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Substratos Energéticos Para Exercício Físico INTRODUÇÃO • A especificidade metabólica do exercício (e do treino) é baseada na compreensão da produção de energia (e da sua utilização) pelos sistemas energéticos • Programas de treino eficientes devem ser desenhados a partir do conhecimento do processo de produção de energia para tipos específicos de exercício TERMINOLOGIA • ENERGIA: – Habilidade ou capacidade de produzir trabalho – Energia mecânica, eletromagnética, calor, energia nuclear, solar – A transformação de uma forma de energia em outra é fundamental em quase todas as atividades – Nos sistemas biológicos, a transformação de energia química em energia mecânica é crucial para a concretização do movimento corporal TERMINOLOGIA • BIOENERGÉTICA: • É o fluxo de energia no sistema biológico • Se relaciona primeiramente com a transformação dos alimentos (moléculas grandes de hidratos de carbono, proteínas e lípidos) em energia biologicamente utilizável • A quebra das ligações químicas destas moléculas libertam a energia necessária para a realização do trabalho (por exemplo, a atividade muscular) TERMINOLOGIA • CATABOLISMO: • É a quebra de moléculas grandes em moléculas menores, com libertação de energia – Exemplo: quebra proteica em aminoácidos • ANABOLISMO: • É a síntese de moléculas maiores a partir de moléculas menores. Ocorre com consumo de energia – Exemplo: formação proteica a partir de aminoácidos TERMINOLOGIA • REAÇÕES EXOTÉRMICAS: – Se relacionam com reações que libertam energia (normalmente são catabólicas) • REAÇÕES ENDOTÉRMICAS: – Se relacionam com reações que consomem energia (normalmente são anabólicas) TERMINOLOGIA • METABOLISMO – É o resultado total do catabolismo (reações exotérmicas) e do anabolismo (reações endotérmicas) – A energia derivada das reações catabólicas (exotérmicas) é utilizada para promover a anabolismo (endotérmicas) através de uma molécula intermediária, o ATP TERMINOLOGIA • ADENOSINA TRIFOSFATO: • Molécula que permite a transferência de energia de uma reação exotérmica para a realização da contração • Sem fornecimento adequando de ATP, a atividade e crescimento muscular podem ficar comprometidos • É composto por: – 1 molécula de Adenosina (base de nitrogénio ligada a um açúcar- ribose) – 3 fosfatos • A remoção (por hidrólise) de um grupo fosfato origina o ADP (adenosina di- fosfato) • A hidrólise do grupo fosfato restante dá origem a AMP (adenosina monofosfato) ATP • Fornece energia para a contração muscular e para o movimento humano • Molécula de grande energia – Porque armazena grandes quantidades de energia química nas ligações entre a adenosina e os fosfatos • Os músculos têm uma capacidade de armazenamento limitada de ATP (80 a 100g, suficientes para um srint de 50m) – A atividade (contração muscular) requer um fornecimento constante de ATP de forma a garantir a continuidade da contração. • Processos de produção de ATP ocorrem dentro da célula muscular ATP ADP+ Pi+Energia • Miosina ATPase: enzima que quebra a ligação do ATP e que forma ADP + Pi, processo com grande libertação de energia • É a única forma através da qual a energia proveniente dos nutrimentos ingeridos é utilizada pela célula BIOENERGÉTICA METABOLISMO DO MÚSCULO Músculo tem quantidade limitada de ATP, suficiente apenas para alguns segundos de contração Mecanismos para a sua ressíntese funcionam para permitir a continuidade da atividade muscular Vias metabólicas para a Ressíntese de ATP • Sistema fosfagénico (sistema ATP-CP) • Glicólise • Fosforilação Oxidativa (sistema oxidativo) • Vias que não usam O2 (Anaeróbia) • Formação de ATP pela degradação da creatina fosfato (Sistema Fosfagénico) • Formação de ATP pela degradação da glicose e do glicogénio (Glicólise) • Via que usa O2 (Aeróbia) • Forforilação Oxidativa Sistema Fosfagéncio (ATP-CP) • Método mais simples e mais rápido para formar ATP • Fornece ATP para atividades de grande intensidade e curta duração – De 5 a 10 segundos: exemplo são corridas de 100 metros • Concentrações intramusculares são 5 a 6 x a quantidade de ATP – Fibras do tipo 2 contêm maior quantidade • Envolve a doação de um Fosfato e de sua ligação energética com a Creatina para uma molécula de ADP CP + ADP ATP + C Creatina quinase • Outra reação importante do sistema fosfagénico é a reação da mioquinase – Reação que fornece ATP imediatamente pela conjugação de 2 ADPs – AMP é um importante sinalizador da GLICÓLISE 2ADP Mioquinase ATP + AMP Sistema Fosfagénico (ATP-CP) Controlo do Sistema Fosfagénico • Creatino Quinase regula primeiramente a quebra do Fosfato de Creatina • A concentração sarcoplasmática aumentada de ADP promove a atividade da creatino quinase, – O aumento das concentrações de ATP inibe a atividade da enzima – No início do exercício, o ATP é hidrolizado em ADP (miosina ATPase), libertando energia para a contração muscular – O aumento das concentrações de ADP ativa a Creatino Quinase para catalisar a formação de ATP a partir da quebra do CP – A atividade da Creatino Quinase permanece elevada se o exercício continuar em alta intensidade – Se o exercício for interrompido ou mantido em intensidade baixa (que permita o funcionamento da glicólise ou do sistema oxidativo para fornecimento de ATP) as quantidades aumentadas de ATP no sarcoplasma reduzirão a atividade da creatino quinase “Fábrica” do ATP-CP • Enquanto que nas células musculares o sistema ATP-CP é utilizado para a ressíntese do ATP, outra fonte de energia é ativado: GLICÓLISE • O sistema fosfagénico é a via imediata para ressíntese do ATP. Como a sua quantidade é limitada, outra fonte de ATP torna-se indispensável para a continuidade da contração muscular Glicose GLICÓLISE • 2ª via metabólica • Esta via produz ATP rapidamente sem O2 • Envolve a degradação dos Hidratos de Carbono (glicogénio armazenado no músculo ou glicose disponível através do sangue) para produzir ATP • Ocorre no sarcoplasma da célula muscular e envolve reações catalisadas por enzimas localizadas no sarcoplasma • 1 molécula de glicose produz 2 moléculas de ATP e 2 moléculas de Ácido Láctico ou Pirúrvico • 1 molécula de glicogégio produz 3 de ATP e 2 de Ácido Láctico ou Pirúrvico Fontes de Glicose • A glicose entra diretamente nas células musculares a partir do sangue (importância do exercício físico nos Diabéticos, transportadores de membrana específicos –GLUT 4) • A glicose é produzida por hidrólise do glicogénio, encontrado nas células musculares e no fígado Músculo Vaso • Durante a glicólise, o piruvato (subproduto do metabolismo da glicose) é convertido em ácido lático providenciando ATP de forma rápida comparativamente à situação em que o piruvato é transportado para a mitocondria e usado no sistema oxidativo (cadeia transportadora de eletrões) – No treino de força, a necessidade de ATP é elevada e por isso o piruvato é transformado em lactato – Se a demanda de ATP não é demasiado elevada e se há oxigénio presente, o piruvato é transportado para a mitocóndria (ciclo de Krebs e cadeia transportadora de eletrões) Glicólise: quebra da molécula de glicose e glicogénio para formar ATP Produtos finais da glicólise: 2 ou 3 moléculas de ATP Piruvato 2 Piruvato Vaso 2 Ácido pirúrvicoGlicólise Ocorre durante períodos em que a disponibilidade de O2 intramuscular é reduzida. Não havendo O2, o piruvato é convertido em ácido láctico – O ácido láctico é o produto final da cadeia anaeróbia O2 Acido láctico Vaso Produção excessiva de ácido láctico é sinónimo de fadiga muscular Ocorre um aumento correspondente do ião de Hidrogénio • Inibidor de: • Reações glicolíticas, • Ligação Cálcio-Troponina • Funcionalidade enzimática Ácido lático é convertido em Lactato (sal), forma pela qual passa a ser usado como substrato energético pelas fibras tipo 1 e pelo músculo cardíaco Lactato também é usado no processo GLUCONEOGÉNSE formação de glucose a partir do lactato durante exercícios de longa duração e na fase do repouso/recuperação Ácido Lático A remoção do lactato sanguíneo relaciona-se com a recuperação da homeostasia e pode ocorrer: • Na fibra muscular em que foi produzido • Transportado para o fígado e convertido em glicose • As concentrações de lactato voltam aos valores de baseline em até 1 hora após o término do exercício • Exercício de intensidade leve ajuda no “cleareance” do lactato • Pico de lactato ocorre aproximadamente 5 min após ao término da atividade • Acúmulo maior de lactato em exercícios intermitentes de alta intensidade Ácido Lático Piruvato Via Aeróbia Quando há O2 na célula muscular, o Piruvato sofre uma série de reações até se transformar em Acetil-CoA, que na mitocôndria, após ser “processado” pelo ciclo de Krebs em NADH, entra para a cadeia transportadora de eletrões, onde finalmente é transformado nos produtos finais: Água, CO2 e 36 moléculas de ATP 36 O2 O2 O2 O2 Acetil-Coa Conversão do Piruvato em Acetil CoA O2 O2 Oxigénio na Célula – O oxigênio está disponível para as células musculares através de 2 meios diferentes: • Entra diretamente nas células musculares a partir do sangue • É armazenado na mioglobina (proteína de fixação do O2) SISTEMA OXIDATIVO • É a fonte primária de ATP em repouso e durante atividades de baixa intensidade • Usa primariamente hidratos de carbono (30%) e gorduras (70%) como substrato • As proteínas não são metabolizadas de forma significativa, excepto em exercícios com duração superior a 90 minutos Produção Aeróbia de ATP: FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA • Ocorre no interior das mitocóndrias • Envolve 2 vias metabólicas interactivas: • Ciclo de Krebs: – Função Primária: terminar a oxidação (remoção de H+) através do uso do NAD ou FAD como transportadores de H+, que contém energia, para dentro da cadeia transportadora de eletrões. – Aqui o O2 não tem função • Cadeia transportadora de eletrões: – Função Primária: síntese do ATP (ADP +Pi: ATP) – Aqui o O2 liga-se com o H para formar água Fosforilação Oxidativa • Processo com 3 etapas: 1. Formação do Acetil-Coa 2. Oxidação do Acetil-Coa dentro do Ciclo de Krebs 3. Fosforilação Oxidativa na cadeia transpostadora de eletrões, onde se forma o ATP Glicólise Anaeróbia Fosforilação Oxidativa ATP-CP 36 ATP 2/3ATP 1 ATP Quantidade de ATP formada por cada via metabólica Oxidação Lipídica • As gorduras também servem de substrato • Os lípidos são armazenados como triglicerídeos (TG) no tecido adiposo • TG são quebrados pela enzima LIPASE HORMONA SENSITIVA em ácidos gordos livres (AGL) que podem entrar na fibra muscular • Adicionalmente, quantidades limitadas de TG são armazenadas no próprio músculo e pela ação da enzima semelhante a LIPASE HORMONA SENSITIVA podem ser transformadosem em AGL e metabolizados • Os AGL entram na mitocóndria onde sofrem a BETA OXIDAÇÃO, uma série de reações em que os AGL são quebrados até AcetilCoA e hidrogénio. A AcetilCoa entra diretamente no ciclo de Krebs (NADH e FADH) e na cadeia transportadora de eletrões produzindo uma grande quantidade de ATP Oxidação Proteica • Não significativa como fonte de energia para as atividades físicas • As proteínas podem ser quebradas em aminoácidos por diferentes processos metabólicos e transformados em glicose (processo conhecido como gluconeogénese), piruvato ou outros intermediários da produção de ATP do ciclo de Krebs • A contribuição do AA em exercícios de curta duração é mínima e é de cerca de 3 a 18% em atividades prolongadas • Os AA mais usados como substrato energético são leucina, isoleucina e valina • O resíduo de nitrogénio é eliminado sob forma de uréia e amónia (amónia associada à fadiga) • O ácido láctico presente no citoplasma é novamente convertido em Piruvato, que entra no ciclo de Krebs produzindo ATP que será utilizado para formar novamente fosfato de creatina • O glicogênio é armazenado a partir da glucose • O oxigênio adicional une-se a mioglobina Recuperação Quais são os substratos utilizados durante o exercício? • A regulação do substrato energético durante o exercício encontra-se sob um controlo complexo e depende de vários fatores, incluindo a dieta, intensidade e duração do exercício • Em geral, os HC são utilizados como a principal fonte de substrato energético durante o exercício de alta intensidade • Nos exercícios prolongados, ocorre um desvio gradual do metabolismo dos HC para o metabolismo dos lípidos • As proteínas contribuem com menos de 2% do substrato utilizado no exercício com menos de 1 hora de duração • No exercício prolongado (3 a 5 horas), a contribuição total das proteínas ao suprimento de substrato pode atingir 5-15% nos minutos finais do trabalho Suplementação de Creatina e Desempenho no Exercício • A “quebra”da creatina-fosfato pode limitar o desempenho durante o exercício de curta duração e de alta intensidade (exemplo, corrida de 50 metros) por não haver “estoques” suficientes de creatina-fostato no músculo • Alguns atletas ingerem grandes quantidades de creatina (20g/dia) para aumentar o “estoque” de creatina-fosfato muscular • Esta suplementação de creatina demonstrou melhorar o desempenho durante o exercício de curta duração e alta intensidade (resultados controversos) • Resultado: a suplementação de creatina vem sendo praticada por muitos atletas • Indicações e contraindicações ????
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