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“BIOENERGÉTICA” O que é Bioenergética ? “Ramo da biologia próximo da bioquímica que estuda as transformações de energia pelos seres vivos.” (dicionário Houaiss) “Parte da fisiologia que estuda as transformações de energia nos seres vivos” (dicionário Universal) “Estudo dos processos envolvidos na transformação e utilização de energia pelos seres vivos” ENERGIA “Capacidade que um corpo, uma substância ou um sistema físico tem de realizar trabalho”. (dicionário HOUAISS) “Propriedade de um sistema que lhe permite realizar trabalho”. (dicionário AURÉLIO) “Capacidade do organismo para realizar trabalho biológico.” Trabalho Biológico A Energia na Natureza Princípio da Conservação de Energia 1ª Lei da Termodinâmica: ...a energia não se cria nem se destrói só se transforma de una forma à outra. Ciclo Energético Biológico Sol (energia luminosa) Plantas (energia química) Animais e Humanos (trabalho biológico) A Energia nos alimentos • Carboidratos • Gorduras • Proteínas A energia dos alimentos não é utilizada diretamente para produção de trabalho biológico! De onde, então, vem a energia que precisamos para esses processos? Vem da ADENOSINA TRIFOSFATO (ATP) HIDRÓLISE DO ATP ATP + H20 ADP + Pi + ATPase Energia útil (7 a 12 kcal/mol) A energia liberada na quebra de ATP é utilizada para realizar diferentes formas de trabalho biológico, dentre elas a contração muscular. Hidrólise da ATP Há um problema em relação a ATP... ! Molécula muito pesada ! Quantidade de ATP no organismos é pequena... ! Suficiente para gerar energia para apenas 3 ou 4 segundos de atividade... Precisa ser restaurada continuamente... Como acontece a restauração da ATP? ! Através de um processo conhecido como fosforilação, onde: ADP + Pi + ATP - Observe que este processo requer energia!!! - Mas, de onde vem a energia para restaurar a ATP? energia De onde vem a energia para a restaurar a ATP? " Dos alimentos " Carboidratos " Gorduras " Proteínas " Da molécula de Creatina Fosfato (CrP) O que devemos saber sobre a Restauração da ATP? • Esses substratos são utilizados para restaurar ATP através de três processos, conhecidos como vias energéticas. • As diferentes vias energéticas restauram ATP utilizando diferentes substratos. • Cada via energética tem uma TAXA de restauração da ATP. Ou seja, diferentes quantidades de ATP são restauradas por unidade de tempo. Vias Energéticas para Restaurar o ATP 1. Sistemas Anaeróbios: ! ATP-CP ou Alático ou dos Fosfagênios ! Glicolítico ou Lático 2. Sistema Aeróbio ou Sistema Oxidativo REAÇÕES ACOPLADAS A restauração do ATP ocorre através de processos conhecidos como reações acopladas. SISTEMA ATP-CP (Sistema dos Fosfagênios) “Energia Imediata” CREATINA FOSFATO (CP) Assim como o ATP a molécula de CP está presente na célula muscular. Liberação de Energia de CP Energia útil - A enzima CK catalisa a reação em que a CP é rompida para liberar energia. - Energia liberada é utilizada para restaurar ATP. Ressíntese de ATP através de CP Energia útil Disponibilidade de Energia Através do Sistema dos Fosfagênios (ATP-PC) ATP CrP Fosfagênio total 1. Concentração muscular • mM/Kg de músculo 4-6 15-17 19-23 • mM de massa muscular total * 120-180 450-510 570-690 2. Energia útil * * • Kcal/ Kg de músculo 0,04-0,06 0,15-0,17 0,19-0,23 • Kcal/ Kg de massa muscular total 1,2-1,8 4,5-5,1 5,7-6,9 * admitindo-se 30Kg de músculo em homem de 70Kg * * admitindo-se 10 Kcal por mol de ATP Sistema ATP-CP & Exercício • A transferência da energia da CrP é essencial: - Na transição das situações de baixa para situações de alta demanda de energia. - Esforços de alta intensidade, alta velocidade ou muita força, que durem aproximadamente 10-15 segundos: Exemplos: • piques curtos, até 100 metros; • 5 - 6 saltos contínuos; • exercício com peso para 1 ou 2RM, etc. Dinâmica do Sistema ATP-CP no Esforço Note que, enquanto há CP disponível, o nível de ATP não diminui. Após a depleção de CP o nível de ATP começa a diminuir. Recuperação do sistema ATP-CP Depende do nível de treinamento do sujeito: • em 30 segundos, 50% restaurado; • aos 3 minutos, 95% aproximadamente. • Depende do tipo de fibra predominante no músculo; as tipo I restauram ATP com maior velocidade. Porque? Restauração de ATP + CP e a fase de recuperação rápida: ! 70% do ATP-CP foi recuperada nos 30” iniciais da recuperação; ! Recuperação completa ocorreu dentro de 3 a 5 min. Restauração de CP ! Circulação intacta: – 84% após 2’ – 90% após 4’ – 97% após 8’ ! Circulação ocluída: – Não ocorre a restauração de CP. Energética da restauração dos fosfagênios ! A energia para a restauração dos fosfagênios é proveniente do sistema aeróbio através do O2 consumido durante a FRR; ! Uma pequena parcela da energia necessária para restauração dos fosfagênios pode ser proveniente da glicólise anaeróbia; ! Parte do ATP restaurado é armazenado nos músculos, parte é usado para restaurar a CP. ! CP só é restaurada a partir da energia liberada por ATP. Relação entre a depleção de fosfagênios durante o exercício e O2 da FRR SISTEMA GLICOLÍTICO O Sistema Glicolítico utiliza a energia proveniente da desintegração PARCIAL da molécula de glicose (glicólise anaeróbia). Esse processo exige que ocorram em torno de 12 reações químicas para se obter energia para restaurar ATP. SISTEMA GLICOLÍTICO (Sistema do ácido-lático) DESTINO DO AL Ciclo de Cori Célula Muscular Lactato Piruvato Fígado Glicose Lactato Piruvato Glicose / Glicogenio ! Clicose: C6 H12 O6 ! Acido Pirúvico: C3 H4 O3 ! Acido Lático: C3 H6 O3 GLICÓLISE ANAERÓBIA Lactato ADP + Pi 2 ou 3 ATP Glicogênio Glicose Ácido Pirúvico H+ GLICÓLISE ANAERÓBIA 1 mol (180g) CHO 1 mol Ác. Lático + 3 ATP 60-70g de Ác. Lático 1-1,2 ATP Glicólise Anaeróbia ! Além da produção de energia, outro evento importante durante a glicólise é a remoção de H+ da glicose. ! Esse H+ é importante para a continuação do processo de obtenção de energia. ! Ele é transportado para as mitocôndrias. Transporte de H+ • O transporte de H+ é feito por duas coenzimas: " NAD+: Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo " FAD: Flavina adenina dinucleotídeo Obs: - O transporte de H+ proveniente da glicólise é feito exclusivamente por NAD, formando NADH+. - H+ removido de outros substratos também são transferidos por FAD, formando FADH. Capacidade do Sistema Glicolítico Por kg de músculo massa muscular total Tolerância máx do ácido lático (gramas) 2,0-2,3 60-70 Formação de ATP (milimoles) 33-38 1.000-1.200 Energia útil (kilocalorias) 0,33-0,38 10,0-12,0 Sistema Glicolíticoe Exercício - Predomina quando: - - Realizados esforços de alta intensidade, - - Alta velocidade, - - ou que exijam muita força por um período maior que 10 ou 15 segundos: (potencia máxima entre 1 e 3 minutos) Exemplos: ! - corridas de 200, 400, 800 metros; ! - natação 100 m; ! - 15 saltos contínuos; ! - exercício com peso para 6 a 15 RM, etc. SISTEMA AERÓBIO " Glicólise Aeróbia (término da desintegração dos CHO) " Ciclo de Krebs " Sistema de Transporte de elétrons. desintegração das gorduras e aminoácidos GLICÓLISE AERÓBIA Acetil coenzima A ADP + Pi 2 ou 3 ATP Glicogênio Glicose Ácido Pirúvico H+ Perceba que o processo de glicólise é o mesmo, quer haja O2 ou não. A presença de O2 determina somente o destino do ácido pirúvico. Acido Pirúvico Acido lático Glicose Ciclo de Krebs Etapa anaeróbia Etapa Aeróbia Acetil- CoA GLICÓLISE GLICÓLISE ! No processo de glicólise, parte do acido pirúvico formado é convertido em lactato, parte em Acetil-CoA. ! A Acetil-CoA é formada para que a degradação da glicose continue e assim mais energia seja obtida pra restaurar ATP. ! Esse processo ocorre nas mitocôndrias. Mitocôndrias - Ciclo de Krebs - Sistema de transporte de elétrons - Fosforilação oxidativa CONTINUAÇÃO da DESINTEGRAÇÃO da GLICOSE SARCOPLASMA MITOCÔNDRIA Ciclo de Krebs ! Restauração de 2 moléculas de ATP ! Formação de CO2 (corrente sangüínea# pulmões # expelido do organismo) ! Formação de NADH e FADH (encaminham H+ para o STE) Cadeia de Transporte de elétrons ! Ocorre na membrana interna das mitocôndrias. ! Elétrons são transportados/tranferidos ao longo de uma série de moléculas (citocromos) ! ! H+ é clivado em prótons e elétrons ! No final da cadeia, os elétrons são combinados com O2, nessa fusão ocorre liberação de energia. ! Energia obtida de uma molécula de glicose permite restauração de 34 moléculas de ATP. Velocidade da Glicólise Glicólise Rápida CHO Ácido Pirúvico + H+ + ATP Acetil-CoA LACTATO (Mitocôndria) (Citoplasma) Glicólise Intermediária CHO Ácido Pirúvico + H+ + ATP Acetil-CoA (Mitocôndria) (Citoplasma) LACTATO Glicólise Lenta CHO Ácido Pirúvico + H+ + ATP Acetil-CoA (Citoplasma) (Mitocôndria) LACTATO Utilização da gordura como substrato metabólico Utilização da gordura como substrato metabólico Oxidação das Gorduras No sarcoplasma: • Triglicerídeos + 3 H2O Glicerol + ac. graxos (AGL) (lipólise) Nos adipócitos: • AGLs ( transportado na corrente pela Albumina) lipase Utilização da gordura como substrato metabólico " Catabolismo do Glicerol= 19 ATP (gliconeogênese) " Catabolismo do AGL nas mitocôndrias (β-oxidação) = 146 ATP 438 ATP " Total= 165 - 457 ATP/ mol Utilização da proteína como substrato metabólico Oxidação das Proteínas " DESAMINAÇÂO = Aminoácidos leusina, isoleucina e valina " Esqueletos de C Ciclo de Krebs Capacidade Oxidativa Muscular " Atividade enzimática • Succinato desidrogenase (SDH) • Citrato Síntase (CS) " Composição do músculo • Predominância de fibras tipo I " Suprimento de O2 ! Coenzimas: ! Nicotinamida Adenina dinucleotido = NAD ! Flavo-Adenina Dinucleotidio= FAD ! NAD # NADH ! FAD # FADH Explicações para o acúmulo de Lactato ! Com predominância do sistema glicolítico, a produção de NADH ultrapassa a capacidade da célula em arremessar H+ através da cadeia respiratória, independente da disponibilidade de O2. Esse desequilíbrio na liberação de subseqüente oxidação do O2 faz com que o piruvato passe aceitar o excesso de H+ e forme lactato; ! Desequilíbrio entre a produção e remoção do lactato; ! Tendência da enzima desidrogenase lática (LDH) nas fibras rápidas, em favorecer a conversão do ácido pirúvico para AL. Por outro lado, o nível de LDH nas fibras lentas favorece a conversão de AL para ácido pirúvico. SUBSTRATO MASSA (kg) ENERGIA (KJ) TEMPO DE EXERCÍCIO (min) Glicogênio Hepático 0,08 1.280 16 Glicogênio Muscular 0,40 6.400 80 Glicose Sanguínea 0,01 160 2 Lipídeos 10,5 388.500 4.856 Proteína 12,0 204.000 2.550 Estoques de Energia (capacidade energética) em um homem de 70Kg com 15% de gordura corporal (Gleeson, 2000) ATENÇÃO! ! Para que seja mais fácil a compreensão do funcionamento das vias de restauração da ATP, seu estudo é feito separado. ! No entanto, todas as vias são ativadas logo no início da atividade. A intensidade do esforço e sua duração determinam qual via predomina no fornecimento de energia. ! Para entender isso, é preciso considerar que as vias possuem diferentes potências de produção de energia. Se a atividade exige grande quantidade de energia, então um sistema energético com baixa potência não poderá suprir sozinho todo ATP exigido. A figura de a utilização relativa de gorduras e carboidratos em função da intensidade do esforço. Carboidratos Gorduras % d e G or du ra s e C ar bo id ra to s % VO2máx. Glicogênio Muscular Glicose sanguínea AGL sanguíneo Triglicerídeo Muscular Intensidade do Exercício % T ot al d a fo nt e de E ne rg ia Glicogênio muscular Glicose sanguínea Triglicerídeo no plasma e músculo AGL plasmático G as to E ne rg ét ic o (K J. m in -1 ) Intensidade do Exercício (% W máx) Repouso C on te úd o de T rig lic er íd eo In tra m us cu la r Fibras Tipo I Fibras Tipo II Antes Depois 2 horas após Sedentário Magro Treinado Magro Altamente Treinado Obeso Obeso Diabético Carboidratos AGL Plasmático Triglicerídeos Muscular e Plasmático Continuum energético Contribuição Parcial de Cada Sistema Duração do Exercício exaustivo (s) % anaeróbia % aeróbia 0-10 94 6 0-15 88 12 0-20 82 18 0-30 73 27 0-45 63 37 0-60 55 45 0-75 49 51 0-90 44 56 0-120 37 63 0-180 27 73 0-240 21 79 (Gastin, 2001) C on ce nt ra çã o C rP (% d o re po us o) Tempo (s) (Tempo Modificação na Concentração de CrP no gastrocnêmico durante 30 s de flexões plantares). C on ce nt ra çã o C rP (% d o re po us o) Tempo (s) Recuperação da Concentração de CrP no gastrocnêmico após 30 s de flexões plantares. Recuperação da Concentração de CrP no gastrocnêmico após 30 s de flexões plantares. Recuperação da Concentração de CrP no gastrocnêmico após 30 s de flexões plantares. Produção de ATP durante o 1º e o 10º Esforço máximo de uma série de 10 rep de 6 seg (intervalo de 30 s). 89,3 1º Esforço 10º Esforço Producao de ATP (mmol ATP/ Kg). ATP Glicólise CrP Produção Anaeróbia de ATP durante o 1º e o 10º Esforço máximo de uma série de 10 esforços de 6 seg de duração (intervalo de 30 s). 31,6 Producao de ATP (mmol ATP/ Kg). Produção Anaeróbia de ATP durante o 1º Esforço máximo de uma série de 10 esforços de 6 seg de duração (intervalo de 30 s). Producao de ATP (mmol ATP/ Kg). 1º Esforço ATP Glicólise CrP Producao de ATP (mmol ATP/ Kg). 49,6 % 6,3 %44,1 % 89,3 Produção Anaeróbia de ATP durante o 10º Esforço máximo de uma série de 10 esforços de 6 seg de duração (intervalo de 30 s). ATP Glicólise CrP 80,1 % 16,1 % 3,8 % 10º Esforço Producao de ATP (mmol ATP/ Kg). 31,6 P ot en ci a M éd ia (W ) Número de corridas em velocidade máxima Potência média produzida enquanto os sujeitos realizavam 15 esforços pedalando em velocidade máxima por 5 segundos, realizados em intervalos de 50 segundos de repouso. E P ot en ci a M éd ia (W ) Esforço de 6 s / Rep 60 s Esforço de 6 s / Rep 30 s Potência média produzida enquanto os sujeitos realizavam 10 esforços pedalando em velocidade máxima por 6 segundos, realizados em intervalos de 30 ou 60 segundos de repouso. Número de esforços P ot en ci a M éd ia (W ) Fr eq üê nc ia fi na l d e pe da la ge m rp m ) Baixo nível de Glicogênio muscular Alto nível de Glicogênio muscular Influência da disponibilidade de Glicogênio na freqüência final de pedalagem durante cada esforço de uma série de 15 esforços de 6 segundos de duração, realizados em intervalos de 30 segundos de repouso. Número de esforços Fr eq üê nc ia fi na l d e pe da la ge m rp m ) Influencia de 6 dias de suplementação com Creatina ou Placebo sobre A freqüência de pedalagem durante cada esforço de uma série de 10 esforços de 6 segundos de duração, realizados em intervalos de 30 segundos de repouso. Número de esforços Creatina Placebo Bibliografia Básica FOSS & KATEYAN. Bases Fisiológicas da Educação Física e dos Desportos, Guanabara Koogan. FOX, BOWERS & FOSS. Bases Fisiológicas da Educação Física e dos Desportos, 4ed. Guanabara Koogan, 1991. McCARDLE, KATCH & KATCH. Físiologia do Exercício, 4ed. Guanabara Koogan, 1998. WILMORE & COSTILL. Fisiologia do Esporte e do Exercício, 2ed. Manole, 2001. PEREIRA & SOUZA. Metabolismo celular e exercíco físico. Phorte, 2004.
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