Aula 1 Revisão

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Fisiologia do Exercício
Fernando Braga Estevão
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Revisão
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Mitocôndrias
São as usinas das células
Possibilitam a extração de energia proveniente dos nutrientes e do O2
Presentes em todas as partes do citoplasma
Varia de menos de 100 até milhares
Depende do tipo e da quantidade de energia que a célula necessita
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Mitocôndria
Estrutura:
Bicamada lipídica: memb. ext. e interna
Cristas: enzimas oxidativas
Matriz: inúmeras enzimas dissolvidas
Contem DNA e são autoduplicáveis
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Características funcionais do ATP
Composição:
Adenina (base nitrogenada) + ribose (açúcar de 5 carbonos) + 3 radicais fosfato
2 últimos radicais fosfato ligados a molécula por ligação de alta energia (~)
Libera de 7.300cal a 12.000cal por ligação
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ATP
Quando o ATP libera energia é clivado um radical de acido fosfórico formando o ADP, em seguida a energia derivada dos nutrientes celulares é utilizada para formação de outro ATP
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ATP
ATP = moeda energética da célula. 
Alta capacidade de turnover = alto poder de renovação
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ATP
Uso do ATP no funcionamento celular: 
Transporte ativo através de membranas:
Transporte de íons (Na, K, Ca, etc.)
Síntese de compostos químicos:
PTNs e compostos orgânicos
Trabalho mecânico:
Contração muscular – consumo de imensas quantidades de ATP; movimento ciliar e amebóide da célula
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Processos químicos envolvidos na formação do ATP
Glicólise: 
Via metabólica mais primitiva
Dissolução do açúcar
Clivagem da molécula de glicose para formar 2 mol. de Ac. Pirúvico e 2 mol. de ATP
10 estágios de reações químicas onde cada 1 é caracterizado por uma enzima específica
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Formação de ATP durante a glicólise
Inúmeras reações – pequena porção de energia livre da molécula é liberada
O saldo final é de apenas 2 moléculas de ATP
Gasto de outras 2 moléculas de ATP para o processo
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Traduzindo em números: 
24.000 cal de energia armazenada = 43%
56.000 cal de perda na forma de calor = 57%
Além das 2 moléculas de ATP formam-se 2 moléculas de Ac. Pirúvico
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Conversão de Ac. Pirúvico em Acetil Coenzima A (Acetil-CoA)
A próxima etapa na degradação da glicose consiste:
Transporte facilitado do Ac. Pirúvico para matriz mitocondrial
Conversão dessas 2 moléculas em 2 Acetil-CoA.
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Nesta etapa não há formação de ATP, porém ocorre liberação de 4 átomos de hidrogênio que serão utilizados mas tarde no processo de fosforilação oxidativa.
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Ciclo do Ácido Cítrico, ciclo de Krebs
Seqüência de reações onde o radical Acetil da Acetil-CoA é degrado em CO2 e H+ 
Essas reações ocorrem na matriz mitocondrial
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Resultado final do ciclo de Krebs:
2Acetil-CoA + 6H2O + 2ADP = 4CO2 + 16H + 2CoA + 2ATP
Não há liberação de grandes quantidades de energia
O principal resultado é a liberação de átomos de Hidrogênio
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Fosforilação Oxidativa
90% do ATP formado pela degradação da molécula de glicose ocorre nesta fase do processo
Oxidação do hidrogênio é efetuada por uma série de reações catalisadas nas enzimas da mitocôndrias
1 H é transformado em H+ + 1 elétron
Este elétron se combina com o oxigênio para formar hidroxila (OH), que se une novamente ao H+ e forma uma molécula de água
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Durante esta seqüência de reações oxidativas ocorre liberação de grande quantidade de energia para formação de ATP
Os elétrons passam por aceptores 
São bombeados para camada externa da mitocôndria – alta concentração de energia
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A Formação do ATP
Conversão do ADP em ATP
ATPase – molécula protéica que projeta-se da memb. interna a camada externa da mitocôndria
Diferença entre cargas + e – gera fluxo de H+ para matriz mitocondrial
Substância da molécula ATPase
Forma-se ATP
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O produto final (ATP) é transportado para o citoplasma por difusão facilitada (memb. interna) e depois por difusão simples (memb. externa)
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Resumo
1 – Glicólise: 4 ATP com consumo de 2 ATP = 2 ATP
2 – Ciclo do Ac. Cítrico: 2 ATP
3 – Fosforilação Oxidativa: 30 ATP
4 – 4 ATP pela liberação dos íons das NAD
Total = 38 moléculas de ATP
456.000 cal em ATP num total de 636.000 cal da mol de glicose
66% de energia em ATP e 34% perdidas em forma de calor
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Transferência e utilização de energia em sistemas biológicos
Energia:
Capacidade de realizar trabalho
Trabalho – aplicação de uma força através de uma distância
Energia mecânica – manifesta-se no movimento humano
Fonte de energia humana – transformação do alimento em energia química dentro do nosso organismo, transformando-se em energia mecânica
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Adenosina Trifosfato – ATP
Energia liberada durante a desintegração do alimento - ATP:
É armazenado em todas as células musculares.
Molécula transportadora de energia da célula.
Fonte imediata de energia para a contração muscular e outros processos biológicos.
A célula só consegue realizar trabalho especializado a partir da energia liberada pela desintegração do ATP.
As ligações entre os dois últimos grupos fosfatos terminais representam as denominadas ligações de alta energia.
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Obs
Adenosina= adenina + ribose
As ligações dos grupos fosfato podem ser desfeitas na presença de água (hidrólise)
Remoção de 1 mol de fosfato são liberadas de 7 a 12 quilocalorias (Kcal) de energia e são formados adenosina difosfato (ADP) mais fosfato inorgânico (Pi).
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Fontes de ATP
A hidrolise (desintegração ou racionamento) do ATP libera energia para contração muscular
Em qualquer momento, existe uma quantidade limitada de ATP em uma célula muscular e que o ATP está sendo utilizado e regenerado constantemente.
A regeneração do ATP requer energia.
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Processos comuns produtores de energia para elaboração de ATP:
SISTEMA ATP-PC (ou sistema de fosfagênio)
GLICOSE ANAERÓBICA
SISTEMA AERÓBICO
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A energia liberada pela desintegração dos alimentos e a energia liberada quando PC é desfeita é utilizada para refazer novamente a molécula de ATP.
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Sistema ATP-CP (do fosfagênio)
A desintegração da fosfocreatina (PC) em Pi (fosfato inorgânico) + C (creatina) fornece energia para a ressíntese de ATP
A energia liberada da desintegração de PC torna-se imediatamente disponível e será acoplada bioquimicamente ao ADP + Pi, resultando em ressíntese de ATP
PC → Pi + C + ENERGIA + ADP + Pi → ATP
Enzima que cataliza a desintegração do PC = creatina quinase
O aumento de ADP e AMP ativa as enzimas responsáveis, tanto para o sistema de fosfagênio quanto para a glicólise.
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PC pode ser formada novamente a partir de Pi e C é pela energia liberada pela desintegração do ATP
Isso ocorre durante a recuperação após um exercício, com a fonte primária de ATP provindo daquela obtida pela desintegração das substâncias alimentares
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Qual a quantidade de ATP disponível apartir do Sistema ATP-CP (fosfagênio)
1 kg de músculo esquelético armazena uma média de 19 a 23 mmol de fosfagênio total (ATP-PC) → 0,190 0,230 mol
 Homem com média de 70 Kg tem aprox. 30 Kg de músculo = 570 a 690 mmol (0,570 a 0,690 mol) fosfagênio armazenado
 1 mol de ATP(503g/mol) → 7 a 12 kcal (média 10 kcal)
 0,570 e 0,690 multiplicado por 10 kcal/mol = 5,7 a 6,9 kcal de energia ATP.
As reservas de fosfagênio nos músculos ativos seriam esgotadas após apenas os primeiros três a cinco segundos de um exercício exaustivo, como dar um pique de 100 metros.
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Obs
1 mol de ATP = 503g
1 mol de glicose (C6H12O6) = 180g
1 mol de ácido lático (C3H6O3) = 90g
1 mol de fosfocreatina = 235g
O armazenamento de PC é 3 a 5 vezes maior no músculo que o ATP.
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Importância do Sistema ATP-CP ou do Fosfagênio
Responsável pelos movimentos rápidos e vigorosos que sem esse sistema não poderiam ser realizados → essas atividades exigem muito mais um fornecimento rápido do que uma grande quantidade de energia.
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O sistema fosfagênio representa a fonte mais rapidamente disponível de ATP que vai ser utilizada pelos músculos esqueléticos.
Razões:
1. Tanto ATP quanto PC são armazenados diretamente dentro do mecanismo contrátil do músculo;
2. Não depende de uma longa série de reações químicas e,
3. Não depende do transporte de oxigênio que respiramos para os músculos ativos
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Sistema de Glicose Anaeróbica
Glicólise = fracionamento da glicose
Anaeróbica = ausência de oxigeno
Glicólise anaeróbica → envolve uma desintegração incompleta de uma das substâncias alimentares, o carboidrato (açúcar), para ácido lático.
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Sistema de Glicose Anaeróbica
Obs:
Glicose – pode ser utilizada imediatamente ou armazenada no fígado e nos músculos como forma de glicogênio.
A glicólise anaeróbica ocorre no citosol (líquido intracelular) da célula muscular e tem como produto o ácido lático.
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Requer uma série 12 reações químicas seqüenciais
Fase de investimento de energia:
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Glicólise Anaeróbica
Fase de geração de energia
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Atenção
Apenas 3 ATP são produzidos a partir de 1 mol de glicogênio (180g)
Durante o exercício, a produção de ATP por glicólise anaeróbica é inferior aos 3 moles de ATP (3 ATP)
Os músculos só conseguem tolerar o acúmulo de apenas cerca de 60 a 70 g para massa muscular total (ou 2,0 a 2,3 g por kg de músculo), de ácido lático antes de surgir fadiga
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Atenção
Se todos os 180 g de glicogênio fossem desintegrados anaerobicamente durante o exercício seriam formados 180 g de ácido lático
Na prática apenas 1 a 1,2 mol de ATP pode ser ressintetizado totalmente a partir da glicólise anaeróbica durante um exercício extenuante antes de o ácido lático alcançar níveis exaustivos
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Importância da Glicólise Anaeróbica
Proporciona um fornecimento rápido de ATP durante exercícios com ritmo máximo, entre 1 a 3 min.
 RESUMO DA GLICÓLISE ANAERÓBICA:
1) Resulta na formação de fadiga
2) Não requer a presença de oxigênio
3) Utiliza apenas carboidratos (glicogênio e glicose) como seu combustível alimentar
4) Libera energia suficiente para a ressíntese de apenas alguns poucos moles de ATP
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Obs
Se houver suficiência, de O2 o NADH lança para dentro da mitocôndria o H+ contribuindo na glicólise aeróbica.
Se houver insuficiência de O2 o ácido pirúvico aceita os H+ transformando-se em ácido lático.
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Fontes Aeróbicas de ATP – Metabolismo Aeróbico
Glicólise aeróbica (a partir da glicose ou glicogênio)
Ciclo de Krebs ou Ciclo do Ácido Cítrico
Sistema de Transporte de Elétrons
Na presença de oxigênio 01 (um) mol de glicogênio é transformado em CO2 e H2O, liberando energia suficiente para ressintetizar 39 moles de ATP. Pela glicose – 38 moles de ATP
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Glicose Aeróbica
Na presença de oxigênio suficiente, ocorre uma inibição da produção de ácido lático, pois o ácido pirúvico é desviado para o sistema aeróbico (ciclo de krebs)
1 mol de glicogênio é transformado em 2 moles de ácido pirúvico, liberando 3 moles de ATP
2 NAD+ são reduzidos para 2 NADH, e transferidos para Sistema de Transporte de Elétrons (STE) formando 6 moléculas de ATP (3 para cada molécula de NADH)
 Formação de ATP = 9 ATP ( Glicogênio) e 8 ATP (Glicose)
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Ciclo de Krebs
O ciclo de Krebs completa a oxidação dos carboidratos, gorduras ou
proteínas.
· Produz CO2.
· Fornece elétrons que são passados pela cadeia respiratória.
Para cada molécula de glicogênio – dois piruvatos= 2 voltas no ciclo.
3 NADH = 6 NADH (X3ATP) = 18 ATP.
1 FADH = 2 FADH (X2 ATP) = 4 ATP
1 ATP pelo GTP = 2 ATP
Total pelo Ciclo de Krebs = 24ATP
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OBRIGADO