Bioenergética e Metabolismo Celular

Prévia do material em texto

Universidade Federal Fluminense
Fisiologia do Movimento I
Bioenergética
Jônatas Silveira de Almeida
Introdução
Nosso corpo está constantemente passando por reações bioquímicas, denominadas metabolismo. Esse metabolismo pode ter um caráter anabólico (síntese de moléculas) ou catabólica (quebra de moléculas).
Para a vida a energia é essencial, sendo assim todas as células necessitam dela. Sabiamente as células apresentam mecanismos capazes de converter os componentes dos alimentos (carboidratos, gorduras e proteínas) em energia biologicamente utilizável. Esse fenômeno é conhecido como bioenergética. Com isso, podemos realizar diversas atividades ao longo do nosso dia, sendo assim, a bioenergética se faz importante para entendimento de por exemplo, por que nosso corpo as vezes se vê incapaz de realizar uma contração de maneira eficaz.
- Estrutura celular: para o entendimento de algumas reações que ocorrem no nosso organismo é importante o entendimento básico das funções celulares. Podemos dividir a célula em três principais componentes, são eles:
a. Membrana celular: barreira semipermeável que separa o meio intracelular do extracelular. Tal componente é responsável por permitir e selecionar a passagem de substâncias para dentro da célula, além de apresentarem receptores capazes de sinalizar o interior da célula.
b. Núcleo: onde está presente o material genético celular. Os genes são responsáveis por regular a síntese proteica, funções celulares específicas e a composição celular.
c. Citoplasma: localizado na porção intracelular, é um material fluido. Nele encontraremos as organelas celulares. Uma organela que devemos olhar com atenção é a mitocôndria, pois está participa ativamente nas reações capazes de transformar os nutrientes em energia.
1.1 Transformação da energia biológica: toda energia existente na terra vem do Sol. Os animais não são capazes de aproveitá-la diretamente, diferentemente das plantas, as quais conseguem utiliza-la e assim formar carboidratos, por exemplo. Nós, animais, por meio da ingestão dos vegetais e de outros animais iremos conseguir substratos necessários para a produção de energia. A energia química que obtida pela alimentação será convertida em outras formas e energia em nosso organismo, como a energia mecânica necessária para a locomoção. 
- Reações bioquímicas celulares: a produção de energia vem da quebra das ligações químicas. Quando uma ligação apresenta um grande potencial energético é denominada “ligação de alta energia”. Podemos observar alguns tipos específicos de reações, como: reações endergônicas, essas precisam de energia para que sejam iniciadas; reações exergônicas, essas liberam energia; reações acopladas, nesse caso há reações conectadas na qual uma das reações irá depender da energia liberada na outra.
- Reações de oxidação-redução: quando há remoção de um elétron de um átomo ou molécula a reação é conhecida como oxidação, e quando há adição é conhecida como redução. Essas reações são exemplos de reações acopladas e sempre serão, pois para uma molécula perder elétron (agente redutor) é necessário que uma molécula ganhe elétron (agente oxidante). Nas células, essas reações, geralmente, envolvem transferência de átomos de hidrogênio. Moléculas importantes nas reações de oxidação-redução são: FAD e NAD. 
- Enzimas: são as responsáveis na regulação das reações metabólicas, podendo acelerar os processos e até diminuí-los. Uma reação se inicia quando há energia de ativação suficiente, as enzimas irão atuar como catalisadores, diminuindo a energia de ativação, sendo assim aumentado a velocidade da reação em questão. Entretanto, alguns fatores podem influenciar a atividade enzimática, como por exemplo a temperatura e o pH, pois elas apresentam valores ótimos para a sua atuação. 
1.2 Combustíveis para o exercício: o nosso organismo utilizará os macronutrientes (carboidratos, gorduras e proteínas) para que seja possível o fornecimento de energia. Desses nutrientes o que apresentará menor participação durante o fornecimento de energia serão as proteínas.
a. Carboidratos: composto por oxigênio, hidrogênio e carbono, apresenta como fórmula geral (CH2O)n, com “n” variando de 3-7 átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio ligados por ligações simples. Obtemos o carboidrato da dieta por fonte vegetal, com exceção da lactose e de uma pequena quantidade de glicogênio de origem animal. Eles são classificados de três formas: 
- Monossacarídeos: estrutura mais simples, podendo ser glicose, frutose ou galactose. 
- Dissacarídeos: formado pela união de dois monossacarídeos, podendo ser: lactose (glicose + galactose); sacarose (glicose + frutose); maltose (glicose + glicose). 
- Polissacarídeos: formadas por no mínimo 3 moléculas de monossacarídeos. O principal polissacarídeo da dieta é o amido. 
Em nosso organismo, iremos utilizar o carboidrato ingerido e absorvido para a produção de energia imediatamente ou poderemos armazenar, como estoque energético, na forma de glicogênio. 1 g de carboidrato fornece cerca de 4 kcal.
b. Gorduras: diferente do carboidrato, podemos ter fontes significativas de gordura dietética de origem animal quanto vegetal. 1 g de gordura rende cerca de 9 kcal, por isso observamos que a reserva de gordura do organismo é um combustível ideal para o exercício prolongado. Ela pode ser classificada em 4 grupos: ácidos graxos, triglicerídeos, fosfolipídios e esteroides. Vemos o ácido graxo o tipo primário de gordura utilizado pelas fibras musculares para a produção de energia. O armazenamento no corpo ocorre sob a forma de triglicerídeos. Os fosfolipídios não são utilizados para obtenção de energia pelo músculo durante um exercício. 
c. Proteínas: conjunto de aminoácidos ligados por ligações peptídicas. O organismo humano necessita de 20 aminoácidos para formar proteínas, tecidos, enzimas, entre outros. Desses aminoácidos 9 são essenciais, ou seja, necessita da obtenção por meio da alimentação. Cerca de 60-75% das proteínas de um adulto são encontradas nos músculos esqueléticos. 
Desenvolvimento 
2.1 Fosfatos de alta energia: fonte imediata de energia, sendo utilizada para, por exemplo, contração muscular. Conhecido como ATP. Sua formação ocorre quando um ADP se liga a um fosfato inorgânico. Conhecido como um doador de energia universal, libera energia quando há quebra da sua terceira ligação com o fósforo. A conversão do alimento em energia gera ATP que pode ser utilizada para ativar reações endergônicas que geram ATP e por sua vez podem ativar outras reações. 
2.2 Bioenergética: as células musculares requerem energia a todo momento, devido suas contrações. Em meio um exercício físico temos que fornecer ATP de maneira rápida e eficiente. Pode haver produção por vias distintas como: quebra de fosfocreatina (PC); glicólise; formação oxidativa. As vias sem utilização de oxigênio são denominadas anaeróbias, enquanto as que necessitam de oxigênio aeróbias.
- Produção anaeróbia de ATP: maneira mais rápida de formar ATP é a fosfocreatina doar um grupo fosfato ao ADP (havendo uma ressíntese do ATP). Sendo esta reação catalisada pela creatina quinase. Entretanto observamos que uma pequena quantidade de PC é armazenada no músculo, fazendo então, com que a quantidade não seja suficiente para manter a ressíntese por longos períodos. Observamos então que esse sistema ATP-CP é capaz de fornecer energia para contração muscular no início do exercício (cerca de 5s), não sendo capaz de mantê-lo por longos períodos. 
Um outro caminho possível para a produção de energia de maneia anaeróbia é a glicólise, podendo depois a reação se estender à produção aeróbia caso haja a produção de duas moléculas de piruvato. Entretanto, em si, de maneira liquida há a produção de duas moléculas de ATP como saldo desse fenômeno, o qual utiliza como substrato a glicose. A respiração anaeróbia terá como produto, além do ATP, lactato, enquanto a respiração aeróbia o piruvato, o qual dará sequência em outras reações que tambémgerarão energia. 
Entretanto, no caso da produção de ATP de maneira rápida, em específico, a via de glicólise utiliza é a da respiração anaeróbia, produzindo lactato além de ATP. E mesmo nesse caso, a duração do exercício será limitada. Se compararmos a utilização da glicose na respiração aeróbia x anaeróbia veremos um salto de mais de 10x produção de ATP na via aeróbia. 
- Produção aeróbia de ATP: a produção de ATP irá ocorrer no interior das mitocôndrias, na interação de duas vias metabólicas: ciclo de Krebs e cadeia respiratória. O ciclo de Krebs irá completar a oxidação dos macronutrientes utilizando NAD e FAD como transportadores de hidrogênio. O oxigênio estará presente na cadeia respiratória e não no ciclo de Krebs. O ciclo de Krebs será iniciado pelo acetil-Coa. Todos os três macronutrientes são capazes de entrar no ciclo de Krebs, pela oxidação, entretanto muda a maneira e etapas oxidativa até o metabolismo em questão. Por fim, todo o NADH e FADH gerado até o momento será útil na cadeia respiratória, para poder haver a formação de ATP (NADH = 2,5 ATP e FADH = 1,5 ATP). 
2.3 Controle da bioenergética: elas são reguladas principalmente por enzimas. Para que seja possível ocorrer uma reação, enzimas e substratos devem estar em concentrações ideias, com isso, quando ambos aumentam a velocidade da reação aumenta junto, o inverso acontece caso haja diminuição enzimática. As enzimas podem ser sinalizadas por diferentes mecanismos, como hormônios e concentrações de ATP.
- Controle do sistema ATP-CP: a creatina quinase é a responsável pela quebra de fosfocreatina. Tal enzima apresenta atividade aumentada quando as concentrações de ADP aumentam e é inibida quando as concentrações de ATP aumentam. 
- Controle da glicólise: a enzima mais importante e limitadora da velocidade da reação é a fosfofrutoquinase (PFK). Assim como no controle do sistema ATP-CP ocorre um feedback negativo, apresentando ativação da enzima quando aumentam as concentrações de ADP + Pi e é inibida quando as concentrações de ATP e elevados níveis de hidrogênio ou citrato. 
- Controle do ciclo de Krebs e cadeia respiratória: as enzimas que serão limitadoras são respectivamente: isocitrato desidrogenase e citocromo oxidase. Assim como nos casos anteriores, a ativação enzimática dependerá, sobretudo, das concentrações de ATP, ADP e Pi. 
2.4 Interação entre as produções aeróbia/anaeróbia de ATP: observamos importância na relação das reações aeróbias e anaeróbias devido a maioria dos exercícios físicos serem uma combinação de ambas as fontes de energia. O que podemos perceber é a predominância de um sistema de produção de energia, devido o tipo de exercício e sua duração.
Conclusão
É possível observar a importância da bioenergética para a fisiologia do exercício, a partir do momento em que se entende que a alimentação se relacionada com a capacidade de realizar tarefas, desde as mais simples, por meio da conversando dos macronutrientes em energia. Ademais vemos que características do exercício e suas consequências no organismo são capazes de influenciar as reações que envolvem a bioenergética por afetarem enzimas, como por exemplo, temperaturas aumentando ou diminuindo a atividade enzimática. 
Outro ponto interessante é observar que os diferentes tipos de exercício podem promover maior utilização de determinado substrato para a produção de energia. Além disso, vemos que mesmo que exista diferente formas de produção de ATP para a prática do exercício e ambos ocorrendo simultaneamente há predominância de determinados sistemas de produção, variando com as características dos exercícios. Sabendo disso, podemos adotar diferentes estratégias nutricionais visando aumentar a performance esportiva, trazendo benefícios não só para atletas mas como para os praticantes de atividades físicas. 
Referências 
POWERS, S.K. & HOWLEY, E.T. Fisiologia do Exercício – Teoria e Aplicação ao Condicionamento e ao Desempenho. 8a ed., São Paulo: Manole, 2014.
KENNEY, W.R., WILMORE, J.H. e COSTILL, D.L., Fisiologia do Esporte e do Exercício. 5a ed. Rio de Janeiro: Manole, 2013.
McARDLE, W.D., KATCH, F.I. e KATCH, V.L., Fisiologia do Exercício - Nutrição, Energia e Desempenho Humano. 8a ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2016.
Niterói, 2018