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Metabolismo da Fisiologia da Energia

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Metabolismo é o conjunto de reações químicas que se processam em um organismo. Essa definição pode parecer simples, mas envolve um conjunto de conhecimentos que se abrem como se fosse um leque. As transformações energéticas processadas em um organismo indicam que estas aconteceram inicialmente dentro de cada célula, individualizada.
O conjunto de reações que permitem a formação de moléculas de maior complexidade é denominado reações de síntese ou anabolismo. Quando as reações se processam na decomposição das estruturas mais complexas em novas mais simples são conhecidas como reações de degradação ou catabolismo.
Temos como exemplo de catabolismo o processo da digestão, quando as moléculas são degradadas em substâncias menores absorvíveis; e como exemplo de anabolismo a união de aminoácidos para a formação de proteínas, como a melanina.
Mas como disse Lavoisier: “Na natureza nada se perde nada se cria. Tudo se transforma!”. Sabendo que a célula é uma unidade complexa e organizada, que demanda de energia continuamente para realizar as inúmeras reações que a mantém viva, devemos nos questionar sobre o destino da energia produzida e sua origem.
Na célula, inúmeras reações químicas acontecem com um gasto de energia superior àquele produzido ao final do processo, esse déficit de energia é compensado com a absorção de energia externa para a promoção da reação. Assim, temos a reação endergônica ou endotérmica – reações onde há absorção de energia do meio externo.
Um exemplo deste tipo de reação seria a produção de glicose a partir de moléculas de água e gás carbônico durante o processo da fotossíntese. Existe nesse processo a necessidade da energia luminosa para promover esta síntese.
Em contrapartida, outras reações acontecem de forma totalmente oposta às reações endergônicas, uma vez que ocorre com liberação de energia para o ambiente, dissipando calor ao meio externo. Esse tipo de reação é conhecido como reação exergônia ou exotérmica. Um exemplo desse processo é a liberação da energia contida na molécula da glicose no processo de combustão, onde é produzida energia excedente ao sistema.
A liberação da energia presente em moléculas orgânicas, como a glicose, por exemplo, acontece por meio da oxidação aeróbica. Nesse processo de degradação se formam água e gás carbônico, liberando energia para as atividades celulares. Durante esse processo ocorrem transferências de elétrons entre as substâncias participantes, através de reações de oxirredução. Assim, enquanto uma substância ganha elétrons durante a reação (redução), outra substância ganha elétrons (oxidação) durante a mesma reação.
Essa geração de energia permite a existência e o funcionamento de nosso organismo.
Mas se nossas reações produzem e consomem energia, como organizar essa equação para que não haja falta ou como permitir que nosso organismo aproveite ao máximo a energia presente disponível?
Toda reação química exige um gasto de energia para iniciar, isto é o que chamamos de energia de ativação. A estratégia desenvolvida por nosso organismo para minimizar a perda de energia e diminuir a quantidade necessária para ativar os reagentes em uma reação química é a utilização de enzimas.
Se não fosse pelas enzimas, nosso organismo necessitaria dispor de grande quantidade de energia e de realizar um aquecimento geral do organismo para promover as reações, entretanto, isso não seria possível, uma vez que as proteínas desnaturam em altas temperaturas e inviabilizariam a vida.
Metabolismo de carboidrato
 Acabando a primeira parte dos estudos, que é mais bioquímica, mas da qual não podemos fugir, vamos entrar mais na fisiologia. Para que tenhamos energia para desempenhar os exercícios temos três fontes: carboidrato, gordura e proteína. Somente o carboidrato pode ser degradado sem a participação direta do oxigênio. 
 O carboidrato ingerido vira açúcar e o açúcar estocado no nosso corpo é chamado de glicogênio. O açúcar entra na corrente sanguínea, onde pode ser usado diretamente (glicólise) ou estocado ao entrar na célula do músculo e fígado, sendo chamado de glicogênio. A quebra de glicogênio é chamada de glicogenólise que é a fonte de energia quando precisamos nos exercitar em intensidade alta por poucos segundos a minutos. 
 A entrada de glicose na célula depende de diversos fatores, incluindo o tipo de tecido, os níveis de glicose no sangue e no tecido, a presença de insulina (hormônio que retira o açúcar do sangue) e o estado fisiológico do tecido. Muitos tecidos, com exceção do músculo, precisam da insulina para captar a glicose. O cérebro também capta grande quantidade de glicose mesmo em pequenas quantidades de insulina. Nas células de gordura, a glicose estimula a síntese de gordura. 
 Como vimos anteriormente aqui, a quebra do açúcar forma somente 2 ATPs, e quando o glicogênio é quebrado para virar glicose mais um ATP é formado. Então, embora a quebra do glicogênio muscular seja chamada de uma via ineficiente por formar somente pequena quantidade de energia, o músculo esquelético pode quebrar essa glicose rapidamente e produzir grandes quantidades de ATPs em um pequeno período de tempo.
 No jejum o glicogênio estocado também é quebrado e o fígado pode sofrer um completo esgotamento do glicogênio estocado. Esse glicogênio hepático tem como função manter a concentração sanguínea de glicose entre as refeições, assegurando o suprimento de glicose para o cérebro, para as células sanguíneas e para os rins. Como vimos, no fígado o lactato é convertido em glicogênio pelo ciclo de cori.
 No exercício a quebra do glicogênio (glicogenólise hepática) providencia a principal fonte de energia e sua depleção está associada à fadiga. Por isso, ingerir carboidrato antes do exercício tem demonstrado uma melhoria no rendimento. Já a glicose estocada no músculo também contribui como fonte de energia, mas vai depender da intensidade
Metabolismo 
 A energia é algo capaz de realizar trabalho. A energia pode assumir várias formas, como:
· química,
· elétrica,
· eletromagnética,
· térmica,
· mecânica e
· nuclear.
 Segundo as leis da termodinâmica, todas as formas de energia são intercambiáveis. A energia química, por exemplo, pode ser utilizada para criar a energia elétrica armazenada numa bateria, a qual então pode ser utilizada para a realização de um trabalho mecânico através da alimentação de um motor. A energia nunca é perdida ou criada. Em vez disso, ela sofre uma degradação constante de uma forma a uma outra e, finalmente, transforma-se em calor. Tipicamente de 60% a 70% da energia total consumida pelo corpo humano são degradados em calor, enquanto a energia remanescente é utilizada para a atividade muscular e os processos celulares. Mas, como o nosso corpo utiliza a energia antes dela atingir o estágio final?
 Toda energia é originária do sol sob a forma de energia luminosa. Reações químicas nas plantas (fotossíntese) convertem a luz em energia química armazenada. Da nossa parte, obtemos energia consumindo plantas ou animais que as ingeriram. A energia é armazenada nos alimentos sob a forma de carboidratos, gorduras e proteínas. Esses componentes alimentares básicos podem ser clivados no interior das nossas células para liberar energia armazenada.
 Como toda a energia é degradada sob a forma de calor, a quantidade de energia liberada numa reação biológica é calculada a partir da quantidade de calor produzido. Nos sistemas biológicos a energia é mensurada em quilocalorias (kcal). Creio que todos nós já ouvimos falar delas, não é? Mas no entanto, muitas pessoas usam e falam sobre esse termo sem entender ao certo o que significa. Vamos entender melhor? Por definição, 1 kcal é igual à quantidade de energia térmica necessária para elevar a temperatura de 1kg de água em 1ºC numa temperatura de 15ºC. A queima de um fósforo, por exemplo, libera aproximadamente 0,5 kcal,enquanto a combustão completa de um grama de carboidrato gera, aproximadamente, 4,0 kcal. Daí veio o termo popular: ''queimar calorias''.
 Agora que entendemos o que é energia, quilocaloria, suas relações e definições, vamos para o que interessa: FONTES ENERGÉTICAS!
 Os alimentos são compostos principalmente por carbono, hidrogênio, oxigênio e (no caso das proteínas) nitrogênio. As ligações moleculares dos alimentos são relativamente fracas e produzem pouca energia quando rompidas. Sendo assim, os alimentos não são utilizados diretamente nos processos celulares. Em vez disso, a energia das ligações moleculares dos alimentos é liberada quimicamente no interior de nossas células e, em seguida, ela é armazenada sob a forma de um composto altamente energético denominado adenosina trifosfato (ATP).
 A energia é liberada através da hidrólise (quebra) de ATP, isso ocorre pela ação da enzima ATPase, formando ADP ( adenosina difosfato) + um Pi (fosfato inorgânico) e produzindo de 7 a 12 kcal/mol de energia.
 Uma pessoa de 70kg possui cerca de 50g de ATP. Em 24h (em repouso), é degradado, aproximadamente, 190kg de ATP. Isso é possível pois há uma ressíntese do ATP. O ADP e o Fosfato se unem e formam ATP novamente. Existem duas vias possíveis para a ressíntese de ATP: a Aeróbia (sistemas glicolítico, lipolítico e proteolítico) e a Anaeróbia (sistema exclusivamente glicolítico). Assim, a via Anaeróbia depende de creatinafosfato (CP) e de glicose e as vias Aeróbias dependem de glicose, lipídeos e proteínas.
Tendo tudo isso entendido, podemos seguir para os sistemas de ressíntese de ATP, começando pela via anaeróbia: Sistemas ATP-CP e Glicolítico.
Sistema ATP-CP
 O sistema energético mais simples é o sistema ATP-CP. Além da ATP, as células possuem uma outra molécula de fosfato de alta energia que armazena energia. Essa molécula denomina-se creatina fosfato (CP) ou fosfocreatina. Ao contrário da ATP, a energia liberada pela degradação da creatina fosfato não é utilizada diretamente para a realização do trabalho celular. Em razão disso, ela forma ATP para manter um suprimento relativamente constante.
 A liberação de energia da cretina fosfato é facilitada pela enzima creatina quinase (CK), a qual atua sobre a creatina fosfato para separar Pi da creatina. A energia liberada pode então ser utilizada para ligar o Pi a uma molécula de ADP, formando a ATP. Esse processo é apresentado na Figura abaixo.
 Nesse sistema, quando a energia é liberada da ATP por meio da separação de um grupo fosfato, as células podem impedir a depleção de ATP através da redução da creatina fosfato, fornecendo energia para a formação de mais ATP.
 Esse processo é rápido e pode ser obtido sem qualquer estrutura especial no interior da célula. Embora ele possa ocorrer na presença de oxigênio, esse processo não exige oxigênio e, por essa razão considera-se o sistema ATP-CP como sendo anaeróbio.
 Como podemos ver no gréfico acima, durante os primeiros segundos de atividade muscular intensa, como a corrida de curta distância, a ATP é mantida numa concentração relativamente constante, mas a concentração de creatina fosfato diminui de maneira constante à medida que ela é utilizada para repor a ATP depletada. No entanto, na exaustão, tanto a concentração de ATP quanto o de creatina fosfato são muito baixos e incapazes de fornecer a energia para contrações e relaxamentos adicionais.
 Assim, a capacidade para manter as concentrações de ATP com a energia derivada da creatina fosfato é limitada. Os estoques de ATP e de creatina fosfato podem sustentar as necessidades energéticas dos músculos por apenas 3 a 15 segundos durante uma corrida de curta distância de esforço máximo. Além desse ponto, os músculos passam a depender de outros processos para a formação de ATP, os quais serão discutidos mais adiante.

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