AULA DE BIOENERGÉTICA 2014-1 (1)

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“Pouco conhecimento faz com que as criaturas se 
sintam orgulhosas, muito conhecimento faz com que se 
sintam humildes, é assim que as espigas sem grãos 
erguem desdenhosamente a cabeça para o céu, 
enquanto que as cheias as baixam para a terra, sua 
mãe”. 
 
 Leonardo Da Vinci. 
BIOENERGÉTICA: 
FUNDAMENTOS 
Sérgio Fonteles 
BIOENERGÉTICA 
Definição (Enquanto ciência): 
 
 É o estudo de fontes de energia em organismos 
vivos e como essa energia é posteriormente 
utilizada. 
BIOENERGÉTICA 
Definição: 
 
 É a extração e conversão de energia contida 
nos nutrientes em energia biologicamente 
utilizável, através de vias metabólicas que tem 
por fim tanto a síntese como a degradação de 
biomoléculas. 
BIOENERGÉTICA 
 Para qualquer atividade física a energia 
necessária deve ser “gerada”e usada pelo 
corpo para realizar as tarefas. 
ENERGIA 
Sugere um estado dinâmico relacionado a uma 
mudança. Energia relaciona-se à realização de um 
trabalho. 
Formas de Energia nos Organismos Vivos 
 
• Química 
• Elétrica; 
• Protômica 
• Mecânica 
• Térmica 
Unidade de Energia 
 Joule e caloria 
 
1 cal = 4,1841 J 
 
1 J = 0,239 cal 
ENERGIA TOTAL DE UM SISTEMA 
 
 
Energia Potencial 
 
 
 
Energia Cinética 
Termodinâmica 
 
 
 
 Lei da Conservação de Energia 
 
 
 Lei da Transferência de Energia 
Lei da Conservação de Energia 
 Energia (matéria) não se cria nem se perde, apenas se transforma 
 
 Os seres vivos são transformadores naturais de energia 
 
 Em toda transformação, uma parte da energia se converte sempre 
em energia térmica 
A energia do universo é constante 
Lei da Transferência de Energia 
 Pode ser enunciada de várias formas: 
 
 A energia disponível de um sistema isolado decresce em todo 
processo real; 
 
 
 A entropia de um sistema isolado aumenta em todos os 
processos reais 
TERMODINÂMICA 
 
2ª Lei da Termodinâmica – Princípio da transferência de 
energia 
 
 
 A tendência da energia potencial de degradar-se para energia 
cinética do movimento com uma menor capacidade de realizar 
trabalho (maior entropia). 
 
 
ENTROPIA 
 
Operacionalmente, Entropia é uma qualidade de Energia 
incapaz de realizar trabalho; 
 
A Entropia é uma presença constante em todos os 
sistemas, processos e mudanças que ocorrem no universo; 
 
Processos para a Liberação e a conservação de 
energia 
Processos exergônicos 
 
• Qualquer processo físico ou químico que resulte na 
liberação de energia para o meio ambiente; 
• Representam processos “descendentes” de energia livre - 
energia “útil” para o trabalho biológico que engloba 
todos os processos que exijam energia e que são 
responsáveis pela preservação da vida dentro das células. 
 
-DG = DH - TDS 
Processos para a Liberação e a conservação de 
energia 
Processos endergônicos 
 
• Qualquer processo químico que armazene ou absorva 
energia; 
• Reações que representam processos “ascendentes” e 
prosseguem com um aumento da energia livre para o 
trabalho biológico. 
 
+DG = DH - TDS 
Valores de ΔG e Propriedades das Reações 
Valor Relativo Tipo de Reação Efeito Observado Probabilidade de 
Ocorrência 
- ΔG ou ΔG < 0 Exergônica Libera Energia Provável 
Espontânea 
+ ΔG ou ΔG >0 Endergônica Absorve Energia Improvável 
Provocada 
ΔG = 0 Uma ou outra Reação em equilíbrio dinâmico, com 
Energia mínima e Entropia máxima 
 
Essa energia não está armazenada nas ligações químicas, 
como erroneamente se pensa e diz: “o ATP tem ligações 
de alta energia que é liberada na hidrólise da molécula”; 
 
A energia aparece como diferença entre o conteúdo de 
energia dos Produtos menos a energia dos Reagentes. 
 
ΔG (Reação) = ΔG (Produtos) - ΔG (Reagentes) 
No caso do ATP, a reação de hidrólise, é: 
 
ATP + H2O ↔ ADP + H3PO4 
 
Reagentes Produtos 
 
A energia liberada equivale a: 
 
ΔG (Reação) = ΔG (Produtos) - ΔG (Reagentes) 
= -7 kcal(29,3 kJ) 
 
 
Reações Espontâneas – Acoplamento de Reações 
Se em qualquer sistema, for observado que as reações 
(1) e (2) estão ocorrendo, é porque elas são acopladas; 
A reação (1) começa a ocorrer, e antes que ela termine, 
se inicia a reação (2), usando um dos produtos da 
reação (1); 
Exemplos: 
(1) PEP + H2O ↔ Piruvato + Pi ΔG°1 = -62 kJ.mol¯¹ 
(2) ADP + Pi ↔ ATP + H2O ΔG°2 = +30,5 kJ.mol¯¹ 
(3) PEP + Pi ↔ Piruvato + ATP ΔG°3 = -31,5 kJ.mol¯¹ 
Toda reação que ocorre em dois sentidos, é espontânea em 
um sentido, e provocada no sentido oposto: 
 
Sentido Espontâneo (-ΔG) 
 
A + B ↔ C + D 
 
Sentido Provocado (+ΔG) 
No sentido espontâneo, ela libera uma quantidade de 
energia (-ΔG), e na volta, ela necessita da mesma 
quantidade de energia (+ΔG), para ocorrer; 
Exemplo: 
 
 Espontâneo H2O ↔ H + OH¯ ΔG = -19 Kcal 
 
 Provocado H + OH¯ ↔ H2O ΔG = +19 Kcal 
+ 
+ 
Metabolismo 
Metabolismo 
 
 “É uma atividade celular altamente 
coordenada na qual diversos sistemas 
multienzimáticos atuam conjuntamente 
visando quatro funções”: 
 
 
 
Metabolismo 
 
 
 1. Obter energia química, seja por captação da 
energia solar, seja por degradação de compostos 
ricos em energia obtidos do meio ambiente; 
 
 
Metabolismo 
 
 2. Converter as moléculas dos nutrientes em 
moléculas com características próprias de cada 
célula; 
 
 
Metabolismo 
 
 
 3. Formar macromoléculas, tais 
como proteínas, ácidos 
nucléicos e polissacarídeos, a 
partir de precursores 
monoméricos; 
 
 
Metabolismo 
 
 
 4. Sintetizar e degradar 
biomoléculas necessárias a 
funções celulares especializadas, 
tais como lipídios de membrana, 
mensageiros intracelulares e 
pigmentos. 
 
 
Metabolismo 
 
 
 A soma de todos os processos 
anabólicos e catabólicos. 
 
 
Trabalho Biológico nos Seres Humanos 
 
• Trabalho Mecânico 
 
 
• Trabalho Químico 
 
 
 
• Trabalho de Transporte 
Trabalho Mecânico 
 
 
Elementos contráteis 
 
 
 
W = F x D 
 
P = (F x D) / T 
Trabalho Químico 
 
 
 
Tem por finalidade básica a manutenção e o 
crescimento orgânico 
Trabalho de Transporte 
 
 
 Consiste em concentrar 
substâncias no organismo contra 
um determinado gradiente de 
concentração 
AS BASES PARA A DIGESTÃO E A SÍNTESE 
Reações de Hidrólise 
– A hidrólise cataboliza moléculas orgânicas complexas 
– Ch´s, Lp´s e Pt´s. 
AB + HOH A – H + B – OH 
 
Reações de Condensação 
– Componentes estruturais dos nutrientes se unem nas 
reações de condensação para formar moléculas e 
compostos mais complexos. 
Energia Química 
Os alimentos contêm energia química. 
 
É estocado em nosso corpo como glicogênio, 
gordura e proteína. 
 
Pode ser liberada para fornecer a energia 
necessária para produzir ATP 
ATP 
ATP 
Mais importante fonte de suporte 
energético para a contração muscular 
durante o exercício. 
Uma molécula que estoca enrgia na forma 
de ligações químicas. 
Composta de um grupo adenina, um grupo 
ribose e três grupos fosfatos. 
ADP + Pi 
FONTES DE ENERGIA PARA A 
CONTRAÇÃO MUSCULAR 
 
• ATP 
 
• METABOLISMO ANAERÓBIO 
 
• METABOLISMO AERÓBIO 
FOSFOGÊNICO 
GLICOLÍTICO 
 
 
 
Hidrólise do ATPATPase 
ATP + H2O ADP + Pi - DG 7,3 Kcal / mol 
Fosfato de Creatina 
• Ressíntese de ATP através da cisão anaeróbica de 
um fosfato proveniente do PCr; 
PCr + ADP Cr + ATP 
Creatina cinase 
 
 Os aumentos transitórios no ATP dentro da 
unidade contrátil do músculo durante a 
contração muscular desviam a reação catalizada 
pela creatina cinase na direção da hidrólise de 
PCr e da produção de ATP. 
 
Capaz de fornecer a maioria do ATP 
quando a energia muscular é necessária 
para um tempo curto. 
 
Irá fornecer energia no estado inicial de 
todos os tipos de exercício. 
 
O ATP é produzido anaerobiamente. 
Sistema fosfocreatina 
Reação de Adenilato Cinase 
 Representa outra reação mediada por uma única 
enzima para a regeneração do ATP. 
 
 2 ADP ATP + AMP 
 Adenila cinase 
 
Também conhecido como glicólise 
anaeróbia. 
 
Dois tipos de glicólise: Rápida 
 Lenta 
 
Produz um ganho líquido de 2 ATPs 
Sistema Glicolítico 
Glicólise: é um processo exotérmico 
 6C Glicose 
ATP ATP 
ADP ADP 
P ~ 6C ~ ´P 
* 2 ATPs ativam o processo 
3C ~ P 3C ~ P 
Pi Pi 
P ~ 3C ~ P 
NAD NAD 
NADH2 NADH2 
P ~ 3C ~ P 
ADP 
ATP 
ADP 
ATP 
P ~ 3C P ~ 3C 
ADP 
ATP 
ADP 
ATP 
 3C 
C3H4O3 
 3C 
C3H4O3 
Piruvato 
* A glicose sofre uma cascata 
de reações, reduzindo-se a 2 
trioses (piruvato) 
* Formam-se 4 ATPs, 
logo o saldo energético 
é de 2 ATPs 
 
 
Glicose 2 Ácidos pirúvicos + 2 NADH2 + 2 ATP 
 
 
Produtos da glicólise 
 
O piruvato é convertido para Acetil-CoA se 
o oxigênio está presente, e para ácido 
lático se o oxigênio não está presente. 
Glicólise Lenta 
 
Hidrólise da glicose para piruvato e para 
ácido lático anaerobicamente com a 
produção líquida de 02 ATPs. 
Glicogênio 03 ATPs 
Glicólise Rápida 
Via glicolítica 
Glicólise= via de Embden-Mayerhof-Parnas 
 
O sistema aeróbio oxida carboidratos ou 
outras estruturas contendo carbono 
obtidas de lipídios ou proteínas: 
 
Duas partes: TCA 
 CTE 
 
Sistema Oxidativo 
Oxidação Celular 
A oxidação – redução celular constitui o mecanismo 
bioquímico responsável pelo metabolismo energético. 
 
Transporte de elétrons 
– Enzimas desidrogenases; 
– Nicotinamida – adenina dinucleotídeo 
– Flavina – adenina dinucleotídeo 
– Citocromos 
– Fosforilação oxidativa 
Cadeia Respiratória 
NADH2 
FADH2 
Citocromo b 
Citocromo c 
Citocromo a 
Citocromo a3 
½ O2 
2
e 
2
e 
2
e 
2
e 
2
e 
2
e 
ATP 
ATP 
ATP 
2H+ 
 H2O 
Cristas mitocondriais 
Os hidrogênios removidos do substrato pelo NAD/FAD reagem com o oxigênio 
proveniente do meio, formando água e liberando energia que será utilizada para 
refazer os ATPs. 
 
O sistema aeróbio pode produzir muito 
mais ATPs por molécula de glicose que o 
sistema anaeróbio, mas não produz ATP 
rapidamente. 
 
A intensidade deve permanecer igual ou 
inferior ao estado estacionário (O2 
fornecido = O2 demandado). 
Sistema Aeróbio 
 
Série de reações metabólicas controladas 
por enzimas. 
 
Localizado na mitocôndria. 
 
Desempenha papel integral na oxidação de 
carboidratos, gorduras e proteínas. 
 
Gera elétrons para a CTE. 
Ciclo de Krebs 
 
Localizado na membrana interna da 
mitocôndria. 
 
Responsável pela produção aeróbica de 
ATP. 
 
Usa carreadores de elétrons – FAD+ e NAD+ 
Sistema Transportador 
de Elétrons 
Balanço Energético da Respiração 
Citosol Glicólise: 4 ATPs – 2 ATPs = 2 ATP 
2 NADH2 x 3 ATP = 6 ATP 
Rendimento total da glicólise 8 ATP 
Mitocôndria 1 Ácido pirúvico 1 ácido acético: 1 NADH2 = 3 ATP 
Ciclo de Krebs: 3 NADH2= x 3 ATP = 9 ATP 
 1 FADH2 = x 2 ATP = 2 ATP 
 1 ATP = 1 ATP 
Rendimento total do Ciclo de Krebs 15 ATP 
Rendimento total da 
respiração em 
procariontes 
 30 ATP + 8 ATP = 38 ATP 
 
Rendimento total da 
respiração em 
eucariontes 
 
 38 ATP – 2 ATP = 36 ATP 
 
 
Papel do Oxigênio no Metabolismo 
Energético 
Pré-requisitos para a ressíntese contínua do ATP 
durante a fosforilação oxidativa: 
 
– Disponibilidade do agente redutor NADH (ou FADH2) nos 
tecidos; 
– Presença do agente oxidante oxigênio nos tecidos; 
– Concentração suficiente de enzimas e de mitocôndrias para 
garantir que as reações de transferência de energia possam 
prosseguir com o seu ritmo apropriado 
Papel do Oxigênio no Metabolismo 
Energético 
 
 No exercício extenuante, a 
inadequação no fornecimento 
de oxigênio ou em seu ritmo de 
utilização cria um desequilíbrio 
relativo entre a liberação de 
hidrogênio e sua aceitação final 
pelo oxigênio. 
Metabolismo Aeróbio 
 
 Refere-se às reações catabólicas 
geradoras de energia nas quais 
o oxigênio funciona como um 
aceitador final de elétrons na 
cadeia respiratória e se combina 
com o hidrogênio para formar 
água. 
CLASSIFICAÇÃO DA VIA ENERGÉTICA CONFORME 
A DURAÇÃO DA ATIVIDADE 
ATP 
(Até 4 seg) 
FORÇA EXPLOSIVA 
(Levantamentos de peso, saltos, saques, 
etc) 
ATP – CP 
(Até 10 seg) 
VELOCIDADE - FORÇA DINÂMICA 
(Sprints, arrancadas, provas de ginástica 
artísitca, etc) 
ATP – CP + ÁCIDO LÁTICO 
(até 1:30”) 
RESISTÊNCIA ANAERÓBICA 
(Corridas de 200 a 400 m, 100m livre, etc) 
SISTEMAS NÃO OXIDATIVOS 
+ 
IMEDIATOS E DE CURTA 
DURAÇÃO 
 + 
SISTEMA OXIDATIVO 
(> 3 min) 
RESISTÊNCIA AERÓBICA 
(Corridas acima de 800 m) 
A intensidade do exercício é a mais 
importante variável relatada a qual 
o sistema energético é ativado para 
produzir ATP para o trabalho 
muscular. 
SUBSTRATOS ENERGÉTICOS - ATP 
1. Triacilglicerol e glicogênio muscular; 
2. Glicogênio Hepático; 
3. Ácidos graxos livres; 
4. Esqueletos de carbono intramusculares; 
5. Reações anaeróbias no citosol; 
6. Fosforilação do ADP pelo PCr (creatina 
cinase) e pela adenilato cinase 
b-oxidação: 
 
Oxidação de ácidos graxos em acetil-CoA 
(unidades de 2 carbonos). 
 
Acontece em repetições de 4 etapas principais 
(para ácidos graxos saturados e com # de C par): 
 
Desidrogenase (-CH2-CH2-  -CH=CH-) 
 
Hidratase (-CH=CH-  -CH2-CHOH-) 
 
Desidrogenase (-CH2-CHOH-  -CH2-C=O) 
 
Acetil-transferase (produção de acetil-CoA) 
 
 
 
Ácido lático formado a partir da glicólise 
rápida é imediatamente convertida em 
lactato. 
 
É um composto metabólico útil que pode ser 
transportado para o fígado e transformado 
em glicose. Então usado pelo corpo como 
combustível durante a recuperação do 
exercício 
Lactato 
 
O limiar de lactato – o ponto onde o 
lactato sanguíneo inicia um crescimento 
não-linear a uma intensidade específica 
do exercício, pode ser usado como um 
preditor de performance 
Lactato 
 
Depende da demanda da atividade. 
 
Sistema de energia anaeróbio são mais 
eficientes para produção imediata de ATP. 
 
O sistema de energiaaeróbia é mais 
eficiente para produzir ATP ao lngo de um 
tempo contínuo. 
Eficiência das vias de 
produção de energia 
 
Acúmulo de subprodutos (Ácido Lático e 
amônia). 
 
Depleção de PCR ou de substratos. 
 
Fator limitante metabólico em uma dada 
atividade determinada pela intensidade e 
duração da atividade. 
Fatores Limitantes de 
Performance