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Bioquimica do exercicio

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Bioquímica do Exercício
Profa. Fabíola M. Ribeiro
Departamento de Bioquímica e Imunologia
Instituto de Ciências Biológicas
Universidade Federal de Minas Gerais
Proteínas contrácteis
As proteínas contrácteis são proteínas
fibrosas que interagem entre si formando
fibras muito resistentes responsáveis pela
mobilidade das estruturas celulares.
• Proteínas motoras empenham interações iônicas, 
ligações de H, hidrofóbicas e interações de van der 
Waals nos sítios de interação proteica, apresentando 
grande organização espacial e temporal para 
promoverem o movimento
• Proteínas motoras promovem a contração muscular 
(actina e miosina constituem 80% da proteína 
muscular), a migração de organelas através de 
microtúbulos (cinesinas e dineínas), a rotação do 
flagelo bacteriano e o movimento de proteínas ao 
longo do DNA (helicases e polimerases)
A miosina possui 6 subunidades: duas 
cadeias pesadas (em α hélice) e 4 
cadeias leves (domínio globular)
S1 é o domínio motor que 
possibilita a contração 
(cabeça da miosina)
Sítio onde o ATP é 
hidrolisado
Estrutura tridimensional do 
fragmento S1 da miosina (cadeia 
pesada em cinza e as duas cadeias 
leves em dois tons de azul)
Moléculas de miosina se agregam formando o 
filamento grosso
O filamento fino é formado por duas moléculas 
de actina (F-actina) + troponina e tropomiosina
Cada monômero de actina do filamento 
fino se liga fortemente e 
especificamente à cabeça de uma miosina
• O músculo esquelético consiste de fibras musculares organizadas 
paralelamente
• Cada fibra muscular é uma única célula multinucleada (formada pela fusão 
de várias células) – uma única fibra em geral apresenta o comprimento do 
músculo
A fibra muscular
• A fibra muscular é envolvida por uma membrana excitável chamada 
sarcolema
• O retículo endoplasmático é chamado de retículo sarcoplasmático e 
serve como reservatório de Ca2+, que é bombeado para o citosol e 
miofibrilas quando o músculo é estimulado
• Cada fibra contem aproximadamente 1000 miofibrilas, cada uma contendo 
uma grande quantidade de filamentos grossos e finos complexados a outras 
proteínas
Sarcômero
• As bandas I e A surgem do arranjo dos filamentos finos e grossos, que se 
encontram alinhados e parcialmente interpostos
• A banda I (mais clara) é composta por filamentos finos
• A banda A apresenta uma região de filamentos grossos e a região onde os 
filamentos grossos e finos se sobrepõem (mais escura) 
• O disco Z (no meio da banda I) ancora os filamentos finos 
• A linha M (no meio da banda A) organiza os filamentos grossos
Os filamentos finos e grossos deslizam um sobre o outro 
Sarcômero
• O disco Z contem α-actinina, desmina e vimentina que servem para fixar a 
actina na região do disco Z. Além da nebulina, que cobre toda a extensão do 
filamento.
• A linha M contem paramiosina, proteína C e proteína M, além da titina, que é 
a maior proteína conhecida, estendendo-se do disco Z à linha M, à qual liga os 
filamentos grossos. A titina regula o comprimento do sarcômero, prevenindo a 
super-extensão do músculo.
Os filamentos finos e grossos deslizam um sobre o outro 
Sarcômero – A Unidade 
Contrátil da Fibra Muscular
• Na contração muscular ocorre o deslizamento dos filamentos grossos 
e dos filamentos finos, uns sobre os outros, fazendo com que o disco Z 
das bandas I se tornem mais próximos 
• Cada filamento grosso (com 500 cabeças de miosina) é rodeado de 6 
filamentos finos
Mas qual seria a fonte propulsora 
para esse deslizamento e 
consequente contração muscular?
Acetilcolina e a Junção 
Neuromuscular
A despolarização da membrana da fibra 
muscular promove a liberação de Ca2+ a 
partir do retículo sarcoplasmático
• A troponina e a tropomiosina regulam a contração muscular
• A tropomiosina e a troponina se ligam aos filamentos finos, 
bloqueando os sítios de ligação à cabeça da miosina
• A troponina é uma proteína ligadora de Ca2+
• Se um impulso nervoso causa a liberação de Ca2+ do retículo 
sarcoplasmático, esse íon se liga à troponina, causando uma mudança de 
conformação no complexo troponina-tropomiosina e expondo os sítios 
de ligação à miosina nos filamentos finos: OCORRE CONTRAÇÃO 
MUSCULAR! 
Outras ações do Ca2+ no processo de 
contração muscular e hipertrofia
• Ativação da ATP fosforilase miofibrilar
•Ativação da CaMK (Ca2+/quinase dependente da calmodulina): 
aumenta a captação de glicose
• Ativação da PKC (proteína quinase dependente de Ca2+): 
aumenta a captação de glicose e a degradação de triglicerídeo 
intramuscular 
• Ativação da Ca2+/fosfatase dependente da calmodulina, 
calcineurina.
• O Ca2+ se liga a e ativa a fosforilase quinase: aumenta a 
glicogenólise
• Promove alteração de expressão gênica, levando a um aumento 
da biogênese de mitocôndria e hipertrofia muscular
1. As cabeças da miosina, na presença de 
Ca2+, se ligam fortemente a actina
A ligação do ATP promove a liberação da 
miosina da actina
2. Quando o ATP é hidrolisado, ocorre uma 
mudança de conformação 
3. A miosina se liga à próxima actina, 
liberando Pi
4. A liberação do Pi leva a uma alteração 
brusca que promove uma alteração de 
conformação da cabeça da miosina, movendo 
os filamentos de actina e miosina ( miosina 
em direção ao disco Z)
Gasto calórico no repouso
Alta de glicose
A glicose contribui com 80% do 
combustível do músculo
Baixa de glicose
Como a insulina regula a entrada 
de glicose no músculo?
Sintetizar ou degradar ácidos 
graxos?
ACC: Acetil-CoA carboxilase
O desvio de oxaloacetato para a gliconeogênese e a falta de CoA leva a um 
aumento da produção de corpos cetônicos
Gasto calórico no exercício
Combustível muscular durante 
o exercício
• O ATP é necessário para o deslizamento da 
miosina sobre a actina
• Para bombear Ca2+ de volta para o retículo 
sarcoplasmático
• Para bombear Na+ e K+ através da membrana 
muscular
Fontes de energia para a contração muscular.
A epinefrina aumenta a 
liberação de glicose do 
glicogênio hepático e 
muscular, provendo 
glicose para o músculo
A creatina fornece 
ATPs, juntamente com 
a glicose
A fonte energética depende da 
intensidade e do tempo de esforço
Hipertrofia muscular
A contração muscular e hipertrofia dependem da 
integração de um número de sinais advindos do tipo de 
exercício, da disponibilidade de energia, da presença de 
hormônios (insulina e IGF-1) de crescimento e da 
abundância de nutrientes e fatores stressores
• Sistema Imediato
– Atividades físicas envolvidas: Atividades
que demandam uma contração intensa por
um curto tempo ~ 10 s.
– Fosfogênese
ADPPCreatinaCreatinaATP +−↔+
• Sistema a Curto Prazo
– Atividades Envolvidas:
Atividades que envolvam esforço intenso, mas que durem
poucos minutos, como por exemplo, um tiro de corrida de até
400 m.
– Metabolismo Envolvido
• Fermentação Láctica
• Glicogenólise
Portanto, nesse tipo de atividade, a glicose é 
a fonte primária de energia.
GLICOSE
SANGÜÍNEA
GLICOGÊNIO Glicose
MÚSCULO EM EXERCÍCIO
Um indivíduo bem alimentado tem de 400 a 
900 g de glicogênio (80 g no fígado e o 
restante no músculo)
Fermentação Láctica: É a única via metabólica 
capaz de gerar ATP anaerobicamente e é 2,5 
vezes mais rápida que a via aeróbica. 
Glicose Piruvato
2 ATP
Lactato
NAD+
NADH
Cooperação metabólica entre o músculo esquelético 
e o fígado.
O ciclo de Cori
• No período de 
recuperação, usa-se 
grandes quantidades de 
oxigênio para a fosforilação 
oxidativa no fígado para 
gerar energia e recuperar o 
lactato (formando glicose)
• A glicose volta ao músculopara repor o glicogênio 
(Ciclo de Cori)
• Sistema a Longo Prazo
– É o sistema de obtenção de energia mais eficiente e 
complexo, pois há uma interação entre várias rotas 
metabólicas e tecidos.
– Atividades Envolvidas
Atividades de esforço de leve a moderado cujo tempo de 
duração supere a dezenas de minutos. Ex.: maratona
– Metabolismo Envolvido
• Oxidação do Piruvato e glicose
• Lipólise e oxidação dos ácidos graxos
• Proteólise e transaminação dos aminoácidos
• Ciclo da Uréia
• Oxidação do Acetil-CoA
• Gliconeogênese
Combustíveis utilizados em 
diferentes modalidades esportivas
Corrida
• Corrida de 100 m – duração de 10 s e gasto 
calórico 300 vezes maior que repouso.
• Fontes energéticas: ATP e creatina fosfato (8 a 10 
s) e fermentação láctica
• ↓ 20% do ATP muscular e ↑ AMP e ADP ativa a 
quebra do glicogênio e a glicólise (↑ 100x)
• Corrida de 400 m – devido à fadiga muscular 
o atleta não consegue manter a mesma 
velocidade que na corrida de 100 m. 
Corrida
• Maratona: 42,195 km em um pouco mais de 2 h 
e gasto calórico de 1377 Kcal/h (repouso 17 
kcal/h, logo 80x ↑)
• Total de 2900 kcal = 750 g de carboidratos ou 330 g 
de gordura
• Maratonistas amadores apresentam QR=0,9 a 1 nos 
primeiros 30 min e QR=0,80 a 0,85 após 2 h
• Maratonistas treinados utilizam mais ácidos graxos e 
são capazes de manter os níveis elevados de 
glicogênio muscular por mais tempo
QR = moles de CO2 ÷ moles de O2 (QR=1 indica 100% de 
quebra de carboidrato e QR=0,7 indica 100% de quebra de 
gorduras)
Corrida
• Maratona: 
• 50-60% da energia necessária para exercício 
contínuo a 70% da capacidade máxima de oxigênio 
durante 1-4 horas é obtida a partir de carboidratos 
e quanto menor a intensidade do exercício, maior 
será o consumo de lipídeos.
• Maratonistas amadores: ↑ os níveis de lactato na 
primeira hora de maratona. 
• Maratonistas de elite metabolizam a glicose 
sanguínea e glicogênio muscular aerobicamente do 
início ao fim da prova e utilizam mais ácidos graxos 
que indivíduos não treinados.
• Fibras do Tipo I (fibras vermelhas) – mais abundante em
maratonistas treinados
• Fibras do tipo II (fibras brancas) – mais comuns em corredores
de alta velocidade: aumentam com treinos de alta intensidade
Adaptação do músculo ao 
treinamento
• Aumento do débito cardíaco, das trocas pulmonares e da 
capilaridade do músculo exercitado (?)
• O fator mais importante parece ser o aumento do 
número e tamanho das mitocôndrias (e portanto das 
enzimas mitocondriais) por unidade de massa muscular
• O número de mioglobinas e de algumas enzimas 
glicolíticas e do ciclo do ácido cítrico também tendem a 
aumentar em indivíduos treinados
• Estresse muscular: causado pelo aumento de ADP, Pi, H+
e lactato
Esportes mistos: futebol
• Distância total percorrida: ~10 km em 90 min, 
sendo que 800 a 1500 m é efetuado em 
intensidade máxima (uso de fosfocreatina e 
glicogênio)
• Treinamento de resistência pode aumentar a 
capacidade aeróbica (uso de ácidos graxos), 
resguardando o glicogênio muscular para as 
corridas de alta intensidade
Suplementação alimentar e 
exercício físico
Aminoácidos e Proteína
No meio do século XIX o fisiologista alemão von Liebig
assumiu que a proteína muscular era consumida durante o 
exercício, por isso deveria ser ingerida em grandes 
quantidades
� Essa teoria se provou errônea, entretanto ainda 
prevalece entre atletas e treinadores
� O requerimento para um atleta é que 12% da energia 
total de sua dieta provenha de proteínas
� Assim, a reposição de fluidos e de carboidratos pode 
constituir estratégia mais eficaz do que a ingestão de 
proteínas logo antes ou durante o exercício prolongado
Aminoácidos e Proteína
• No caso de treinamento de resistência, alguns estudos 
indicam que uma ingestão de ~ 20-25 g de proteína (rica 
em aa essenciais) logo após ou 1 h após o exercício 
parece aumentar a taxa de síntese proteica
• A ingestão de aa essenciais (e não de proteína) pode ser 
indicado, mas apenas em casos de atletas com 
necessidade de altas quantidades de energia
• Obs.: a ingestão de altas quantidades de um aa pode 
inibir a absorção de outros
Aminoácidos e Proteína
• As necessidades proteicas variam de acordo com o nível 
de atividade do indivíduo:
– Sedentários: 0,8 a 1,0 g por kg de peso/dia
– Indivíduo realizando treinos de resistência: 1,2 a 1,4 g de 
proteína por kg de peso/dia
– Atletas de força: 1,2 a 1,7 g por kg de peso/dia, 
• Entretanto, se a ingestão total de alimentos aumenta 
com o treinamento, essas necessidades proteicas podem 
ser atingidas sem a necessidade de suplementação
Whey protein
• São proteínas solúveis do soro do leite: parte aquosa do leite 
obtida a partir da fabricação do queijo, por ex.
• A caseína corresponde a 80% das proteínas do leite, sendo que os 
demais 20% são proteínas do soro (beta-lactoglobulina (65%), 
alfa-lactoglobulina (25%) e soro albumina (8%))
• Os BCAA (estimulantes do anabolismo) perfazem 21,2% e todos 
os aa essenciais constituem 42,7% do total de aa das proteínas 
do soro, tornando-as altamente ricas e similares às proteínas 
musculares
• A alta concentração de cisteína nas proteínas do soro poderia 
aumentar os níveis de glutationa, o que poderia aumentar a 
capacidade anti-oxidante e ajudar a evitar a fadiga muscular. 
Entretanto essa teoria é controversa
Whey protein
• As formulações incluem: concentrado (30-90% de 
proteína), isolado (90%) e hidrolisado (>90%)
• Estudos recentes indicam que a utilização de proteínas 
ricas, e não aminoácidos isolados, seria mais indicado 
para síntese de proteína pós-exercício
Arginina
• Aminoácido essencial (não sintetizamos suficientemente)
• Necessária para regulação da síntese proteica, é 
precursora de óxido nítrico e creatina e participa do 
ciclo da uréia (remove amônia plasmática)
• Estimula a secreção do hormônio de crescimento
• Pode ajudar na recuperação (principalmente tendões) 
das sessões de treinamentos intensos, podendo também 
aumentar o ganho muscular em treinamentos de 
resistência
• Entretanto, estudos não demonstram efeitos positivos 
da suplementação de arginina em indivíduos jovens e bem 
alimentados
Arginina
Beta-alanina e carnosina
• A carnosina (beta-alanil-L-histidina) é um dos 
dipeptídeos mais abundantes do músculo (20-25 
mmol/kg)
• Suplementação de beta-alanina por 4 semanas aumenta 
as concentrações de carnosina em 40-60%
• Esse aumento gera um aumento proporcional do tempo e 
carga máxima (mas a evidências não são suficientes)
• Ainda, a alanina é capaz de atenuar a queda de pH 
durante o exercício de alta intensidade (o pH sanguíneo 
pode diminuir para 7,1 e o muscular para 6,8)
Aminoácidos de Cadeia 
Ramificada
• BCAA: leucina, isoleucina e valina – são essenciais
• Estudos indicam que esses aa estimulam enzimas da 
síntese proteica no período de recuperação, após 
exercícios de resistência
• Outros estudos indicam melhora do sistema imune
• Entretanto, estudos não indicam melhora do 
desempenho no caso de indivíduos bem alimentados. 
Além disso, os BCAAs estão presentes em diversas 
proteínas da dieta.
Creatina
• É produzida endogenamente e também obtida através 
da dieta 
• Serve como uma reserva muscular de ATP, postergando 
a glicólise e a geração de lactato e diminuição do pH
• A suplementação da creatina parece elevar os níveis de 
fosfocreatina muscular, sendo que alguns estudos 
indicam que ocorre também um aumento dos níveis de 
glicogênio muscular e de fatores de crescimento
ADPPCreatinaCreatinaATP +−↔+
Creatina
• Estudos indicam que a creatina leva a um melhor 
desempenho em exercícios repetidos de alta 
intensidade, gerando aumento da força e resistênciaa 
fadiga em exercícios de 30 s ou menos
• Não parece melhorar a performance em esportes de 
resistência (maratona)
• A creatina também parece aumentar a massa total e a 
massa magra em alguns indivíduos, embora certos 
indivíduos não sejam responsivos
Creatina
• Estudos em humanos não demonstraram um aumento 
significativo da ureia sanguínea nem da atividade de 
enzimas hepáticas durante 5 anos de suplementação
• Pode gerar retenção de líquido, náusea e diarreia. E o 
excesso de creatina pode gerar substâncias tóxicas ao 
rim, tais como metilamina e formaldeído.
• Não é indicada no caso de indivíduos com doença renal 
ou com risco potencial de insuficiência renal, como 
diabetes, hipertensão e taxa de filtração glomerular 
reduzida.
L-carnitina
• Teoria: se a carnitina é essencial para a oxidação da gordura, 
fornecer quantidades adicionais pela dieta melhoraria o aporte 
energético e a queima de gordura
• Entretanto, estudos científicos não demonstraram eficácia na 
suplementação da carnitina com relação a queima de gordura
Recomendação da ADA (American 
Dietetic Association)
Comer uma variedade de alimentos é a 
melhor saída para se obter nutrientes 
essenciais
Referências Bibliográficas:
- Princípios de Bioquímica, Lehninger, David L. Nelson e 
Michael M. Cox:
- Capítulo/item 5.3 
- Capítulo 23
- J. Am. Diet Assoc. 2009;109:509-527 (enviarei por 
email)
- Para mais informações em nutrição esportiva, visite o 
site da American Dietetic Association:
http://www.eatright.org/Public/Landing.aspx?id=644247
2392&terms=exercise%20diet

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