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BIOENERGÉTICA Introdução a transferência de energia Fabiana C. Vieira - 2018 Substâncias Químicas Compõem mais de 95% do corpo humano: oxigênio – 65% carbono – 18% hidrogênio – 10% nitrogênio – 3% Outros elementos em menor quantidade: sódio ferro potássio zinco cálcio Elemento + Elemento + Elemento = Moléculas Moléculas ou compostos; Compostos com CARBONO – comp. ORGÂNICO Composto sem CARBONO- comp. INORGÂNICO H2O e sais minerais – composto inorgânico Carboidratos Gordura Proteínas Composto orgânico ESTRUTURA CELULAR O conhecimento da bioenergética está relacionado com a estrutura e função das células Unidade morfofuncional básica Altamente organizada Capacidade de síntese de compostos -> FUNÇÃO NORMAL CÉLULA Membrana Celular Núcleo Citoplasma Membrana Celular ou plasmática Barreira Semipermeável Funções: Revestimento Proteção Permeabilidade seletiva Núcleo Corpo arredondado Localização: interior da célula Componentes genéticos (Ácido desoxirribonucléioco – DNA) DNA: regular a síntese protéica e controlar a atividade celular Funções: Regular as reações químicas dentro da célula Armazenar informações genéticas Citoplasma Porção líquida entre o núcleo e a membrana celular Várias organelas Função celular específica Organelas Citoesqueleto Forma a célula Transporte de substâncias Ribossomos (RNA) Produção de proteínas Retículo endoplasmático rugoso (RER) Função de síntese de proteína Organelas Retículo endoplasmático liso (REL) Síntese de lipídios (fosfolipídios, óleos, esteróides – hormônios sexuais) Complexo de golgi Sáculos achatados e vesículas Secreção celular Lisossomos Bolsas membranosas (enzimas) Digestão intracelular – grande quantidade autodigestão Organelas Mitocôndrias Material genético próprio Produção de energia (ATP) – nutrientes -> energia Peroxissomos Bolsas membranosas (enzimas digestivas – gorduras e aminoácidos) - catalase Centríolos Atuação no processo de divisão celular Organização do citoesqueleto Movimentação de flagelos e cílios Organelas REAÇÕES QUÍMICAS CELULARES ENERGIA ? ? ? ? ? ? ENERGIA BIOLÓGICA BIOENERGÉTICA Sol (reação da fotossíntese) Definir bioenergética 15 Bioenergética “Fluxo e à permuta de energia dentro de um sistema vivo.” “ Quando as células são capazes de converter nutrientes alimentares em energia biologicamente utilizável” Baixo desempenho físico Leis da termodinâmica 1° Lei ou Lei da conservação da energia Energia não pode ser criada nem destruída, mas transforma-se de uma forma para outra ser depletada. O corpo não consome nem utiliza energia, ela é transformada de um estado para outro de forma contínua Energia química (reações) Energia mecânica Calor Metabolismo Reação Anabólica Reação Catabólica Síntese, formação ou consumo de moléculas Degradação ou quebra de moléculas Anabolismo Fotossíntese Catabolismo Respiração Celular Anabolismo Catabolismo Transferência de energia Liberação de energia das reações químicas Ligações de alta energia: elevadas energia potencial Reações endergônicas Reações exergônicas Reação endergônica Armazenam ou absorvem energia Processo ascendentes – aumento da energia livre Energia adicionada ao REAGENTE antes da reação Produtos tem mais energia que os reagentes originais Reação exergônica Liberam energia como resultado final Processo descendentes – declínio de energia Menos energia no produto que no reagente Reações ENDERGÔNICAS (Fotossíntese) processos físicos ou químicos que ARMAZENAM ou ABSORVEM energia H2O H2 + O (+ 68Kcal/mol) Reações EXERGÔNICAS (Respiração celular) processos físicos ou químicos que LIBERAM energia H2 + O H2O ( - 68Kcal/mol) Lei da Termodinâmica 2° Lei da termodinâmica A energia potencial degrada-se para energia cinética do movimento com menor capacidade de realizar trabalho. Toda energia potencial em um sistema é degradada para a forma não utilizável de energia cinética ou térmica. Ex: Bateria: dissipação de energia mesmo desligada alimentos : reservatórios de energia porém dissipam com a decomposição Formas de energia Tipos de energia Química Mecânica Térmica Luminosa Elétrica Nuclear Conversão de energia nas células vivas Liberação de CO2 + H2O + ATP Trabalho biológico Trabalho mecânico Trabalho químico Trabalho transporte Reações Acopladas Reações ligadas com a liberação de energia livre de uma reação, utilizada para desencadear uma segunda As reações que liberam energia estão “acopladas” às reações que exigem energia. Ex: reação de óxido-redução. Liberação Desencadeia Reações de óxido-redução ou redox OXIDAÇÃO REDUÇÃO Remoção de elétron de um átomo ou molécula Adição de elétron a um átomo ou molécula Reação Acoplada A molécula só pode ser oxidada quando ela doa elétrons a outro átomo ou molécula Agente redutor Agente oxidante Oxidação O2 Oxidação: tendência do O2 a aceitar elétrons, atua como agente oxidante -> propriedade do oxigênio utilizada pela célula para produzir energia. O2: participação da reação Transferência de hidrogênio (elétrons) Nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD) Devivado da vitamina niacina B3 Flavina adenina dinucleotídeo (FAD) Derivada da vitamina riboflavina B2 Agente oxidante Agente redutor ENZIMAS Características e função das enzimas Papel importante na regulação das vias metabólicas Não regula a reação e sim sua velocidade Não alteram a natureza da reação, nem seu produto final São conhecidas por CATALISADORAS, ou seja, aceleram a VELOCIDADE das reações químicas celulares (anterógrada e reversa) Reações químicas só acontecem quando os reagentes possuem energia para prosseguir. ENERGIA DE ATIVAÇÃO Energia necessária para iniciar ligações químicas Nas reações as enzimas reduzem a ENERGIA DE ATIVAÇÃO sem alterar as constantes de equilíbrio e energia total. PRODUTO FINAL: aumento de velocidade Características estruturais Grande moléculas protéicas Saliências e sulcos característicos (Sítio Ativo) Liberação de uma enzima específica com uma molécula reagente particular (Substrato) Não são alteradas pelas reações Turnover (renovação) – lenta, reutilizáveis continuamente Reações seguras ↑ da velocidade em torno de 108 a 10¹¹ são econômicas -> reduzem a energia de ativação Não são tóxicas Nomemclatura: ASE Ex: CINASE (fosfato), DESIDROGENASE (remover hidrogênio) MODELO CHAVE-FECHADURA Alto grau de especificidade Fatores que alteram a atividade enzimática Temperatura -> T° ideal -> ativas Ex: exercício + T° + produção de energia T° < 35°C e > 40°C -> deletérias -> diminuindo a atividade enzimática pH (medida de acidez) -> pH ideal -> ativas EX: exercício intenso -> pH baixo -> diminuição de atividade enzimática. pH < 7, 35 -> aumento do ácido lático -> diminuição de energia COENZIMAS Algumas enzimas que permanecem totalmente adormecidas, a não ser que seja ativada por outras – COENZIMA São substância orgânicas não proteícas que facilitam ação enzimática Papel de unir o substrato a enzima específica Após sua ação elas se regeneram e ajudam em outras reações Exemplo: Vitaminas “ Vitaminas aumentam a sua energia?” ERRADO Permite que as reações prossigam, mas não tem energia química para a realização do trabalho biológico Características dos substratos utilizados como fonte de energia durante o exercício Fontes de energia Energia liberada na quebra das reações químicas Alimentos são compostos por: carbono, hidrogênio e nitrogênio Ligações fracas -> pouco energia Alimentos não são utilizados de forma direta de energia Energia dos alimentos são liberadas para o interior da célula e armazenada na forma de composto altamente energético Dos alimentos a energia é liberada em forma de carboidratos e gorduras, asproteínas vão ter função de enzimas (fornece pouca energia para o metabolismo) CARBOIDRATOS Composição: CARBONO , HIDROGÊNIO E OXIGÊNIO Fórmula Geral (CH2O)n -> n= 3 a 7 átomos de carbono e o hidrogêio e oxigênio ligados por apenas uma ligação Principal fonte: plantas (energia solar) e animal (lactose e parte do glicogênio animal) CARBOIDRATOS Classificação: Monossacarídeos Oligossacarídeos (Dissacarídeos) Polissacarídeos CARBOIDRATOS Monossacarídeos Unidade básica dos carboidratos Glicose, frutose e galactose Glicose(dextrose ou açúcar do sangue): formado naturalmente no alimento ou no corpo. C6H12O6 Frutose e galactose: açúcar simples, ligação de C-H-O diferente – características diferentes Frutose (açúcar das frutas ou levulose), mais doce. Ex: frutas e mel. Transformada em glicose pelo fíagado Galactose – não existe livremente na natureza. Combinação com a glicose forma a leite. CARBOIDRATOS Oligossacarídeos União de 2 a 10 monossacarídeos Principal é o Dissacarídeo ou açúcar duplo e simples = 2 moléculas de monossacarídeos Comercialmente são: açúcar mascavo, melado, xarope de fruta, melaço, malte de cervada, açúcar invertido, mel. CARBOIDRATOS Oligossacarídeos SACAROSE LACTOSE MALTOSE GLICOSE + FRUTOSE – mais comum. Ex: beterraba, cana de açúcar, açúcar mascavo GLICOSE + GALACTOSE – não é encontrado nas plantas. Ex: leite GLICOSE + GLICOSE – Ex: cerveja, sementes, açúcar do malte CARBOIDRATOS Polissacarídeos União de 3 a milhares de moléculas de açúcar Formados por desidratação Vegetais: amido e fibras – celulose (plantas) Ex: folhas, caules, raízes, sementes e cascas das frutas, milho, cereais, massas Animal: glicogênio – armazenado dentro do músculo e do fígado dos mamíferos Tipos de Carboidratos Componentes Fontes Alimentares Monossacarídeos Glicose Açúcar Frutose Frutas, mel Galactose Leite Dissacarídeos Sacarose Beterraba, cana de açúcar, açúcar mascavo, mel,etc. Lactose Leite Maltose Derivados do malte e cereais. Polissacarídeos Amido Sementes,milho, grãos, cereais, feijão, batatas, ervilha, raízes Celulose Plantas (folhas, caules, raízes, sementese cascas das frutas). Glicogênio Tecido animal. Papel dos carboidratos Fonte de energia Catabolismo da glicose e do glicogênio muscular aciona os elementos contráteis do músculo Carboidrato em excesso pode ser transformado em glicogênio muscular e hepático Armazenamento máximo são transformados em gorduras Papel dos carboidratos Preservação das proteínas Consumo de proteína na falta de glicogênio -> Redução de massa muscular e sobrecarga renal Ativador metabólico/previne cetose Funciona como substrato ativador para a oxidação das gorduras. A falta de glicogênio causa a mobilização das gorduras e decomposição incompleta -> acúmulo de corpos cetônicos -> acidose corporal (diabético, dieta inadequada, exercícios prolongados) Papel dos carboidratos Combustível para o SNC Fonte de combustível quase que exclusiva Única fonte de energia para as hemácias Hipoglicemia : glicose < 45mg. Fraqueza, fome,, confusão mental e vertigem. Casos graves coma. Carboidratos no exercício Intensidade alta Primeira fonte de energia (glicogênio e glicose) 1h de exercício -> diminuição de 55% do glicogênio hepático 40 min. -> captação de glicose aumenta em 7 a 20 vezes Intensidade moderada Energia fornecida pelo glicogênio no início do exercicio 20 min quem fornece energia é o glicogênio hepático e muscular – 40 a 50% Após os carboidratos é catabolizado as gorduras e pequena parte de proteína Após 90 min. Pode haver hipoglicemia LÍPIDIOS Mesmo elementos de um carboidrato -> diferente na ligação e no número de átomos. São encontradas nas plantas e animais Insolúveis em água Solúveis nos solventes orgânicos não polares: acetona, éter, clorofórmio e benzeno Classificação: Lipídios simples Lípídios compostos Lipídios derivados LÍPIDIOS SIMPLES “ Gorduras neutra” – não possuem grupos carregados eletricamente Mais conhecido: Triacilgliceróis ou triglicerídeos Não possui afinidade pela água Principal forma de armazenamento da gordura nas células adiposas Constituição: GLICERAL (não é lipídio)+ ÁCIDOS GRAXOS Triglicerídios LÍPIDIOS SIMPLES Ácidos Graxos Saturados Insaturados Alimentos é uma mistura dos ácidos graxos ÁCIDOS GRAXOS SATURADOS Ligações simples entre os carbonos Saturado porque se fixa a quase todos os hidrogênios Ocorre principalmente nos produtos animais Carne bovina (52%), carneiro, porco, galinha Ocorre também: gema de ovo, gorduras lácteas do leite, manteiga (62%) e do queijo Ocorre nos produtos vegetais Óleo de coco, folhas da palmeira, manteigas vegetais, margarina hidrogenada ÁCIDOS GRAXOS INSATURADOS “ Insaturados” em relação ao hidrogênio Classificação: Monoinsaturados: ligação única da cadeira de carbono Ex: óleo de canola, azeite de oliva (77%), óleo de amendoim, amêndoas, abacate Poliinsaturados: duas ou mais ligações duplas na cadeira de carbono. Ex: óleo de açafrão, girassol, soja, milho Encontra-se nos óleos vegetais e animais LÍPIDIOS COMPOSTOS 10% gordura corporal Composto por triacilgliceróis + substâncias químicas Formados por: fosfolipídios Glicolipídios lipoproteínas LIPÍDIOS COMPOSTOS Fosfolipídios Ácido graxo + fósforo + nitrogênio Sintetizado pelo fígado Funções: Modula o movimento dos líquidos através das membranas celulares Mantem a integridade estrutural da célula Papel importante na coagulação Integridade estrutural à bainha de mielina -> isolante que circunda as fibras nervosas LIPÍDIOS COMPOSTOS Glicolipídios Ácido graxos + carboidratos + nitrogênio Lipoproteínas Hidrosolúveis formada no fígado Principal meio de transporte de lípídios para o sangue HDL – alta densidade -> 50% proteína, 20% lipídios total, 20% colesterol LDL - baixa densidade – 60 a 80% do colesterol total -> afinidade pela parede arterial LIPÍDIOS DERIVADOS Gorduras simples e compostas Mais conhecido COLESTEROL (tecido animal) COLESTEROL: Não contém ácidos graxos Encontrado externamente na membrana plasmática de todas as células Origina-se através da dieta (colesterol exógeno) ou síntese celular (endógeno) 70% do colesterol corporal sintetizado pelo fígado, paredes das artérias e intestino Aumenta com dieta rica em ácidos graxos saturados Função do colesterol: Construção das membranas plasmáticas Precursora na síntese da vitamina D Precursora na síntese dos hormônios das glândulas suprarenais Precursora na síntese dos hormônios sexuais (estrogênio, andrôgenos e progesterona) Papel na formação das secreções biliares Formação dos tecidos, órgãos e estruturas corporais durante o desenvolvimento fetal Fontes: Gema de ovo, carnes vermelhas, carnes de vísceras, crustáceos (camarão), produtos lácteos (sorvete, queijo cremoso, manteiga, leite integral) Alimentos de origem vegetal não contêm colesterol Função da gorduras Reserva corporal de energia Proteção dos órgãos vitais Isolamento térmico nos ambientes frios Preservação das proteínas Carreadoras das vitaminas (A, D, E e K) Depressor da fome Gorduras durante o exercício 30 a 80% da energia para atividade física (estado nutricional, aptidão, intensidade e duração do exercício) ↑ fluxo sanguíneo no tecido adiposo durante o exercício -> acelera a liberação de AGL -> entregues ao músculo. Estimula a glicogênio muscular -> ↑ intensidade do exercício, NÃO há aumento do AGL (queda nos níveis plasmáticos) Gorduras durante o exercício IMPORTANTE: dieta rica em gorduras induz adaptações enzimáticas -> aceleram a oxidação das gorduras durante o exercícios submáximo. Não traduz o melhor desempenho nos exercícios. Gorduras durante o exercício Exercício leve a moderado Energia dos ácidos graxos liberados dos triacilgliceróis Início queda de AGL devido a captação de energia pelos músculos ativos -> segue a maior liberação de AGL devido: Estimulação hormonal pelo sistema nervoso simpático Redução nosníveis plasmáticos de insulina Exercício moderados Proporções iguais de gorduras e carboidratos suprem a energia Exercício com mais de 1h – catabolismo das gorduras supre gradualmente um maior percentual de energia -> coincide com a depleção de glicogênio. CARBOIDRATO COMO GATILHO -> ENERGIA DURANTE O EXERCÍCIO Exercício prolongado 80% da energia total necessária ↑ catabolismo da gordura -> ↓ açúcar sanguíneo e reduções de insulina -> ↑ ↑ na produção de glucagon -> reduz o catabolismo da glicose e tem efeito inibidor sobre a quebra dos ácidos graxos longos e estimula liberação de Agl -> ENERGIA PROTEÍNAS Compostos: carbono, oxigênio e hidrogênio 16% de nitrogênio + enxofre + fósforo + cobalto + ferro + de 50 aminoácidos = PROTEÍNA Formação: Radical AMINO (NH2) + ÁCIDO ORGÂNICO (COOH) e cadeia lateral (grupo R) PROTEÍNAS Tipos de proteínas Aminoácidos essenciais (8) – indispensáveis – encontrados na alimentação Leucina, isoleucina, lisina, fenilalanina, treonina, triptofano, valina, metionina Aminoácidos não essenciais (9) – produzido pelo corpo Alanina, ácido aspártico, ácido glutâmico, cisteína, glicina, glutamina, hidroxiprolina, prolina, serina e tirosina. Proteínas completas (superior em qualidade): aminoácidos essenciais na quantidade e relação corretas Proteínas incompletas: não possuem um ou mais aminoácidos essenciais Função das proteínas É encontrado no plasma, tecido visceral e músculo. Não há reservatório Síntese de tecidos: Contribuição para a estrutura tecidual. 12 a 15% da massa corporal Ativam as vitaminas -> regulação metabólica e fisiológica Anabolismo tecidual Formação das membranas celulares Aceleram as reações químicas Regulam o catabolismo de nutrientes Coagulação sanguínea (trombina, fibrina, fibrinogênio) Regulação ácido – base dos líquidos corporais Contração muscular (actina e miosina) Proteínas e exercício A obtenção de energia alcança seu nível mais alto durante o exercício com a depleção de glicogênio. IMPORTANTE: Os carboidratos tem papel essencial na preservação das proteínas ou seja disponibilidade de carboidratos afeta a demanda de reserva de proteínas no exercício. VITAMINAS Substâncias orgânicas Necessidade mínimas do organismo Nutrientes acessórios -> não fornecem energia e não contribuem para a massa corporal Corpo não produz as vitaminas, exceção da vit. D. Fornecimento atrás da dieta e suplementação VITAMINAS Tipo de vitaminas Lipossolúveis -> A, D, E, K Dissolve e permanece nos tecidos adiposos -> elimina a necessidade de ingeri-las diariamente Fígado armazena vit. A, D e K e vit. E distribui-se pelos tecidos adiposo do corpo Fonte de vitaminas: lipídios dietéticos Dieta “isenta de gordura” pode acelerar a insuficiência da vitamina lipossolúvel Não deve ser consumido em excesso. Excesso de vit A Gravidez -> risco aumentado de defeitos de nascença in utero Crianças –> proeminência das fontanelas, visão dupla, vômitos, sonolência Adultos -> náuseas, cefaléia, sonolência, visão embolada, queda de cabelos, diarréia, perda de cálcio. Excesso de vit D -> lesão renal VITAMINAS Tipo de vitaminas Hidrossolúveis -> C, complexo B (B1 – tiamina, B2- riboflavina, B3 - niacina, B5 - ácido pantolênico, B6 – piridoxina, B12 - cobalamina, biotina, ácido fólico) Atua como coenzimas Constituição: carbono, hidrogênio, oxigênio, hidrogênio, metais (ferro, milibdênio, cobre, enxofre e cobalto) Dispersam nos líquidos corporais e não são armazenados Excesso vit hidrossolúveis -> eliminado na urina Papel importante no metabolismo energético Papel da vitaminas Controlam a síntese tecidual Protegem a integridade da membrana plasmática Vitaminas e exercício Coenzimas Vitaminas e exercício Suplementos vitamínicos revertem os sintomas quando existe deficiência Suplementos não aprimoram o desempenho nos exercícios Funcionam como coenzimas durante o catabolismo do carboidrato.
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