Bioenergtica Metabolismo Reaes qumicas que ocorrem por todo

Bioenergética

Metabolismo • Reações químicas que ocorrem por todo o organismo a cada minuto do dia. • Essas reações são denominadas metabolismo

Reações de Anabolismo • Reações que sintetizam moléculas

Reações de Catabolismo • Reações que degradam moléculas

Bioenergética • Vias metabólicas capazes de converter nutrientes alimentares em uma forma de energia biologicamente utilizável

Estrutura Celular • A célula é uma fábrica altamente organizada capaz de sintetizar uma grande quantidade de compostos necessários para a função celular normal.

Membrana Citoplasmática

Membrana Citoplasmática • Barreira semipermeável que separa a célula do meio extra celular; • Regula a passagem de substâncias para dentro e para fora da célula;

Núcleo

Núcleo • O núcleo é o grande corpo arredondado localizado no interior da célula que contém os componentes genéticos celulares (gene) • Gene – DNA - (código genético)

Mitocôndria

Mitocôndria • Usina da célula • Esta envolvida na conversão oxidativa de nutrientes alimentares em energia celular utilizável

Reações Químicas Celulares • A transferência de energia no corpo ocorre por meio da liberação da energia contida em ligações químicas de várias moléculas;

Reações Endergônicas • Reações que utilizam energia para produzirem mais energia

Reações Exergônicas • Reações que liberam energia

Enzimas • A velocidade das reações químicas celulares é regulada por catalisadores denominados ENZIMAS. • As enzimas aumentam a velocidade das reações químicas • Enzimas são proteínas que tem um papel importante na regulação das vias metabólicas das células

Substratos para o Exercício • O organismo consome diariamente – Carboidratos – Gorduras – Proteínas Objetivo – fornecer a energia necessária para manter as atividades celulares em repouso e durante o exercício;

Carboidratos • Os vegetais sintetizam os carboidratos através da fotossíntese; • São compostos por átomos de Carbono, Hidrogênio e Oxigênio; • 1 grama de carboidrato fornece cerca de 4 kcal de energia; • Monossacarídeos – glicose e frutose • Dissacarídeos – formado por dois monossacarídeos – sacarose e maltose • Polissacarídeos – carboidratos complexos – celulose e amido

Glicogênio • É o termo utilizado para os polissacarídeos estocados no tecido animal; • Formado pela ligação de moléculas de glicose; • As células armazenam para suprir carboidratos como fonte de energia;

• Durante o exercício, as células musculares transformam glicogênio em glicose para a contração muscular

o glicogênio também é armazenado no fígado

Gorduras

Gorduras • Podem ser encontradas tanto nos animais quanto nos vegetais; • 1 grama de gordura fornece cerca de 9 kcal de energia;

Classificação da Gorduras • 1 - ácidos graxos • 2 - triglicerídeos • 3 - fosfolipídeos • 4 - esteróides

Ácidos Graxos • Principal tipo de gordura utilizada pelas células musculares como fonte de energia • São armazenados no organismo como tríglicerídeos

Tríglicerídeos • 3 moléculas de ácidos graxos mais uma molécula de glicerol (álcool) • As células adiposas armazenam triglicerídeos

Fosfolipídeos • Não são utilizados como fonte de energia pelo músculo esquelético durante o exercício; – Funções • Integridade da membrana celular • Componente da bainha de mielina na célula nervosa

Esteróides • Não são utilizados como fonte de energia pelo músculo esquelético durante o exercício • O esteróide mais comum é o colesterol – Funções • Integridade da membrana celular • Síntese de hormônios sexuais estrogênio, progesterona e testosterona

Proteínas

Proteínas • As proteínas são compostos por muitas subunidades pequenas denominadas aminoácidos • As proteínas contém aproximadamente 4 kcal por grama; • Para que as proteínas sejam utilizadas como fonte de energia para a células elas devem ser quebradas em aminoácidos

Como a Proteína pode ser utilizada como energia • O aminoácido alanina pode ser transformada em glicose no fígado e armazenada como glicogênio. • Alguns aminoácidos podem ser transformados em intermediários metabólicos e serem aproveitados pela célula como energia.

Fosfato de Alta Energia • Fonte de energia utilizável para todas as células • A fonte imediata de energia para a contração muscular é o composto de fosfato de alta energia ADENOSINA TRIFOSFATO (ATP) Adenosina Difosfato (ADP) + Fosfato Inorgânico (Pi) ATP – ADP + Pi + energia

Bioenergética • As células musculares armazenam quantidades limitadas de ATP; • O exercício muscular requer um suprimento constante de ATP para fornecer a energia necessária para a contração muscular; • Devem existir vias metabólicas celulares com capacidade de produção rápida de ATP

Vias Metabólicas 1 - Formação de ATP pela degradação da creatina fosfato; 2 - Formação do ATP por meio da degradação de glicose ou do glicogênio (denominada glicólise); 3 - Formação oxidativa da ATP

PRODUÇÃO DE ATP Via Aeróbica SEM Via Anaeróbica

PRODUÇÃO ANAERÓBICA DE ATP • SISTEMA ATP- CP • GLICÓLISE ANAERÓBICA

SISTEMA ATP-CP (Sistema Fosfagênio) - Doação de um grupo fosfato e de sua ligação energética da creatina fosfato para a ADP formando 1 ATP CP Creatina Fosfato ADP ATP C Adenosina difosfato Adenosina Trifosfato Creatina

SISTEMA ATP-CP (Sistema Fosfagênio) • Fornece energia para a contração muscular no início do exercício – Exercícios de curta duração e de alta intensidade (durante menos de 5 segundos)

SISTEMA ATP-CP (Sistema Fosfagênio) • Corrida de 50 metros • Salto em altura • Levantamento rápido de peso Essas atividades exigem apenas alguns segundos para serem completadas e por isso necessitam de um suprimento rápido de ATP

SISTEMA ATPCP

O fato de a depleção de creatina fosfato poder limitar o exercício de curta duração e alta intensidade levou a sugestão de que a ingestão de grandes quantidades de creatina pode melhorar o desempenho no exercício

GLICÓLISE ANAERÓBICA • A glicólise envolve a degradação da glicose ou do glicogênio para formar duas moléculas de ácido pirúvico ou de ácido lático Ácido Pirúvico Glicose Ácido láctico

Glicose 4 ATP 2 NADH SALDO DE 2 ATP 2 PIRUVATO OU 2 LACTATOS

(Fosforilação Oxidativa) • A energia para a fosforilação é proveniente principalmente da “queima biológica” de macronutrientes: - Carboidratos; - Gorduras; - Proteínas. Obs: uma molécula é reduzida quando aceita elétrons provenientes de um doador de elétrons. A molécula que fornece o elétron acaba sendo oxidada. Reações de oxidação (aquelas que doam elétrons); Reações de redução (aquelas que recebem elétrons)

Fosforilação oxidativa • Produto do catabolismo das moléculas armazenadas de carboidratos, gorduras e proteínas : Hidrogênio • Mitocôndrias: conhecidas como “usinas de energia da célula, em seu interior contém moléculas carreadoras que removem elétrons do hidrogênio (oxidação) e acabam transferindo para o oxigênio (redução). • A síntese de ATP ocorre durante as reações de oxidação-redução.

Fosforilação Oxidativa • Transporte de elétrons: É feito para o oxigênio; Enzimas desidrogenases: catalisam a liberação de hidrogênio pelo substrato (nutriente) – NAD ( nicotinamida-adenina dinucleotídeo) – aceitando pares de elétrons (energia); O NAD ganha hidrogênio e dois elétrons: Sendo reduzido a NADH, o outro hidrogênio aparece como H+ no líquido celular.

Fosforilação oxidativa • Transporte de elétrons: A outra coenzima : FAD (flavina adenina dinucleotídeo) que contém riboflavina: Também funciona como aceitador de elétrons, importante na oxidação. FAD aceita ambos os hidrogênios: FADH 2 e NADH+ : moléculas ricas em energia, pois carreiam elétrons com alto potencial de transferência de energia.

Fosforilação Oxidativa • A fosforilação oxidativa sintetiza ATP pela transferência de elétrons de NADH e FADH 2, para o oxigênio; NADH + H+ 3 ADP +3 P +12 O 2 = NAD+ H 2 O + 3 ATP FADH 2 doa hidrogênio: são formadas 2 moléculas de ATP, para cada par de hidrogênio oxidado.

Papel do oxigênio no metabolismo energético • 3 pré – requisitos para a ressíntese de ATP durante a fosforilação oxidativa: - Disponibilidade de NADH ou FADH 2 nos tecidos; - Presença do agente oxidante oxigênio nos tecidos; - Concentração de enzimas em quantidades adequadas e de mitocôndrias nas reações de transferências de energias.

Exercício intenso • Inadequado suprimento de oxigênio: - Desequilíbrio na liberação de hidrogênio e de sua aceitação final pelo oxigênio; - Fluxo de elétrons desta maneira retrocede e os hidrogênios acumulam-se ligados ao NAD+ e FAD; - Com isso o excesso desses íons hidrogênio unem-se ao piruvato (produto final do fracionamento dos carboidratos) para formar lactato.

Metabolismo aeróbico • Reações geradoras de energia na presença do oxigênio; • Oxigênio funciona como aceitador final de hidrogênio na cadeia respiratória; • O oxigênio combina-se com o hidrogênio para formar água; • Importância portanto do oxigênio no exercício de longa duração, endurance.

Liberação de energia pelo alimento • Catabolismo de macronutrientes = fosforilar o ADP para voltar a formar o ATP; • Divide-se em três estágios sendo eles: A) Digestão, absorção e assimilação das macromoléculas; B) Degradação do aminoácido, da glicose, do ácido graxo assim como o glicerol em acetil – Co. A (formada dentro da mitocôndria)- havendo uma produção limitada de ATP e de NADH. C) Dentro da mitocôndria acetil – Co. A é degradado para CO 2 e H 2 O – com considerável produção de ATP.

Fontes de energiamacronutrientes- para oxidação e formação de ATP Nas células musculares: moléculas de triglicérides e de glicogênio Glicogênio hepático : glicose Triglicerídeos existentes no fígado e nos adipócitos : ácidos graxos livres Tecido muscular e fígado : esqueletos de carbono para formação de aminoácidos. OBS: UMA PEQUENA QUANTIDADE DE ATP É PRODUZIDA VIA ANAERÓBICA ATRAVÉS DA DEGRADAÇÃO DA GLICOSE E DO GLICOGENIO OU NA FOSFORILAÇÃO DO ADP PELA CP.

Liberação de energia via carboidratos • Único substrato que gera ATP via anaeróbica – importante no exercício máximo – liberação rápida de energia pela célula – fonte básica : glicogênio muscular. • A hidrólise aeróbica dos carboidratos é mais rápida que da gordura ( ácidos graxos ); » A depleção das reservas de glicogênio reduzem a capacidade de produção de potência durante o exercício (fadiga no exercício aeróbico de longa duração como a maratona ). • No exercício aeróbico leve e moderado : um terço desta energia é fornecida pelos carboidratos.

Glicólise • • Gera energia anaeróbica; É o primeiro estágio da degradação da glicose; Ocorre no meio aquoso da célula; Importante nas atividades físicas de curta duração ( esforço máximo até 90 segundos ); • A reação é a seguinte: Glicose – glicose 6 -fosfato sob a ação da fosfatase é retirado o fosfato , isso faz com que a glicose possa sair da célula sendo transportada para as diversas partes do corpo.

Glicólise • Na presença da enzima glicogênio sintetase, a glicose pode unir-se a outras moléculas de glicose e formar glicogênio. Metabolismo da glicose para glicogênio e deste para glicose: - Citoplasma das células hepáticas e musculares contém glicogênio e enzimas que participam da síntese (glicogênese) ou degradação (glicogenólise) de glicogênio.

Regulação no metabolismo do glicogênio • Após uma refeição: - Enzima glicogênio fosforilase : tornam-se inativas; - Enzima glicogênio sintetase: aumentam sua atividade para armazenamento da glicose obtida no alimento; Entre as refeições: - Quando as reservas de glicogênio sofrem redução, ocorre um aumento da atividade da fosforilase hepática, glicogênio sintetase (depleção), preservando assim a glicose sanguínea para os tecidos corporais. - No músculo em repouso : maior atividade da enzima sintetase; - No músculo em atividade: maior atividade da fosforilase.

Regulação do metabolismo do glicogênio • Adrenalina : acelera o ritmo com que a fosforilase cliva a molécula de glicose separando a da molécula de glicogênio; • Adrenalina portanto: produz rápida mobilização de glicogênio, principalmente durante o exercício intenso ( aumento da atividade simpática ); • Já no exercício de intensidade baixa e moderada : ocorre mais oxidação dos ácidos graxos ( mantendo o ATP no músculo em atividade ).

Formação de lactato • Durante o exercício leve e moderado: hidrogênios (elétrons) arrancados do substrato e carreados pelo NADH são oxidados dentro das mitocôndrias para formar água quando se unem ao oxigênio. • Portanto o hidrogênio é oxidado na mesma proporção em que se torna disponível (estado estável) – glicólise aeróbica – piruvato como produto final.

Formação de lactato • Exercício intenso: ultrapassam os limites de suprimento de oxigênio; • A cadeia respiratória não consegue suprir o processamento de todas as moléculas de hidrogênio ligado ao NADH; • NAD+ é liberado a medida que pares de hidrogênios não oxidados se combinam ao piruvato para formar lactato; • O acúmulo de ácido lático e não sua produção caracterizam o início do metabolismo anaeróbico.

Formação de lactato • Após a produção de lactato no músculo: se difunde para o espaço intersticial e para o sangue onde é tamponado; • Quando o ritmo do exercício diminui ou quando novamente torna-se disponível o oxigênio, o NAD+ varre os hidrogênios ligados ao lactato para oxidação a fim de formar ATP.

Ciclo do ácido cítrico • Piruvato + NAD+ + Co. A = acetil-Co. A + CO 2 + NADH+ + H+

Liberação de energia pelas gorduras • Maior fonte de energia potencial; • Representa quantidade ilimitada de energia; Fontes de energia: - Triglicerídeos = tecido muscular; - Triglicerídeos = circulantes nos complexos lipoprotéicos; - Ácidos graxos livres.

Liberação de energia pelas gorduras • Triglicerídeos + 3 H 2 O = glicerol + 3 ácidos graxos = Lipase Adipócitos : local de armazenamento e a mobilização da gordura; O catabolismo do ácido graxo requer oxigênio; Durante o exercício intenso : oxidação do hidrogênio não consegue acompanhar o ritmo de sua produção; O piruvato se une ao hidrogênio, formando ácido lático, isso permite a glicólise anaeróbica.

Liberação de energia pelas proteínas • Funciona como um substrato importante; • Após a retirada de nitrogênio da molécula de aminoácido – durante a desaminação; • Quando a proteína produz energia: corpo elimina o grupo amino que contém nitrogênio; • Os produtos de desgaste deixam o corpo dissolvidos na urina portanto o catabolismo excessivo das proteínas aumentam as necessidades hídricas corporais.

Aminoácidos Piruvato Ácidos Graxos Acetil Co. A Oxidação Consumo de O 2 Ciclo de Krebs Cadeia de Transporte de Elétrons Liberação de CO 2 Formação De H 2 O

SALDO FINAL: 38 ATP a partir de uma molécula de Glicose