Bioenergética

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BIOENERGÉTICA
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A CÉLULA E SEU FUNCIONAMENTO
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1- MEMBRANA CELULAR
Barreira semipermeável- Separa o LIC do LEC
 
Formada por dupla camada lipídica (fosfolipídeos e colesterol)
Regula passagem de várias substâncias
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2- NÚCLEO
 
Contém os componentes genéticos (genes)
 
 
2 DNAs que regulam a síntese protéica
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3- CITOPLASMA
 
Nas células musculares= SARCOPLASMA
Porção líquida entre o núcleo e membrana
Várias organelas :
Membrana nuclear
Retículo endoplasmático
Aparelho de Golgi
Mitocôndrias
Lisossomos
Citoesqueleto
 
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MITOCÔNDRIAS
Respiração celular ( extrai energia dos alimentos, conforme são metabolizados com oxigênio)
Em seguida torna essa energia disponível para as outras partes da célula, sob a forma de um composto de alta energia o Trifosfato de adenosina – ATP
O ATP é utilizado como energia para as diferentes reações celulares
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COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CÉLULA
As diferentes substâncias que compõem a células são chamadas coletivamente de protoplasma.
O protoplasma é formado de 5 substâncias:
Água
Íons
Proteínas
Lipídeos
Carboidratos
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Alguns íons e suas funções:
Ferro: forma a hemoglobina (transporte de gases)
Cálcio: formação dos ossos, dentes, contração muscular e coagulação sanguínea
Fósforo: forma a molécula dos ácidos nucléicos (DNA e RNA) do ATP
Sódio/Potássio: atuam no equilíbrio osmótico e funcionamento das membranas celulares
Magnésio: formação dos ossos
Iodo: faz parte dos hormônios da tireóide – controle do metabolismo
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 COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CÉLULA
Proteínas: Correspondem a cerca de 10 a 20 % da massa celular
Aminoácidos: subunidades das proteínas
1 grama de proteína = 4Kcal
Fornecimento de energia:
 1- aminoácido alanina pode ser convertido em glicose no fígado, sintetizando o glicogenio hepatico. O glicogenio hepatico é convertido em glicose e transportado ao músculo em atividade
2- Vários aminoácidos podem contribuir diratamente como combustível nas vias energéticas
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Lipídeos:
Os mais importantes lipídeos são os fosfolipídeos e o colesterol
2% da massa celular
Constituintes principais de diversas membranas (celular, nuclear das organelas citoplasmáticas)
Pouco solúveis ou totalmente insolúveis em água
Triglicerídeos : 95% da massa celular das células adiposas – depósito de energia
 COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CÉLULA
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Carboidratos:
Parte das moléculas de glicoproteínas (função estrutural)
Papel fundamental na nutrição celular
Intracelular: glicogênio (1% massa total)
Extracelular glicose
 COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CÉLULA
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Fontes de Energia
 Química: mecânica
 Térmica: luminosa
 Elétrica: nuclear
BIOENERGÉTICA
1ª lei da termodinâmica
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FONTES DE ENERGIA
Carboidratos (CHO)
Gorduras 
Proteínas
Liberação lenta quantidades pequenas durante reações enzimáticas. 
( catalisadores biológicos) 
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CARBOIDRATOS
Formados por carbono e água
Átomos de carbono, hidrogênio e água formam um carboidrato ou uma molécula de açúcar com a fórmula geral
 (CH2O)n
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CARBOIDRATOS
Principal fonte de energia rápida para o homem e a maioria dos povos
Constituem apenas 3% da matéria orgânica do Corpo 
Ocorrem naturalmente como açúcar, presentes na dieta como amido e celulose
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CARBOIDRATOS
Dióxido de carbono do ar + água do solo +
FOTOSSÍNTESE
(converte energia solar em energia
química)
CARBOIDRATOS SÃO ARMAZENADOS NAS FOLHAS, RAÍZES E SEMENTES
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CLASSIFICAÇÃO E FONTES
MONOSSACARÍDEOS
OLIGOSSACARÍDEOS
POLISSACARÍDEOS
CARBOIDRATOS
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CLASSIFICAÇÃO E FONTES
Monossacarídeos:
Açúcares simples, com pequenas cadeias e ligações simples
Mais importantes e presentes na alimentação:
– Glicose
– Frutose
– Galactose
CARBOIDRATOS
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MONOSSACARÍDEOS 
GLICOSE
Amplamente distribuida na natureza: frutas, vegetais, grãos, raízes, mel e no açúcar de mesa
Produto final da digestão dos carboidratos mais complexos
É o CHO existente no sangue
Utilizada de três formas:
– Diretamente pelas células como fonte de energia
– Armazenada como glicogênio
– Convertida como gordura para estoque de energia
CARBOIDRATOS
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MONOSSACARÍDEOS 
FRUTOSE
Açúcar do mel e das frutas
É o mais doce dos açúcares
No final da digestão converte-se em glicose
GALACTOSE
Não é encontrada livremente na natureza
É convertida no fígado em glicose
Encontrada no leite e seus derivados
CARBOIDRATOS
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OLIGOSSACARÍDEOS
Dissacarídeos:
– União de duas moléculas de açúcares simples
– Mais comuns: sacarose, maltose, lactose
– Sacarose = glicose+frutose (açúcar de cana e beterraba)
– Maltose = glicose+glicose (hidrólise parcial do amido)
– Lactose = glicose+galactose (leite e derivados)
CARBOIDRATOS
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POLISSACARÍDEOS
– Formados pela combinação de uma grande quantidade de moléculas
– Forma de apresentação da maioria dos CHO naturais
– Mais comuns:
– Amido
– glicogênio
– celulose
CARBOIDRATOS
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FUNÇÕES DOS CHO
 Fornecer energia para o organismo continuamente através da glicose, que dentro das células é transformada em glicogênio e seu excesso em triglicerídeos
CARBOIDRATOS
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FUNÇÕES DOS CHO
Preserva as proteínas
Baixa reserva de CHO = utilização de proteína como fonte energética
É um ativador metabólico
Baixas taxas de CHO inibem a queima de gordura (as gorduras queimam numa chama de CHO)
É combustível para o SNC 
Nutriente exclusivo para o SNC
Hipoglicemia = riscos para o SNC
CARBOIDRATOS
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CARBOIDRATOS
Humano absorve 15 g/Kg de carboidrato em dieta nutricional habitual 
Ingestão ideal diária deve ser de 300 g (sedentários)  400 g – 600 g (ativos)
 Ingestão diária deve ser suficiente para manter reservas corporais de glicogenio
Excesso transformados e armazenados sob a forma de gorduras
 
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CHO E EXERCÍCIO
Utilização de CHO durante o exercício é afetada por:
Intensidade e duração
Nível de treinamento
Dieta
Ambiente
Sexo e idade
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GORDURAS
Mesmos elementos estruturais dos carboidratos
Maior relação de hidrogênio para oxigênio
Lipídeo: termo geral
 inclui óleos, gorduras e ceras
90% da gordura no corpo é armazenada nos depósitos de tecido adiposo
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GORDURAS
Transmitem sensação gordurosa
Insolúveis em água
Solúveis em solventes orgânicos ( éter, clorofórmio)
Classificadas em: Gorduras simples
 Gorduras compostas
 Gorduras derivadas
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PROTEÍNAS
TAMBEM CONTÉM ÁTOMOS DE CARBONO, OXIGÊNIO E HIDROGÊNIO
Aminoácidos determinam as propriedades e as funções de todos os tipos de proteínas
Não existe depósito de proteínas
Encontradas no plasma, tecido visceral e músculos
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VIAS METABÓLICAS DE ENERGIA
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ALGUNS CONCEITOS NECESSÁRIOS....
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Energia armazenada dentro das 
moléculas em ligações químicas 
covalentes ou não 
ENERGIA QUÍMICA
Estudo da transferência de energia
entre as reações químicas em
tecidos vivos.
BIOENERGÉTICA
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Energia livre
Energia de uma reação 
química que pode ser utilizada
 para realizar trabalho
Adenosina
Trifosfato-ATP
Molécula grande que contém 
três grupamentos fosfato
(PO3-)
Metabolismo
Somatório de todas as reações
do organismo
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Catabolismo
Reações do organismo que 
diminuem o tamanho das
moléculas
Anabolismo
Reações do organismo que
aumentam o tamanho das
moléculas
Enzima
Molécula protéica que funciona 
como um catalisador biológico
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Energia
Potencial Cinética
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FONTES ENERGÉTICAS:
 
 -SOL
 -CARBOIDRATOS
 -GORDURAS
 -PROTEÍNAS
Fotossíntese (Luz – Química)
6CO2 + 6H20 = O2 + Glicose
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Figura 4.1
Página 118
Costill
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ATP 
 moeda corrente de energia no organismo
ATP = ADP + Pi + Energia
Reserva Limitada 
A quebra de 1 mol de ATP libera 7,3 Kcal 
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ATP – Moeda Corrente Aciona todas as formas de trabalho
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Sistemas de Transferência de Energia
Anaeróbio
Aeróbio
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FISIOLOGIA DO EXERCÍCIO
Produção de ATP:
 
 1- Sistema ATP-CP
 2- Sistema glicolítico
 3- Sistema oxidativo
 
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METABOLISMO
ATP ADP + P + energia livre 
CP + ADP C + ATP
Sistema anaeróbico alático
Glicogênio ( ou glicose) ATPs + ácido láteo
Sistema anaeróbico lático
Glicogênio ou gorduras + O2 ATPs + CO2 + H2O
Sistema aeróbico
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Anaeróbio
Não necessita de oxigênio
Sistema ATP-CP
 Sistema Glicolítico
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Limitada e depende dos estoques iniciais de ATP e CP. 
Fosfocreatina: gatilho – 10 segs depois a fonte é lática.
Atividades físicas vigorosas com a duração de 15-20 s – explosivos.
Enzima: fosfocreatinase (CPK)
Exemplos:
levantamento de peso (10/15 seg)
25 - 50m natação (11 seg)
corrida de 100m (10 seg)
chutes, saltos
SISTEMA ATP-CP 
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ATP - CP
Contração Muscular
ATP ADP
ATP = ADP + Pi + Energia
ADP + Pi + Energia = ATP
? Energia ?
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ATP -CP
ADP + Pi + Energia = ATP
CP = C + Pi + Energia
ATP – Trabalho Biológico
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SISTEMA GLICOLÍTICO
 ENERGIA A CURTO PRAZO E ALTA INTENSIDADE 
Duração: 1 a 2 min ( 60 a 180 segs) 
Glicólise Anaeróbia / Sist. Ác. lático
Ressintetizar os fosfatos de alta energia
E provém glicogênio muscular armazenado 
A glicólise anaeróbia é mais complexa do que o sistema do fosfagênio (12 reações).
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SISTEMA GLICOLÍTICO GLICÓLISE 
Desintegração: carboidrato - ácido lático
Local: fígado e músculos – glicogênio
Processo é estimulado pela baixa ATP.
Exemplos: 
400 m corrida (48 seg)
100 m natação (54 seg)
Recuperação: 20 a 60 minutos
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GLICÓLISE ANAERÓBICA 
SISTEMA ÁCIDO LÁTICO
GLICOSE + 2 ADP ======== 2 ATP + 2 Ác. LÁTICO
G
G
G
Glicogênio
ATP		ATP
Lactato
G
G
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Glicolítico
Glicogênio
Glicose
Piruvato
Lactato
Glicogenólise
Glicólise – 2 ATP
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Oxidativo-Aeróbio
Necessita de Oxigênio
Oxidação (“queima”)
de substratos
(CHO, Gorduras e Proteínas)
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SISTEMA OXIDATIVO 
ENERGIA A LONGO PRAZO: > 5 MINUTOS
Processo aeróbio - dentro das mitocôndrias
Os músculos precisam de um suprimento estável de energia p/ produzir força durante atividade de longa duração.
Envolve a oxidação dos ácidos graxos e CHO. 
Necessita de oxigênio para ressintese de ATP – ciclo de krebs.
Esforço máx.: 3 a 6 O2 l/min.
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SISTEMA OXIDATIVO - AERÓBIO
Duração: > 5 minutos ( 40 a 60 min. )
Exemplos: 
aulas de aeróbica, 
hidroginástica, 
corridas de 5000 m, 
natação > 1500 m, ciclismo, 
caminhada, 
triathlon.
Recuperação: 24 horas
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Ciclo de Krebs
Proteínas
CHO
Mitocôndria
Célula
ATP – CO2 – H2O 
Oxigênio
Gorduras
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FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
G
ÁCIDOS GRAXOS LIVRES
H2O + CO2
ATP
ATP
ATP
ATP
ATP
ATP
ATP
ATP
ATP
ATP
ATP
ATP
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CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS 
SISTEMAS ENERGÉTICOS
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FISIOLOGIA DO EXERCÍCIO
Estimativa do esforço:
 - déficit de oxigênio
 - débito de oxigênio (epoc)
 - limiar do lactato
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Figura 4.13
Página 135
Costill
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EPOC
Powers (2001)
Ressíntese de
CP
Remoção de
Lactato
Restauração de 
O2 no músculo e
sangue
Elevação da
temperatura 
corporal
Elevação da FC
 e respiração
após o exercício
Elevação 
dos hormônios
FATORES QUE CONTRIBUEM PARA O EPOC
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Figura 4.14
Página 136
Costill
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Limiar de 
Lactato
Recrutamento
de fibras de 
contração
rápida
Pouco
 oxigênio
muscular
Glicólise
acelerada
Taxa de remoção
de Lactato
reduzida
Powers (2001)
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FORMAÇÃO DE LACTATO SÉRICO
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CALORIA E MENSURAÇÃO
Definição: Energia necessária para elevar 1 L de água em 1 ºC (14,5 ºC  15,5 ºC) = 1 Kcal. 1 Kcal = 4,2 KJ
 
Wilbur Olin Atwater (1844-!907) Nutrólogo pioneiro em humanos e equilíbrio energético.
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TAXA METABÓLICA BASAL (TMB)
Nível mínimo de energia para realização das atividades vitais em vigília  Taxa metabólica basal (TMB).
Medida requer jejum de 12 horas, repouso de 30 minutos e depois avalia-se VO2 por 10 minutos. 160 à 290 ml/min;
Permite elaborar um bom tratamento para controle de peso através de exercício e dieta.
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DISPÊNDIO EM REPOUSO / IDADE
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DISPÊNDIO EM ATIVIDADE
O nucleo é um grande corpo arredondado que contem os componentes geneticos. Os genes são formados por dois filamentos de acido dexoxirribonucleico que servem como base para o codigo genetico
Os genes determinam a composição celular e controla a atividade celular
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O ATP é utilizado como energia para as diferentes reações celulares, tais como:
Transporte de substâncias através da membrana celular
Síntese de proteínas e outras substâncias como fosfolipídeos e colesterol
Contração muscular
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Água
Principal meio líquido da célula
Concentração entre 70 a 85%
Ótimo solvente de substâncias facilitando o metabolismo celular
Não permite que a temperatura corporal varie muito (Homeotermia)
Os mais importantes íons das células são: magnésio, fosfato, sulfato, bicarbonato e pequenas quantidades de sódio, cloreto e cálcio
Estão dissolvidos na água e fornecem os compostos químicos inorgânicos para as reações celulares
Participam de mecanismos celulares de controle como a transmissão do impulso nervoso
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Quanto maior a intensidade, maior a utilização de CHO
Exercícios que ultrapassam o VO2máx aumentam a utilização de glicogênio muscular, diminuindo a utilização de glicose sanguínea
Quanto maior a duração, menor a utilização de CHO e maior a de ácidos graxos livres
O treinamento de resistência aumenta a utilização aeróbica dos CHO, a oxidação de gorduras e diminui a estimulação da glicólise durante o exercício
Há também diminuição na produção de lactato sanguíneo por aumento da capacidade oxidativa dos músculos
O treinamento de resistência aumenta a utilização aeróbica dos CHO, a oxidação de gorduras e diminui a estimulação da glicólise durante o exercício
Há também diminuição na produção de lactato sanguíneo por aumento da capacidade oxidativa dos músculos
Dieta rica em CHO aumenta a oxidação de CHO e a utilização de glicogênio durante o exercício
Aumenta o tempo para exaustão
O calor aumenta a utilização de glicogênio muscular
Envelhecimento = tolerância diminuída a glicose
A mulher tem maior oxidação de gorduras
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Por não dependerem de oxigênio a CP e a glicólise predominam no início das atividades fisicas, na fase de déficit de oxigênio.
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3) Fosforilação oxidativa (Metabolismo aeróbico) : na presença de 02 o ácido pirúvico penetra na mitocôndria do músculo e é' convertido em acetil-CoA (uma forma de ácido acético), sendo desintegrado e oxidado no ciclo de Krebs e na cadeia respiratória, liberando energia para ressíntese de 36 ATP por mol de glicose e produzindo C02 e H20 como produtos finais. Também chamado de metabolismo oxidativo e está relacionado à resistência aeróbica.
O metabolismo aeróbico utiliza como combustível carboidratos, lipídios, proteínas e ácido lático.
O metabolismo aeróbico utiliza como combustível carboidratos, lipídios, proteínas e ácido lático.
Gorduras são responsáveis bela liberação da maior quantidade de energia em repouso e nos exercícios de longa duração, onde o metabolismo predominante é o aeróbico. Quando ocorre hidrólise dos triglicérides, glicerol e ácidos graxos são liberados. Esses ácidos gràxos são transformados em acetil-CoA e penetram nàs mitocôndrias. A partir daí, este acetil-CoA entra no Ciclo de Krebs, combinando­se com o ácido oxalacético,
que depende do ácido pirúvico para se formar (lembre-se que ácido pirúvico é proveniente da quebra da glicose); caso contrario esse acetil-coA é convertido em corpos cetônicos.
O ácido lático proveniente do metabolismo anaeróbico inibe a lipólise, de modo que os carboidratos são os substratos energéticos predominantes no inicio das atividades fisicas e nos exercícios de alta intensidade.
As proteínas têm menor importância como substratos energéticos, a não ser quando ocorre esgotamento dos estoques de carboidratos. 
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