FISIOLOFIA DE EXERCICIO 2

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Fisiologia do Exercício
Aula 2: Transferência de energia no corpo
Apresentação
Nesta aula, conheceremos as principais fontes de energia do corpo humano. Conheceremos também as vias
bioenergéticas responsáveis por manter a demanda energética durante a prática de exercícios físicos, que podem variar
em função da duração e da intensidade da prática.
Independentemente da maneira como você se encontre no dia a dia, seja em estado de repouso ou em uma atividade
física extenuante, o organismo humano necessita, constantemente, de energia para satisfazer as necessidades
metabólicas e manter o movimento corporal.
No planeta Terra, existem seis tipos de energia disponíveis: elétrica, nuclear, luminosa, química, térmica e mecânica. No
entanto, o que precisamos entender é como ocorre o processo de conversão desses tipos de energia. Por exemplo, um
automóvel necessita de combustível (energia química), pois, a partir dele, ocorrerá o processo de combustão (energia
térmica), que, por sua vez, acarretará o deslocamento do automóvel (energia mecânica).
No organismo humano, veremos que o processo de conversão de energia precisa ser mediado por milhares de enzimas.
Tal processo é chamado de bioenergética ou metabolismo energético, e todas as reações nele envolvidas ocorrem no
sentido de produzir quantidades satisfatórias de trifosfato de adenosina (ATP), que, por sua vez, podem ou não necessitar
de quantidades su�cientes de oxigênio (O ). Todos esses pontos serão tratados nesta aula.2
Objetivos
• Descrever o processo de transferência de energia no corpo humano;
• Explicar o papel das enzimas no processo de transferência de energia.
• Reconhecer os fatores intervenientes da atividade enzimática e do metabolismo.
O que é metabolismo?
Ao longo do dia, milhares de reações químicas ocorrem no nosso corpo coletivamente. O conjunto de todas essas reações
químicas é chamado de metabolismo.
De modo mais especí�co...
O metabolismo é o conjunto de reações químicas que ocorre nas células
(inclusive aquelas reações responsáveis pela geração de moléculas de ATP)
para manter a homeostase corporal.
As reações químicas dependem de enzimas que podem promover tanto a síntese e quanto a degradação de moléculas.
1
Quando ocorre a síntese de moléculas, dizemos que houve
uma reação anabólica.
2
Quando ocorre a degradação, dizemos que houve uma reação
catabólica.
A oferta de energia para os tecidos precisa estar em equilíbrio com as necessidades energéticas por eles requeridas. Sendo
assim, a energia armazenada nos alimentos precisa ser convertida em energia útil (sob a forma de ATP), caso contrário, não
seria possível estabelecer a homeostase energética para a sobrevivência celular.
O processo é o seguinte:
Por esse motivo, segundo Powers e Howley (2017), quando realizamos uma atividade física, não é a energia que acabamos de
ingerir que será disponibilizada para contração muscular. Na verdade, as células possuem diversas vias energéticas que
atuarão nos substratos armazenados (nos tecidos) para que, a partir daí, a formação de ATP ocorra e provenha a sustentação
do esforço.
Atenção! Aqui existe uma videoaula, acesso pelo conteúdo online
Como ocorre o processo de conversão de energia biológica?
Na Terra, toda energia disponível é oriunda do Sol. As plantas usam a energia luminosa desse astro para realização de um
processo denominado fotossíntese, que consiste na utilização de energia solar para converter átomos presentes no ambiente
(sob a forma de O , H O e CO ) em uma forma de energia que pode ser adquirida pelo organismo humano. Sendo assim, a
energia solar associada às moléculas presentes no ambiente pode ser convertida em substratos energéticos que são por nós
consumidos diariamente, como podemos observar no esquema a seguir.
Figura 1. Processo de conversão de energia no ambiente e sua disponibilidade para o organismo.
2 2 2
Fonte: Adaptado de Silverthorn (2010).
Atuação das Leis da Termodinâmica
A compreensão da atuação das Leis da Termodinâmica é essencial para o aprendizado da bioenergética.
Vamos ver um exemplo?
Exemplo
Para que ocorra a síntese de uma molécula de glicose (monossacarídeo), as plantas precisam utilizar a energia solar para integrar
seis moléculas de água (6H2O) e seis moléculas de dióxido de carbono (6CO2).
Uma molécula de glicose pode ser sintetizada a partir da seguinte reação:
6CO + 6H O -> C H O (glicose) + 6O2
Como podemos observar, não há criação ou perda de átomos (carbono, hidrogênio e oxigênio) durante esse processo, mas sim a
conversão de uma forma em outra.
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A constatação que tivemos nos leva à Primeira Lei da Termodinâmica, segundo a qual, a energia não pode ser criada nem
destruída.
Todos os átomos necessários para síntese de uma molécula estão presentes no ambiente, e a energia é formada da partir da
disponibilidade desses átomos (carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio). A conversão dessa energia sempre dependerá de
energia livre (no caso do ambiente, a energia luminosa capturada pela fotossíntese), que acarretará a formação das
macromoléculas (carboidratos, lipídeos e proteínas).
De acordo com Brooks, Fahey e White (2004), as macromoléculas são degradadas para liberação de energia útil quimicamente
(ATP). No entanto, em seguida, são novamente convertidas para formação de água (H2O) e dióxido de carbono (CO2), como
podemos observar a seguir.
C H O (glicose) + 6O -> 6 CO + 6 H O + 30 ATPs + calor
Além disso, quando as macromoléculas são degradadas para produzir ATP, parte da sua energia potencial é liberada em forma
de energia não utilizável (esse desperdício é para aumentar a temperatura corporal), o que pode ser explicado com base na
Segunda Lei da Termodinâmica: o processo de conversão de energia é ligeiramente ine�ciente, pois parte da energia é liberada
sob a forma de calor.
Pensemos, por exemplo, no processo de oxidação de uma molécula de glicose. Conforme a�rmam McArdle, Katch e Katch
(2016), a energia potencial total de uma molécula de glicose promove a liberação de 686 kcal. Paralelamente, a oxidação dessa
mesma molécula acarreta a formação de 30 ATPs, que serão disponibilizados para os processos celulares demandantes de
energia.
À medida que cada molécula de ATP é hidrolisada, ocorre a liberação de 7,3 kcal/mol-1. Isso signi�ca que, das 686 kcal totais
da glicose, apenas 219 kcal (32%) serão responsáveis pela produção de energia mecânica (contração muscular), enquanto 467
Kcal (68%) serão desperdiçadas sob a forma de calor.
6 12 6 6 2 2
 Fonte: Shutterstock por: Kotin.
Como ocorrem as reações químicas celulares?
O processo de conversão de energia ocorre por diversas vias metabólicas, mas basicamente por:
1
Vias Anaeróbias
2
Vias Aeróbias
Nas próximas aulas, veremos essas vias metabólicas com mais detalhes. Por hora, é importante sabermos que, cada uma
delas, independentemente da sua complexidade, é regulada por uma enzima especí�ca.
As enzimas são consideradas substâncias orgânicas de natureza proteica que desempenham funções diferentes de acordo
com a sua classi�cação, como veremos mais adiante.
As enzimas são muito importantes para a sobrevivência celular e são extremamente sensíveis a vários fatores, como
temperatura, pH, hormônios e produtos do metabolismo, sejam elas intra ou extracelulares.
A função primordial das enzimas é promover a redução da energia de ativação de uma reação.
Em outras palavras...
As enzimas aceleram as reações químicas, tornando uma resposta
metabólica rápida e e�ciente.
Na �gura a seguir, podemos observar um exemplo de como as enzimas atuam.
Figura 2. Atuação das enzimas.
Fonte: Silverthorn (2010).
Sem a presença das enzimas, a degradação de uma molécula de glicose, que, normalmente, ocorre em poucos minutos,
poderia levar muitas horas ou até mesmo dias.
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Tipos de reação enzimática
Para realizar o controle do metabolismo, as enzimas podem atuar realizando doistipos de reação, são elas:
Clique nos botões para ver as informações.
Para realizar o controle do metabolismo, as enzimas podem atuar realizando dois tipos de reação, são elas:
Reações endergônicas 
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https://stecine.azureedge.net/webaula/estacio/go0298/aula2.html#collapse01-01
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Ocorrem quando as enzimas promovem a liberação de energia das moléculas.
Reações exergônicas 
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Como sabemos, o organismo humano é extremamente complexo e, por isso, a ocorrência de uma reação endergônica pode
levar à ativação de uma reação exergônica, o que ocorre grande parte das vezes, segundo Brooks, Fahey e White (2004). Esse
fenômeno é chamado de reação acoplada.
Na �gura a seguir, é apresentado um modelo de engrenagens para que possamos melhor entender como esse processo
ocorre.
Figura 3. Acoplamento de reações exergônicas e endergônicas.
Fonte: Adaptado de Powers e Howley (2017).
Nesse modelo, a engrenagem da esquerda está liberando energia a partir de um reagente (substrato), ou seja, essa
engrenagem está desempenhando uma reação exergônica. Note que essa engrenagem é responsável por liberar energia para
ativar uma segunda engrenagem, onde a energia está sendo adicionada (reação endergônica).
Percebeu como uma reação é dependente da outra?
É por isso que as chamamos de acopladas.
Reações acopladas podem ser observadas, por exemplo, em reações de oxidação-redução. Nesse caso, a remoção de um
elétron é denominada oxidação, enquanto a adição de um elétron é chamada de redução.
Na �gura a seguir, observamos a atividade da nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD ). À esquerda, observamos a NAD na
sua forma oxidada (sem a presença de elétrons). Quando a NAD remove o elétron, promovendo a conversão da molécula, �ca
em seu estado reduzido (sob a forma de NADH).
Figura 4. Reação de oxidação-redução – exemplo.
+ +
+
Fonte: Adaptado de Powers e Howley (2017).
Note que, ao reagir com dois átomos de hidrogênio, a NAD6+/sub> se liga a um deles e aceita o elétron do outro. Na estrutura da NADH, isso é
representado pelos dois pontos sobre o nitrogênio (N).
 Fonte: Shutterstock por: VectorMine
Classi�cação das enzimas
As enzimas são classi�cadas em função da sua forma de atuação no metabolismo. O órgão responsável por essa
classi�cação é a Comissão de Enzimas da União Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular.
Segundo esse órgão, as enzimas são classi�cadas da seguinte forma:
Clique nos botões para ver as informações.
Enzimas responsáveis pela adição de grupamentos fosfatos nas moléculas.
Quinases 
Enzimas responsáveis por promover a remoção de hidrogênio das macromoléculas.
Desidrogenases 
Enzimas responsáveis por fazer com que os elétrons se associem às moléculas de oxigênio. São aceptoras de elétrons
para formar H2O ou peróxido de hidrogênio (H O ).
Oxidases 
2 2
Fatores que interferem na atividade enzimática
A atividade enzimática é mensurada pela velocidade com que a enzima atua no seu substrato, resultando na formação de
produtos metabólicos .
Vários fatores são responsáveis por promover alterações na atividade das enzimas. No entanto, quando se trata da regulação
da atividade enzimática, os fatores mais importantes são a temperatura e o pH dos líquidos corporais.
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As enzimas exibem uma relação homeostática ideal de temperatura e pH para que a sua máxima função seja alcançada.
Pequenas variações de temperatura e pH causam alterações devastadoras na atividade das enzimas. Por esse motivo, nossos
mecanismos de controle da homeostase mantêm a temperatura corporal em faixas estreitas de 37o C e o pH sanguíneo na
faixa de normalidade de 7,4.
Considerando que, durante o esforço físico, ocorre a liberação e a secreção de vários hormônios responsáveis pelo aumento
das reações químicas, alterações na temperatura e no pH têm um impacto importante no aumento da taxa metabólica .2
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Vejamos, com mais detalhes, a atuação de cada um desses fatores:
A) Temperatura:
A aceleração do metabolismo resulta na elevação da temperatura corporal, fenômeno que irá exigir cada vez mais das vias
energéticas para promover a formação de quantidades adequadas de ATP. Os substratos são então rapidamente catalisados
em seus respectivos produtos, o que leva à formação de resíduos do metabolismo que acidi�cam o meio. Esse cenário pode
comprometer, seriamente, o funcionamento normal do metabolismo, levando à fadiga orgânica.
Na �gura a seguir, podemos observar que a atividade máxima de uma enzima pode variar entre 37o C e 40o C, como
normalmente acontece quando praticamos atividades físicas. No entanto, quando realizamos exercícios intensos em
ambientes quentes e muito úmidos, a temperatura corporal central (interna) ultrapassa esses valores, o que, de acordo com
Powers e Howley (2017), leva à redução da atividade enzimática e da e�ciência metabólica.
Figura 5. Efeito da temperatura corporal na atividade enzimática.
Fonte: Powers e Howley (2017).
B) pH:
O pH dos líquidos corporais in�uencia, de modo importante, a atividade das enzimas. Assim como a temperatura, o pH
corporal precisa ser mantido em uma faixa estreita de normalidade. Quando sofre alguma alteração em relação a essa faixa
de normalidade, a atividade enzimática é reduzida signi�cativamente, como podemos observar na �gura a seguir.
Figura 6. Resposta da atividade enzimática em função de variações no pH.
Fonte: Powers e Howley (2017).
O aumento do pH é chamado de alcalose. Já a sua diminuição é chamada de acidose. Ambas provocam a diminuição da
atividade enzimática.
Mas, para o corpo humano, qual é a implicação da diminuição da atividade enzimática durante o esforço físico? Por exemplo,
durante um exercício intenso, os músculos esqueléticos podem produzir grandes quantidades de íons hidrogênio. O acúmulo
desses íons provoca a queda do pH dos líquidos corporais para valores menores que o da faixa de normalidade (7,4). A
diminuição do pH (acidose) reduz então a atividade das enzimas e, com isso, há uma signi�cativa diminuição na sua
capacidade de fornecer a energia (ATP) necessária à contração muscular.
ATIVIDADES
1. As enzimas são moléculas orgânicas fundamentais para o controle do metabolismo, sendo responsáveis por in�uenciar as
reações químicas.
Quanto à sua in�uência sobre as reações químicas, é correto a�rmar que as enzimas:
a) atuam somente no meio intracelular.
b) reduzem a velocidade das reações químicas.
c)promovem o aumento da velocidade das reações químicas.
d) não interferem na regulação da velocidade das reações químicas.
2. A atividade enzimática sofre in�uência de alguns fenômenos, que podem atuar no sentido de reduzi-la ou aumentá-la.
A opção que apresenta uma a�rmativa incorreta acerca dos principais fatores que regulam a atividade das enzimas é:
a) A maioria das enzimas apresenta pH ótimo em torno de 7,4.
b) A temperatura interfere na atividade enzimática, atuando no aumento da velocidade das reações químicas.
c) O pH apresenta um papel importante na atividade enzimática, mas a sua variação causa poucos problemas no funcionamento das
enzimas.
d) Temperaturas extremas, como em uma situação de calor intenso ou até mesmo de febre, promovem a redução da atividade das
enzimas, pelo fato de elas desnaturarem.
3. Devido às suas características individuais, cada enzima atua de forma especí�ca sobre as moléculas-alvo.
O modelo de interação entre uma enzima e a sua molécula-alvo é chamado de:
a) modelo acoplado
b) modelo ácido-base
c) modelo de encaixe
d) modelo de chave e fechadura
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Notas
Produtos metabólicos 1
Também denominados resíduos metabólicos.
Aumento da taxa metabólica. 2
Aceleração do metabolismo.
Referências
BROOKS, G. A.; FAHEY, T. D.; WHITE, T. P. Exercise physiology: human bioenergetics and its applications. 4. ed. Boston, MA:
McGraw-Hill, 2004.
MCARDLE, W. D.; KATCH, F. I.; KATCH, V. L. Fisiologia do exercício: nutrição, energia e desempenho humano. 8. ed. Rio de
Janeiro: Guanabara Koogan, 2016.
POWERS, S. K.; HOWLEY, E. T. Fisiologia do exercício: teoria e aplicação ao condicionamento e ao desempenho. Baraueri:
Manole, 2017. ISBN 9788520450536.
SCHOMBURG, I.; HOFMANN, O.; BAENSCH, C.; CHANG, A. et al. Enzyme data and metabolic information: BRENDA, a resource
for research in biology, biochemistry, and medicine. Gene Function & Disease, v. 1, n. 3-4, p. 109-118, 2000.
SILVERTHORN, D. U. Fisiologia humana: uma abordagem integrada. Porto Alegre: Artmed, 2010. ISBN 8582714041.
Explore mais
Leia o seguinte capítulo da obra Princípios de bioquímica de Lehninger-7 (NELSON; COX, 2018):
• Capítulo 6 – Enzimas.