aula 2 BIOQUÍMICA DO MÚSCULO ESQUELÉTICO 2 [Modo de Compatibilidade]

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BIOQUÍMICA DO MÚSCULO 
ESQUELÉTICO
Profa. Patricia de Fátima Lopes
Profa. Patricia Appolinário
Composição Molecular dos 
Miofilamentos
• As miofibrilas do músculo estriado contêm quatro
proteínas principais: miosina, actina, tropomiosina e
troponina.
• Os filamentos grossos são formados de miosina e as
outras três proteínas são encontradas nos filamentos
finos.
• A miosina e a actina, juntas, representam 55% do total
de proteínas do músculo estriado (Junqueira & Carneiro,
1990).
Filamento grosso: Miosina
• Cada filamento grosso: ± 200 moléculas de miosina
• Miosina: cauda com forma de haste com duas cabeças
globulares nas extremidades com atividade de enzima
ATPase
• Cabeças de miosina interagem com filamentos finos
(actina) em regiões específicas formando pontes
cruzadas que geram tensão.
• Região central do filamento grosso é lisa
• A miosina tem três atividades biológicas
importantes:
– principal constituinte dos filamentos grossos;
– é uma enzima ATPase;
– liga-se à actina polimerizada.
• Essa equação global, que ocorre em uma série
de etapas independentes, fornece a energia
livre para contração muscular.
• A miosina pode ser vista como uma
mecanoenzima porque ela catalisa a
conversão de energia química a mecânica.
Filamento grosso: Miosina
• Filamentos finos: actina + proteínas reguladoras
• Actina é a principal constituinte dos filamentos finos:
– proteína globular com uma única cadeia polipeptídica
– Monômero: actina G, pela sua forma globular; 
quando a força iônica aumenta, esta polimeriza-se 
numa forma fibrosa , a actina F. 
– Como a miosina, esta proteína também é uma 
ATPase; o ciclo ATP-ADP da actina participa na 
montagem e desmontagem do filamento. 
– No estado monomérico (actina-G), possui uma 
molécula de ATP e uma de cálcio incorporadas em 
sua estrutura. 
Filamentos finos
• Monômeros de actina globular (G) são polimerizados em
longos fios = actina fibrosa (F)
• Dois fios de actina F enrolam-se e formam espinha
dorsal de cada filamento fino.
Filamentos finos
• a actina e a miosina são mantidas sob controle pela
tropomiosina e pelo complexo de troponina. Estas estão
localizadas no filamento fino.
• A tropomiosina é um bastão filamentoso que alinha-se
quase paralelamente ao eixo do filamento fino, espirala-
se sobre a actina F => fortalece a fibra.
• A troponina é um complexo de três cadeias
polipeptídicas
• Cada complexo de troponina regula, através da
tropomiosina, as interações com actina (Stryer, 1996).
Filamentos finos
Cada molécula de tropomiosina se prende a uma de actina. A troponina
liga actina em tropomiosina. Quando há aumento de [Ca+2], a troponina se
deforma e afasta a molécula de tropomiosina da actina.
(JUNQUEIRA e CARNEIRO, 2000)
Contração muscular
• Na década de 1950, Andrew Huxley e Ralph Niedergerke, e
Hugh Huxley e Jean Hanson, independentemente,
propuseram um modelo de filamentos deslizantes, baseados
em estudo com raios X e microscopia ótica e eletrônica.
• As características essenciais deste modelo são:
– Os comprimentos dos filamentos grossos e finos não
mudam durante a contração muscular;
– Ao contrário, o comprimento do sarcômero diminui durante
a contração porque os dois tipos de filamento superpõem-
se.
– Os filamentos grossos e finos deslizam uns sobre os
outros na contração;
A força de contração é gerada por um processo que move 
ativamente um tipo de filamento ao longo dos filamentos 
vizinhos do outro tipo (Stryer, 1996).
• Conforme cita Stryer (1996), julga-se que o ciclo ATP-ADP na 
miosina produza movimento direcional da seguinte maneira:
– No músculo em repouso, as cabeças da miosina são incapazes 
de interagir com as unidades de actina nos filamentos finos por 
causa da interferência estérica da tropomiosina. Nesse estado, 
os produtos da hidrólise, ADP e Pi , ainda estão unidos à 
miosina. 
– Quando o músculo é estimulado, a tropomiosina muda de 
posição. As cabeças de miosina podem assim distender-se para 
fora do filamento grosso e ligar-se às unidades de actina nos 
filamentos finos. 
– A ligação da miosina-ADP-Pi , à actina leva à liberação de Pi. A 
dissociação subsequente do ADP induz uma grande alteração 
na conformação de miosina. A mudança na orientação de 
miosina em relação à actina constitui o pulso de força da 
contração. O ADP é liberado da miosina ao final do pulso de 
força. 
– A subsequente ligação do ATP à miosina leva à rápida liberação 
de actina. A cabeça de miosina é novamente desprendida do 
filamento fino. 
– Finalmente, o ATP ligado é hidrolisado da cabeça livre da 
miosina, o que a recompõe para a próxima interação com o 
filamento fino. 
Modelo 2:
Processo molecular da contração muscular (JUNQUEIRA e CARNEIRO, 2000)
O Ca+2 liberado prende-se à troponina que se deforma, deslocando a tropomiosina e
expondo as áreas de actina, que então se ligam às cabeças de miosina. Na fig. B, ocorre
hidrólise de ATP a ADP, com liberação de energia para dobrar a molécula de miosina, que
gera o deslizamento da actina sobre a miosina. Como conseqüência, os filamentos finos
deslizam sobre os grossos, promovendo o encurtamento do sarcômero
FONTES DE ENERGIA PARA A 
CONTRAÇÃO MUSCULAR
ATP
• Energia necessária para a realização de exercícios é
fornecida pelo ATP
• Hidrólise de ATP pela miosina ATPase ativa os espaços
específicos nos elementos de desenvolvimento de força.
• A retirada de Ca2+ pelo retículo endoplasmático também
depende de ATP.
αβγ
ATP
• Existem 4 mecanismos envolvidos na quebra e ressíntese de
ATP
– Hidrólise enzimática do ATP para fornecer energia para a
contração muscular.
– Fosfocreatina é hidrolisada para fornecer fosfato a ADP e
formar ATP
– Glicose 6-fosfato: derivada do glicogênio muscular ou da
glicose sanguínea, é convertida a lactato pela glicólise
anaeróbia e produz ATP por fosforilação direta do
substrato.
– Produtos do metabolismo de carboidratos, lipídeos,
proteínas e álcoois podem entrar no ciclo de Krebs em
condições aeróbicas e serem oxidados a CO2 e H2O
produzindo ATP no processo de fosforilação oxidativa.
Uma parte do ATP é utilizado para ressíntese de
fosfocreatina que se esgota durante exercícios intensos.
glicose
piruvato
2 NADH
lactato
O2
O2
Ciclo de Krebs
e
Fosforilação oxidativa
36 
ATP
2 ATP
METABOLISMO ANAERÓBIO
• Dois sistemas estão disponíveis para
gerar energia anaerobicamente:
– fosfogênico ou aláctico
– Sistema glicolítico ou láctico
Sistema fosfogênico ou aláctico
• Se envenenado com cianeto, um músculo não pode
retirar energia do metabolismo aeróbico, mas ainda
assim pode exercer força intensa de contração antes de
fadigar.
• Energia rápida de concentração limitada: ATP e
fosfocreatina
• Compostos fosfogênicos: estoque de energia imediata
Sistema fosfogênico ou aláctico
• Alta taxa de transferência de fosfato da fosfocreatina
para ADP e restabelecer o ATP corresponde à
habilidade de produzir ações fortes e rápidas
creatina P
Creatina quinase
ADPATP
P+creatina
Sistema fosfogênico ou aláctico
• Desvantagem: capacidade limitada
• Sem outras fontes de energia: fadiga rápida
• A taxa de recuperação é alta: 2-3 minutos após exaurida 
a reserva
• Exaustão da reserva: corridas entre 30 e 50 m
• Corridas mais longas: maior tempo de recuperação.
Sistema Glicolítico ou láctico
• Sob condições normais o músculo não se exaure após 
alguns segundos de esforço, logo outra fonte de energia 
deve estar disponível.
• Energia provém da glicólise que gera a partir da glicose, 
sanguínea ou do glicogênio muscular, piruvato. 
• Glicólise não usa O2, mas resulta em produção de ATP 
em reações de fosforilação em nível de substrato.
• A produçãode piruvato é acompanhada pela produção de 
NADH citossólico que deve ser reoxidado para que a 
glicólise continue produzindo ATP
Sistema Glicolítico ou láctico
• Se há oxigênio suficiente, o piruvato vai para a
mitocôndria onde é oxidado a CO2 e H2O
• Na falta ou insuficiência de O2, o piruvato é reduzido a
lactato no citossol, usando potencial redutor do NADH
produzido durante a glicólise.
• A ativação do sistema glicolítico ou láctico ocorre quase
que instantaneamente no início do exercício e a taxa de
produção de lactato depende da intensidade do exercício.
GLICOSE
2 PIRUVATO
2 NADH
2 NAD+
2 LACTATO
Lactato desidrogenase
Glicogênio
G-1P
G-6P
• Durante exercícios de alta intensidade os estoques de
glicogênio muscular são quebrados com rapidez e a
produção de lactato é alta.
• Glicogênio muscular: supre as necessidades
energéticas para esforços de alta intensidade entre os
20s e 5 min da atividade.
• Períodos menores que 20s: os compostos fosfogênicos
são as principais fontes de energia
Sistema Glicolítico ou láctico
Sistema Glicolítico ou láctico
Capacidade 
(mmolATPkgdm-1)
Força (mmolATPkgdm-1s-1)
Sistema 
fosfogênico
55-95 9
Sistema glicolítico 190-300 4,5
combinado 250-370 11
Kgdm = massa seca muscular por kilograma, estimativa realizada no 
músculo humano vastus lateralis durante exercícios de alta intensidade
• Embora a capacidade total do sistema glicolítico seja
maior que a dos fosfogênicos, sua taxa de produção de
energia é menor. Por isso, a velocidade máxima não
pode ser mantida por mais que uns poucos segundos.
Combustíveis utilizados pelo 
músculo esquelético em exercício
Metabolismo aeróbico: oxidação de 
carboidrato, proteína e lipídeo
• Carboidratos e lipídeos, dos estoques intramusculares
ou da corrente sanguínea, podem ser oxidados para
regenerar ATP através das reações da cadeia de
transporte de elétrons e fosforilação oxidativa, eventos
mitocondriais.
• O catabolismo da glicose inicia-se com a glicólise
anaeróbica que gera duas moléculas de piruvato que,
em condições aeróbicas, vai para a mitocôndria e é
oxidado a acetil-coA.
• O catabolismo dos lipídeos também gera acetil-coA pelo
ciclo de Lynen (beta oxidação).
Metabolismo aeróbico: oxidação de 
carboidrato, proteína e lipídeo
• O acetil-coA é o principal provedor do Ciclo de Krebs.
• Catabolismo protéico: fonte de energia pequena
comparada àquela fornecida por carboidratos e lipídeos.
Fornece aminoácidos cetogênicos e glicogênicos, que
são eventualmente oxidados após desaminação e
conversão em intermediários do CK.
• Em quadros de inanição ou esgotamento do estoque de
glicogênio, o catabolismo protéico pode tornar-se
importante fonte de energia para a prática de exercícios.
PROTEÍNAS
Aminoácidos
CARBOIDRATOS
Glicose
LIPÍDEOS
Ácidos graxos
PIRUVATO
Acetil-CoA
ADP + Pi
ATP
ATP
ADP + Pi
ATP
ADP + Pi
CO2
NADH, FADH2
A
T
P
A
D
P + Pi
Cadeia de Transporte
de Elétrons
H2O
O2+ H+
CICLO DE 
KREBS
CICLO DE KREBS
8 reações catalisadas por enzimas
7 reações ocorrem na matriz mitocondrial e uma 
tem a enzima associada a face externa da membrana 
interna da mitocôndria (complexo II da CTE)
neste ciclo ocorre oxidação total da acetil-coA a 
CO2 e coenzimas reduzidas
CICLO DE KREBS
CITRATO
ISOCITRATO
αααα-CETOGLUTARATO
SUCCINIL-CoA
SUCCINATO
FUMARATO
MALATO
OXALOACETATO
ACETIL-CoA
CICLO DE KREBS
• A quantidade de oxaloacetato disponível regula a
velocidade do ciclo de Krebs (CK).
• O oxaloacetato pode vir de piruvato através da ação da
enzima piruvato carboxilase.
• O acetil-coA é regulador alostérico positivo da piruvato
carboxilase ajustando assim a velocidade do CK, além
de prover oxaloacetato para a gliconeogênese.
• Regulação do CK é dada:
– pela relação NADH/NAD+
– pela relação ATP/ADP
CADEIA DE TRANSPORTE DE 
ELÉTRONS
Matriz mitocondrial
Espaço intermembranas
MI
é
é
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
• A passagem dos elétrons pela CTE gera o
bombeamento de prótons para o espaço
intermembranas.
• O gradiente de prótons formado deve ser desfeito pela
volta dos prótons para a matriz mitocondrial
• Como os prótons são impermeáveis à membrana, sua
volta se dá através do complexo transmembrana ATP
sintase = Teoria quimiosmótica proposta por Mitchell
• A volta dos prótons a favor do gradiente pela ATP
sintase gera a chamada força próton-motriz que é
utilizada para fosforilação do ADP a ATP
ARMAZENAMENTO DE 
CARBOIDRATOS E LIPÍDEOS
• GLICOGÊNIO: 
– Muscular (no sarcoplasma): ± 14-18 g/kgmassa fresca
– Fígado: 80-100 g
Cada 1 g de glicogênio armazena 3 g de H2O
• TRIACILGLICEROL: intramuscular e no tecido adiposo. É 
armazenado na forma anidra
– Maratona: gasto energético de 12.000 kJ
= 320 g de gordura OU
= 750 g de carboidratos (+2,3 L de água)
• PROTEÍNAS: não são armazenadas
BASES NITROGENADAS 
PÚRICAS E FOSFOCREATINA
ADENOSINA TRIFOSFATO = ATP
• Fosfato de alta energia = fosfogênio
• Energia química que pode ser utilizada pelas células
ATP ADP + Pi (∆∆∆∆Go = -30,5 kJ/mol)
H2O
ATP AMP + PPi (∆∆∆∆Go = ~ -50 kJ/mol)
H2O
ATP + AMP ADP + ADP
ATP
ATP
• Não pode ser acumulado em grandes quantidades
• Exercício máximo: 
– ATP suficiente para 2 s de contração
– O estoque de ATP nunca sofre depleção porque a taxa de 
ressíntese é a mesma da degradação
Retirado de: Maughan et al., 2000. 
Bioquímica do exercício e do
treinamento.
ATP
• Durante o período de transição do repouso para o estado fixo 
a ressíntese do ATP é anaeróbia.
• No estado fixo: a ressíntese do ATP é aeróbia
Glicólise aeróbica Glicólise anaeróbica
Glicose
Piruvato
CO2 + H2O + ATP
ATP
O2
Glicose
Piruvato
Ácido lático
ATP
O2
insuficiente
FOSFOCREATINA (PCr)
• Encontra-se no sarcoplasma
• Taxa de transferência do P da Cr para ADP é alta
• Creatina cinase (CK): há pelo menos 3 isoformas no músculo 
esquelético. Ex.:
– MM-CK: localizada próxima aos locais de formação das pontes 
transversas
– Mi_CK: localizada na membrana mitocondrial
creatina P
Creatina quinase
ADPATP
P+creatina
Funções da PCr
1) Tampão temporário para manter a [ATP] e a relação
ATP/ADP ↑
2) Tampão espacial de energia: envolvida no
transporte de energia entre o local de produção e de
utilização do ATP (“lançadeira da fosfocreatina”)
Fibras tipo II tem maior quantidade de PCr
3) Acoplamento funcional com várias outras reações
celulares que facilitam a integração do metabolismo
energético durante a contração muscular.
Bibliografia
• Powers, SK & Howley, ET Fisiologia do Exercício – teoria e aplicação ao condicionamento e ao 
desempenho. 3ª edição. Editora Manole, São Paulo. 2000. 
• Wilmore, J. H. & Costill, D. L. Fisiologia do Esporte e do Exercício. 2a edição. Editora Manole, 
São Paulo 1999. 709p.
• McArdle, W. D, Katch, F. I. & Katch, V. L. Nutrição para o desporto e o exercício. Editora 
Guanabara Koogan, Rio de Janeiro. 694p.
• McArdle, W. D, Katch, F. I. & Katch, V. L. Fisiologia do exercício – Energia, nutrição e 
desempenho humano. 4a edição. Editora Guanabara Koogan, Rio de Janeiro. 1998. 695p.
• Guyton, AC & Hall, JE Text Book of Medical Physiology. Saunders Company, USA, Tenth 
Edition. 2000. 
• MARZZOCO, A. & TORRES, B. B. (1999) Bioquímica Básica. 2a. Edição. Editora Guanabara 
Koogan, Rio de Janeiro.
• FOX, E.L., BOWERS, R.W. & FOSS, M.L. (1991) Bases Fisiológicas da Educação física dos 
Desportos. Guanabara-Koogan S.A, 4 ed, Rio de Janeiro.
• MAUGHAN, R., GLEESON, M. & GREENHAFF, P.L. Bioquímica do Exercício e do treinamento. 
Editora Manole, São Paulo. 2000. 240p
• Lancha Jr, A. H. Nutriçãoe metabolismo aplicados à atividade motora. Editora Atheneu, São 
Paulo. 2004. 194p.