividad enzimática de la Creatin-Kinasa aumenta cuando las concentraciones de ADP aumentan, y es inhibida cuando las concentraciones de ATP aumentan. Concentración del sustrato  Metabolismo de los Fosfágenos El acoplamiento de las reacciones del ATP y PCr posibilita que la PCr se consuma en primer lugar y solo cuando está próximo el agotamiento, disminuyen las reservas de ATP. Ejercicio PCr + ADP Cr + ATP Cuando se ha agotado el 90% de la PCr, CK solo ha descendido el 10% del ATP. Estamos exhaustos pero nos recuperamos rápido Cambios en el ATP y PCr muscular durante los primeros segundos durante un ejercicio de alta Rápida recuperación de los niveles intensidad. Tomada de Kenney, Wilmore y Costil, 5ªEd iniciales de PCr. (tras dos minutos de recuperación vuelven al 90%)  Metabolismo de los Fosfágenos - Las reservas intracelulares de ATP son muy escasas: -el músculo esquelético contienen solo 5 x 10-6 mol. gr -1 - Estas reservas se agotan en 0.5 seg de esfuerzo intenso, por ello debe ser re-sintetizado constantemente en las células. No viables, necesitamos las reservas - La concentración celular de PCr es de 3 a 5 veces superior a la de ATP: 15 a 25 x 10-6 mol. gr-1 de músculo Ventajas : Desventajas : No depende de una sucesión de reacciones químicas. Produce relativamente pocas No depende de energía. moléculas de ATP No tiene acumulación de ácido láctico. Sus reservas son muy limitadas; su aporte de energía dura hasta Produce gran aporte de energía, 30”, siendo la intensidad máxima pudiendo realizar un ejercicio a solo durante 6-8 segundos. una intensidad máxima (90 al 100 % de la capacidad máxima individual).  Metabolismo anaeróbico láctico De todos los principios inmediatos (biomoléculas), solo los carbohidratos pueden ser degradados sin la participación directa del O2 para obtener energía mediante su transformación en Lactato en el citoplasma celular (Glucolisis Anaeróbica). Glucolisis: Producción de ATP a través del catabolismo secuencial de la glucosa por una cascada de enzimas glucolíticas, sin la participación del O2. El producto final de la GLUCOLISIS es 2 moléculas de piruvato El piruvato se convierte en lactato mediante una reacción denominada FERMENTACIÓN LÁCTICA Todas estas reacciones ocurren en ausencia de O2 (ANAERÓBICAS)  Glucolisis anaeróbica: vía de Embden-Meyerhof Polisacáridos (Hidratos de Carbono) Amilasas disacaridasas 2º fosforilazión 1º Fosforilazión Fase inicial: gasto de 2 moléculas de ATP 1. Aumento de glucosa en sangre. 2. Secreción de insulina por el páncreas. 3. Entrada de glucosa en la célula y fosforilación (hexoquinasa), que conlleva gasto de ATP. 4. La glucosa-6p (6C) es transformada en dos moléculas de gliceraldehído-3P, cada una con 3C. En este proceso es necesario aportar la energía de otra molécula de ATP.  Glucolisis anaeróbica: vía de Embden-Meyerhof 1 ATP ATP Importante, más tarde para NADH + H+ la fosforilazión oxidativa En la segunda parte, las 2 moléculas de gliceraldehido-3P se convierten en 2 moléculas de piruvato. En este proceso se generan 4 moléculas de ATP y 2 moléculas de NADH + H+. ESTA SEGUNDA PARTE OCURRE DOS VECES POR CADA MOLÉCULA DE GLUCOSA.  Glucolisis anaeróbica: vía de Embden-Meyerhof x2 x2 NADH + H+ x2 Rendimiento neto de la glucolisis: Glucosa (6C) 2x Piruvato (3C) + 2 ATP + 2 NADH+H+  Fermentación láctica En ausencia de O2, el piruvato es transformado en lactato, lo que se conoce por fermentación láctica. El proceso vuelve a generar las dos moléculas de NAD necesarias para la glucolisis. El lactato también puede ser utilizado como fuente de energía. Forma de ácido no es del todo correcto, se encuentra en forma de sales, Lactato y Piruvato 2 piruvato + 2 NADH + 2 H+ ------> 2 lactato + 2 NAD+  Metabolismo anaeróbico láctico Sistema que no utiliza O2 para la síntesis de ATP y genera lactato a partir de la glucosa. Predomina en acciones deportivas de alta intensidad y de mayor duración que el sistema anterior (200-400 m lisos, natación 50–100 m, etc...) No produce grandes cantidades de ATP, sin embargo las acciones La acumulación de ácido láctico en los combinadas de los sistemas músculos acidifica las fibras musculares ATP-PCr y glucolítico permiten siendo una de las responsables de la fatiga muscular. a los músculos generar fuerza 1. Por inhibición de la enzimas glucolíticas incluso cuando el aporte de 2. Por disminuir la capacidad de unión de O2 es limitado. Ca2+ en el músculo, impidiendo la contracción muscular.  Metabolismo aeróbico: metabolismo oxidativo de la glucosa Es el sistema más complejo de los tres. Requiere del consumo de oxígeno para generar el ATP. Este proceso se denomina respiración celular. Este sistema produce una gran cantidad de energía por lo que el metabolismo aeróbico es el principal método de producción de energía durante las pruebas de resistencia. La producción oxidativa de ATP se realiza dentro de la mitocondria  Metabolismo aeróbico: metabolismo oxidativo de la glucosa Mitocondria: Orgánulo citoplasmático de las células eucariotas, de forma ovoidal, formado por una doble membrana que tiene como principal función la producción de energía mediante el consumo de oxígeno, y la producción de dióxido de carbono y agua como productos de la respiración celular. Mayor superficie, a través de las invaginaciones para realizar la cadena transportadora de e- La producción oxidativa de ATP se realiza dentro de la mitocondria  Metabolismo aeróbico: metabolismo oxidativo de la glucosa Se puede separar virtualmente en las siguiente fases: 1. Transformación del Piruvato (procedente de la glucolisis) en Acetil coenzima A (Acetil-CoA). 1 2. Entrada del acetil CoA en el ciclo de Krebs. 2 3. Fosforilación oxidativa (cadena de trans- porte de electrones). Es importante destacar que el Acetil CoA puede proceder de otras fuente energéticas 3 además del Piruvato, tales como los lípidos y las proteínas En lípidos no ocurre la glucólisis, se empieza directamenta del Acetil Coenzima A  1. Conversión del piruvato en Acetil-CoA El piruvato difunde hasta la matriz de la mitocondria donde reacciona con la Coenzima-A, (derivada de la vitamina B5 ó ácido pantoténico), para dar lugar a la Acetil Coenzima A (Acetil-CoA). Durante el proceso, se produce una molécula de NADH y se libera una molécula de CO2. 2. El ciclo de Krebs /Ácido Cítrico/Ácidos tricarboxílicos Solo cae lo redactado, no todas las reacciones El Acetil-CoA entra en el ciclo de Recuerda que el ciclo se realiza dos veces Krebs. Cada molécula de glucosa da por glucosa lugar a dos ciclos de Krebs Toda la CoA, completos. netamente no afecta al ciclo Dentro de cada ciclo de Krebs, una serie compleja de reacciones 3 químicas permite: 1. La oxidación completa del Acetil -CoA dando lugar a dos moléculas de CO2. 2. La producción de una molécula de ATP. 2 1 3. La producción de 3 moléculas de NADH y 1 FADH2, coenzimas de gran importancia para el proceso de transferencia de electrones en la mitocondria. La principal función del ciclo es la extracción de los hidrógenos (oxidación) contenidos en las moléculas de Acetil-CoA (pasan a formar parte del NADH y del FADH2) y la regeneración del Oxalacetato para volver a comenzar un nuevo ciclo.  3. Fosforilación oxidativa La fosforilación oxidativa es un concepto bioquímico que se refiere a dos procesos que se acoplan dentro de la mitocondria: 1. Proceso de fosforilación por el cual se incorpora un grupo fosfato al ADP para sintetizar ATP. 2. Proceso de transferencia de electrones. El O2 es el aceptor final de los electrones que se liberan de los hidrógenos de las moléculas de NADH y FADH2. Transporte de electrones: membrana interna de la mitocondria.  3. Fosforilación oxidativa:cadena de electrones Dentro de la matriz mitocondrial se liberan los hidrógenos contenidos en las moléculas de NADH y FADH2, que se disocian inmediatamente en H+ y e-. 1. Los e- pasan de un compuesto a otro de la cadena liberando energía. 2. La energía liberada es utilizada para bombear H+ hacia el espacio intermembranario en contra de gradiente electroquímico. 3. Los e- vuelven a la matriz mitocondrial, donde se combinan con O2 y H para + producir H2O. 4. El gradiente electroquímico generado permite la vuelta de los H+ hacia la matriz mitocondrial. Esta entrada se produce a través de una proteína, la ATP sintetasa, que aprovecha la energía liberada para sintetizar ATP. Funciona como una makina, puedes consultarlo a nivel 3d para fliparlo chaval Balance energético de la oxidación de una molécula de glucosa balance antes de la fosforilazión balance después de la fosforilazión macho renta más la otra ehh  Resumen de participación de los diferentes sistemas energéticos en función del ejercicio Tabla a considerar ay su primico Resumen su loco SISTEMAS ENERGÉTICOS FACTORES A ANAERÓBICO ANAERÓBICO AERÓBICO Vaya gráfica ehh CONSIDERAR ALÁCTICO LÁCTICO INTENSIDAD MÁXIMA MÁXIMA - SUBMÁXIMA SUBMÁXIMA - MEDIA BAJA DURACIÓN Potencia 4'' a 6'' / 8'' 40'' - 60'' 5' - 15' Capacidad Hasta 20'' Hasta 120'' Hasta 2 - 3 horas COMBUSTIBLE QUÍMICO: ATP/PC ALIMENTICIO: ALIMENTICIO: GLUCÓGENO GLUCÓGENO, GRASAS, PROTEÍNAS ENERGÍA MUY LIMITADA LIMITADA ILIMITADA DISPONIBILIDAD MUY RÁPIDO RÁPIDO LENTO SUB-PRODUCTOS NO HAY ÁCIDO LÁCTICO AGUA Y DIÓXIDO DE CARBONO CUALIDADES MOTORAS Velocidad, Fuerza Resistencia a la Resistencia aeróbica, ASOCIADAS máxima, Potencia velocidad, Resistencia Resistencia muscular. anaeróbica. UTILIZACIÓN Actividades intensas Actividades intensas de Actividades de baja- y breves duración media media intensidad y duración larga OBSERVACIÓN N° 1: ATP/PC N° 2: GLUCÓLISIS N° 3: OXIDATIVO