Aula Bioquímica aplicada às atividades físicas parte 2

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23/02/2018
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Bioquímica aplicada às atividades físicas
Eduardo Seixas Prado, Ph.D.
Como as reações catabólicas e anabólicas são 
controladas?
A importância dos hormônios e efetores alostéricos
Princípio da regulação metabólica
A importância dos hormônios
O controle da liberação de energia das reservas de carboidratos e 
lipídios durante o exercício, bem como a síntese de glicogênio e 
triglicerídios após as refeições, e a síntese da proteína muscular, são 
regulados em parte por hormônios. 
Princípio da regulação metabólica
A importância dos hormônios
Em relação a produção e armazenamento de energia, os seguintes 
hormônios são importantes:
Catecolaminas (adrenalina e noradrenalina);
Insulina;
Glucagon;
Hormônio do crescimento (GH);
Cortisol. 
Como a síntese de proteínas musculares é importante para manter ou 
aumentar a massa muscular, também é necessária uma avaliação dos 
papéis da insulina e da testosterona.
Princípio da regulação metabólica
A importância dos 
hormônios
Principais processos 
regulados por esses 
hormônios e também 
seu tecido alvo.
Princípio da regulação metabólica
Durante o exercício, há um aumento na secreção de catecolaminas (adrenalina e 
noradrenalina) circulantes, glucagon, GH e cortisol, enquanto os níveis de insulina
diminuem (curva vermelha). 
Princípio da regulação metabólica
Mudanças hormonais durante 2h de ciclismo a 70% VO2máx com e sem infusão de glicose
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Como consequência, há aumento na glicogenólise e glicólise no músculo e fígado, 
aumento da lipólise no tecido muscular e adiposo, aumento (após 20-30 minutos ou 
mais) na gliconeogênese no fígado e aumento da degradação protéica no fígado e 
músculo. 
Princípio da regulação metabólica
Mudanças hormonais durante 2h de ciclismo a 70% VO2máx com e sem infusão de glicose
O efeito líquido é que as concentrações circulantes de glicose permanecem 
constantes (pelo menos durante 60-90 minutos ou mais), enquanto que os ácidos 
graxos, glicerol e cetonas aumentam e os aminoácidos aumentam. Estas são as 
fontes de energia que podem ser utilizadas pelo músculo. 
Princípio da regulação metabólica
3-OHB (3-hydroxybutyrate): uma 
cetona
NEFA: non-esterified fatty acids 
(ácidos graxos sem glicerol)
Se uma bebida com carboidratos (como uma bebida esportiva), é ingerida durante o 
exercício, as alterações metabólicas são diferentes. Sob esta circunstância, os níveis 
de insulina aumentam enquanto há níveis mais baixos dos outros hormônios (curva 
verde).
Princípio da regulação metabólica
O efeito é redução da lipólise, da gluconeogênese e da degradação da proteína, 
enquanto que a glicólise é melhorada. Existe, portanto, um benefício para beber 
bebidas com carboidratos durante o exercício a partir de uma perspectiva de 
degradação de proteínas, mas não de uma perspectiva de oxidação de gordura.
Princípio da regulação metabólica
3-OHB (3-hydroxybutyrate): uma 
cetona
NEFA: non-esterified fatty acids 
(ácidos graxos sem glicerol)
A importância dos hormônios
Além dos efeitos dos hormônios sobre a disponibilidade de energia 
durante o exercício, é importante entender que os hormônios também 
regulam o processo de recuperação após o exercício.
Isso inclui não apenas ressíntese das reservas de glicogênio muscular 
para a próxima sessão de treinamento, mas também promoção da 
síntese protéica no músculo 
(para que a estrutura muscular possa se recuperar). 
Princípio da regulação metabólica
A importância dos hormônios
Além disso, quando as refeições são consumidas após o treinamento, 
os produtos de digestão e absorção devem ser incorporados no tecido 
corporal, como o armazenamento de carboidratos e lipídios e, claro, 
proteínas no músculo.
Mais uma vez, os hormônios ajudam a regular esses eventos pós-
prandiais (após uma refeição).
Porém, como os hormônios afetam o tecido alvo para mobilizar 
substratos energéticos, ajudando a recuperação e promovendo o 
armazenamento?
Princípio da regulação metabólica
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Os hormônios têm a capacidade de afetar a atividade de enzimas e, 
assim, podem "ativar" uma célula. 
A partir de uma perspectiva de ação hormonal, há três maneiras pelas 
quais os hormônios influenciam suas células alvo:
1) Através de receptores acoplados a proteína G 
(Catecolaminas)
2) Através de receptores com domínios citosólicos enzimáticos
(Hormônios peptídicos)
3) Através de receptores intracelulares 
(Hormônios esteróides)
Princípio da regulação metabólica
As catecolaminas e os hormônios peptídicos são lipofóbicos e, 
portanto, não conseguem passar através da membrana plasmática 
devido ao domínio interno da membrana que consiste em cadeias de 
ácidos graxos. 
Consequentemente, eles afetam suas células alvo, ligando-se aos 
receptores na superfície da membrana celular e, desse modo, 
influenciando a célula. 
As catecolaminas incluem: adrenalina e noradrenalina.
Os hormônios peptídicos incluem: insulina, glucagon e hormônio do 
crescimento (GH).
Princípio da regulação metabólica
Os hormônios esteróides são lipofílicos e, portanto, são capazes de 
passar pela membrana celular alvo e se ligar a uma molécula de 
receptor no citoplasma, a partir da qual a síntese protéica é 
estimulada. 
Exemplos incluem: cortisol, testosterona, estrogênio e 
progesterona.
Princípio da regulação metabólica
1) Através de receptores acoplados a proteína G 
(Catecolaminas)
Catecolaminas: são derivados de aminoácidos
Princípio da regulação metabólica
Naturalmente, os receptores acoplados a proteína G são estimulados
pela ligação de catecolaminas endógenas (adrenalina e
noradrenalina), ao domínio extracelular do receptor.
Receptores transmembrana acoplados a 
proteínas G intracelulares 
(receptores metabotrópicos)
É a classe de receptores mais abundante no corpo humano;
Esses receptores, expostos na superfície extracelular da membrana
celular, atravessam a membrana e possuem regiões intracelulares
que ativam uma classe de moléculas de sinalização, denominadas
proteínas G (assim chamadas em virtude de sua ligação aos
nucleotídios de guanina, GTP e GDP).
Receptores transmembrana acoplados a 
proteínas G intracelulares 
(receptores metabotrópicos)
Uma das principais funções das proteínas G consiste em ativar a
produção de segundos mensageiros, isto é, moléculas de sinalização
que transmitem o sinal fornecido pelo primeiro mensageiro (um
ligante endógeno ou um fármaco exógeno) a efetores
citoplasmáticos;
A via mais comum associada às proteínas G, consiste na ativação da
adenilil ciclase (efetor), que catalisa a produção do segundo
mensageiro, o 3', 5'-monofosfato de adenosina cíclico (cAMP).
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1) Através de receptores acoplados a proteína G 
(Catecolaminas)
Exemplos da ação de AMPc, através da ativação da proteína G e 
adenilil ciclase:
Ativação da glicogenólise através da ativação da fosforilase 
(pela adrenalina);
Ativação da lipólise através da ativação da HSL 
(também pela adrenalina);
Princípio da regulação metabólica
Ativação da lipólise
Através da ativação da HSL 
(pela adrenalina)
2) Através de receptores com domínios citosólicos enzimáticos
(Hormônios peptídicos)
A maior variedade de moléculas de sinalização em animais são 
peptídeos, variando em tamanho de apenas alguns a mais de cem 
aminoácidos. 
Este grupo de moléculas de sinalização inclui: hormônios peptídicos, 
neuropeptídeos e uma série de fatores de crescimento 
polipeptídeos.
Os hormônios peptídicos incluem: insulina, glucagon e hormônios 
produzidos pela glândula pituitária anterior (GH, hormônio folículo 
estimulante e prolactina).
Princípio da regulação metabólica
2) Através de receptores com domínios citosólicos enzimáticos
(Hormônios peptídicos)
Os neuropeptídeossão segregados por alguns neurônios, em vez dos 
neurotransmissores de moléculas pequenas, e incluem endorfinas. 
Os fatores de crescimento polipeptídeos incluem uma grande 
variedade de moléculas de sinalização que controlam o crescimento e 
a diferenciação das células animais.
Princípio da regulação metabólica
2) Através de receptores com domínios citosólicos enzimáticos
(Hormônios peptídicos)
Os hormônios peptídicos, neuropeptídeos e fatores de 
crescimento, também agem se ligando a receptores de superfície na 
membrana celular alvo e, assim, influenciando a atividade da célula 
alvo por meio de ativação de enzimas dentro da célula.
Porém, em outro tipo de receptor, tal como a família dos receptores 
com tirosina-cinase.
Exemplo: os receptores da insulina.
Princípio da regulação metabólica
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Exemplo de ação pelo receptor tirosina-cinase:
Síntese de glicogênio através da ativação da glicogênio sintase 
(pela insulina)
Durante a recuperação do exercício, e depois de consumir uma 
refeição contendo carboidratos, as concentrações de insulina se 
tornam elevadas em resposta a um aumento nos níveis de glicose no 
sangue. 
Assim, a insulina age nos receptores tirosina-cinase.
Princípio da regulação metabólica Receptores transmembrana com domínios 
citosólicos enzimáticos
Os receptores tipo
tirosina-cinase
Transduzem os sinais
extracelulares por um
domínio de interação
com o ligante na face
extracelular da
membrana plasmática e
um sítio ativo enzimático
na face citoplasmática.
Receptores transmembrana com domínios 
citosólicos enzimáticos
O domínio
citoplasmático é uma
proteína-cinase que
fosforila resíduos de
Tyr (tirosina) em
proteínas-alvo
específicas, tal como o
substrato do receptor
de insulina-1 (IRS-1 -
insulin receptor
substrate-1).
Receptores transmembrana com domínios 
citosólicos enzimáticos
A ativação da enzima
fosfoinositídeo-3-
cinase (PI3K) pelo IRS-
1 fosforilado sinaliza
(por meio da proteína
cinase B, PKB, também
chamada de Akt) o
movimento do
transportador de
glicose (GLUT4, glucose
transporter) para a
membrana plasmática, e
a ativação da glicogênio-
sintase.
Lipídio de membrana fosfatidilinositol-4,5-bifosfato (PIP2)
Lipídio de membrana fosfatidilinositol-3,4,5-trifosfato (PIP3)
Glicogênio-sintase-cinase (GSK3)
Receptores transmembrana com domínios 
citosólicos enzimáticos
Esse processo é
responsável pela ação
da insulina na síntese
de glicogênio e no
movimento de GLUT4
para a membrana
plasmática.
3) Através de receptores intracelulares 
(Hormônios esteroides)
Os hormônios esteroides são moléculas hidrofóbicas capazes de 
passar pela membrana celular e, assim, de se conectar ao seu 
receptor específico no citoplasma (receptores intracelulares). 
Os esteróides incluem: os hormônios sexuais (testosterona, 
estrogênio e progesterona), glicocorticoides (ex. cortisol) e 
mineralocorticoides (ex. aldosterona), e todos são sintetizados a 
partir do colesterol.
Princípio da regulação metabólica
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Receptores intracelulares
Em células-alvo (músculo esquelético, por exemplo), hormônios esteroides 
atravessam a membrana plasmática por simples difusão ...
...se ligam a receptores proteicos no núcleo ou no citoplasma...
...e exercem suas ações através de sua ligação a fatores de transcrição.
(fazem a transcrição do DNA em RNA e a tradução do RNA em proteínas).
Há dois tipos de receptores nucleares ligadores de esteroides:
Receptores intracelulares
(a) Receptores monoméricos tipo I (NR)
São encontrados no citoplasma, em um
complexo com uma proteína de choque térmico
(Hsp70);
Receptores para estrogênio, progesterona,
androgênios e glicocorticoides são desse tipo;
Quando o hormônio esteroide se liga, Hsp70 se
dissocia e o receptor dimeriza, expondo um
sinal de localização nuclear;
O receptor dimérico, com o hormônio ligado,
migra para o núcleo, onde se liga a um elemento
de resposta hormonal (HRE) e atua como
ativador de transcrição.
RNA-polimerase II (Pol II) é um fator de
transcrição.
Receptores intracelulares
(b) Receptores tipo II
Estão sempre no núcleo, ligados a um HRE no
DNA e a um correpressor que lhes torna
inativos;
O receptor do hormônio da tireoide (TR) é
desse tipo;
O hormônio migra pelo citoplasma e se
difunde através da membrana nuclear;
No núcleo ele se liga a um heterodímero
consistindo no TR e do receptor retinoide X
(RXR);
Uma mudança na sua conformação leva à
dissociação do correpressor e o receptor
então funciona como ativador de transcrição;
RNA-polimerase II (Pol II) é um fator de
transcrição.
A importância dos efetores alostéricos
Os hormônios não são os únicos reguladores da atividade enzimática 
em uma célula. 
Os efetores alostéricos (série de moléculas e íons) também são 
capazes de ativar enzimas inativas.
Exemplo: regulação da fosfofrutocinase (PFK) que controla a 
glicólise
Princípio da regulação metabólica
A importância dos efetores alostéricos
Ao sair do repouso ou de um sprint de 60/100 metros, onde o nível de 
glicólise é baixo, e passar para um sprint com maior distância, onde a 
atividade glicolítica é máxima, há necessidade de regulação alostérica para 
ativar rapidamente PFK.
A ativação da PFK é promovida pelo aumento dos níveis celulares de AMP e 
Pi, como seria esperado no início de um exercício (em verde). 
Princípio da regulação metabólica
A importância dos efetores alostéricos
A PFK é inativada quando os níveis de ATP são elevados (como é esperado 
em repouso ou baixos níveis de exercício), e também quando as concentrações 
de citrato são altas (em vermelho). 
OBS: Citrato sai das mitocôndrias quando o ciclo de Krebs está funcionando 
rapidamente.
Princípio da regulação metabólica