Bioenergética
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Bioenergética Transformação Biológica de Energia Milhares de reações químicas acontecem coletivamente em todo organismo a todo instante para atender as demandas impostas pelo mesmo em termos de fornecimento de energia. Dois tipos de reações caracterizam esses processos. A primeira categoria caracteriza-se pela síntese de moléculas, denominadas anabolismo, já a segunda, se caracteriza pela degradação ou quebra de moléculas – catabolismo. O somatório das reações anabólicas e catabólicas que ocorrem no organismo é chamado de metabolismo. Transformação Biológica de Energia A energia primária, que é utilizada pelos organismos do planeta Terra, é proveniente do sol. Os vegetais utilizam a energia luminosa para realizar as reações necessárias à formação de carboidratos, gorduras e proteínas. Os animais, incluindo os seres humanos, se alimentam de vegetais e outros organismos para obter a energia de que precisam para manter as atividades celulares. Transformação Biológica de Energia A energia existe sob várias formas, as quais são intercambiáveis. Por exemplo, as células musculares convertem a energia química dos nutrientes em energia mecânica. Isso requer uma série de reações químicas altamente controladas. Transformação Biológica de Energia A energia utilizada no organismo é proveniente da quebra de ligações químicas. Essa transferência de energia ocorre como resultado de uma série de reações químicas. Muitas dessas reações exigem que a energia seja adicionada aos reagentes - reações endergônicas. O produto formado nessas reações contém maior quantidade de energia que os reagentes iniciais. Transformação Biológica de Energia As reações que liberam energia, como resultado de reações químicas, são chamadas de reações exergônicas. As reações endergônicas se acoplam àquelas exergônicas de modo que uma reação gera a energia necessária para a realização da seguinte. ATP R ADP + Pi R ATP Exergônica ADP + Pi ATP Alimento ADP + Pi ATP CO2 + H2O Endergônica ADP + Pi R Transformação Biológica de Energia As enzimas estão presentes na maioria das reações químicas que ocorrem no organismo, regulando a velocidade com que elas ocorrem, diminuindo a energia de ativação, por essa razão são chamadas de catalisadores. Dentre os fatores que influenciam atividade das enzimas, podemos citar: o pH, a temperatura, a concentração de substratos e a compartimentalização dos locais onde ocorrem às reações. As células necessitam de energia. Elas possuem vias metabólicas capazes de extrair e converter os nutrientes advindos dos alimentos consumidos na dieta, numa forma de energia biologicamente utilizável, processo denominado bioenergética. Bioenergética Existem vias metabólicas que fornecem energia necessária para a manutenção da atividade das células. A energia provem da degradação bioquímica dos alimentos Diferentes Solicitações Bioenergética A energia pode ser produzida a partir de vias metabólicas que utilizam substratos energéticos distintos. Pode-se obter energia na forma de ATP a partir de: Degradação da creatina fosfato. Anaeróbia Degradação da molécula de glicose (glicólise). Formação oxidativa de ATP a partir de glicose e lipídios (lipólise) Aeróbia Bioenergética Sistema ATP-CP (Fosfagênios): Envolve a liberação de um grupo fosfato e sua ligação energética com a creatina para o ADP ressintetizando o ATP. É chamado de sistema anaeróbio alático. CP + ADP C + ATP Creatina Quinase Bioenergética Provê a energia para o trabalho muscular por alguns segundos em exercícios de alta intensidade e curta duração. A recuperação da creatina-fosfato requer ATP e ocorre durante a recuperação. O controle do sistema ATP-CP é feito pela cretina quinase e pelo ADP. Bioenergética Anaeróbia Ácido Lático Glicólise Aeróbia Ácido Pirúvico Degradação Química da Glicose Glicogenólise Glicólise Produção de piruvato Lactato (Degradação parcial) Acetil-CoA Oxidação mitocondrial (degradação total) Degradação Química da Glicose A glicólise ocorre no sarcoplasma das células musculares. Suas enzimas concentram-se na banda I dos sarcômeros associadas aos filamentos finos. Pode produzir 2 ou 3 móleculas de ATP, além de duas moléculas de ácido lático ou ácido pirúvico por molécula de glicose. Em quais condições estamos trabalhando? O oxigênio é suficiente? Glicose Glicose Endógena Exógena Vamos pensar! Degradação Química da Glicose Ocorre a remoção dos hidrogênios que são unidos a moléculas transportadoras NAD (usado na glicólise) e FAD, convertendo-as a sua forma reduzida NADH e FADH2, que transportam o hidrogênio para uso posterior em processos aeróbicos na mitocôndria. A restauração do NAD, a partir do NADH é fundamental para que a reação prossiga. Como fazê-lo? Voltamos a questão anterior: O oxigênio é suficiente? Não. O oxigênio não é suficiente: A lactato desidrogenase (LDH) remove os hidrogênios do NAD e os transferem para o ácido pirúvico formando ácido lático. Principais destinos do Lactato: • Ciclo de Cori no fígado. • Captação por fibras musculares do tipo I. • Outras formas menos importantes no exercício. A Fosfofrutoquinase (PFK) é a enzima-passo limitante para a glicólise. Essa enzima é sensível ao pH e à concentração de ADP. Ciclo de Cori Fibra Muscular Corrente Sangüínea Glicogênio Hepatócito Glicogênio Repouso Exercício Glicose Glicose-6-Fosfato Glicose-6-Fosfato Piruvato Piruvato Lactato Lactato Lactato Captação do Lactato pelas Fibras musculares do tipo I Corrente sangüínea Lactato MCT Sarcolema NADH 2H+ NAD Mitocôndria Piruvato Lactato Exercício Aumento do Pi pela quebra do ATP Hexoquinase Glicose GLUT4 Catecolaminas Hormônio do Crescimento Glucagon Fígado Memb. Plasm. Regulação da glicólise Glicogênio Glicose Sintase Quebra do Glicogênio Glicose - 6 - Fosfato Liberação de glicose Glicólise Glicogênio Aumento da Glicemia Sim. O oxigênio é suficiente: O piruvato segue para o interior da mitocôndria, onde a produção do ATP irá ocorrer de forma aeróbia. O NADH lançará seus elétrons no espaço intermenbranoso, entre as membranas externa e interna da mitocôndria, retornando à sua forma oxidada (NAD), que permite o seguimento da via glicolítica. Bioenergética A produção aeróbia de ATP envolve duas cadeias de reações que cooperam mutuamente: O ciclo de Krebs e a cadeia de transporte de elétrons que operam de acordo com os seguintes passos: • Geração de uma molécula de 2 carbonos: Acetil-CoA. • Oxidação da acetil-CoA no ciclo de Krebs. • Fosforilação oxidativa (cadeia de transporte de elétrons). Bioenergética Quando o oxigênio é suficiente, o ácido pirúvico é convertido a piruvato, que por sua vez é convertido a acetilCoA que se une ao oxaloacetato formando citrato, iniciando o ciclo de Krebs. As gorduras são utilizadas na forma de ácidos graxos livres (AGL). Antes, os AGL passam por um processo chamado βoxidação, que fraciona os ácidos graxos (que possuem quantidades variadas de átomos de carbono) em moléculas de dois carbonos que vão dar origem à acetil-CoA. As proteínas formam acetil-CoA ou intermediários do ciclo de Krebs. Ciclo de Krebs Cadeia de transp. De eletróns Quadro de avaliação de modalidades. Duração do estímulo 3’’ a 11’’ Qualidade física Resistência Anaeróbica 11’’ a 1’ 45’’ 2’ a 20-24’ 24’ em diante Sistema de característica transferência de energia Anaeróbico Alático Anaeróbico Lático Resistência Aeróbica Aeróbico via Carboidratos Aeróbico via Gorduras Alta intensidade e curta duração Baixa intensidade e longa duração Via energética ATP-CP Degradação anaeróbica de glicose Degradação aeróbica de glicose Degradação aeróbica de lipídios Por hoje é só! Vamos trabalhar! Questões: 1- Defina catabolismo, anabolismo, metabolismo e bioenergética. 2- Diferencie metabolismo aeróbio e anaeróbio. 3- Defina o mecanismo de ressíntese de ATP pelo sistema ATP-CP ou sistema dos fosfagênios. 4- Qual a função do NAD e do FAD nas vias de produção de energia 5- Qual o rendimento em ATP’s da glicólise anaeróbia se a molécula de glicose vier da corrente sangüínea ou das reservas de glicogênio. Por que existe diferença 6- Por que a glicólise rende mais ATP’s no metabolismo aeróbico que no aeróbico. 7- Qual o papel do oxigênio nas vias aeróbias de produção de energia 8- Qual a função do ciclo de Krebs. O que é cadeia de transporte de elétrons 9- Defina a via metabólica predominante nas seguintes atividades físicas: a) 50 metros nado livre (22-25s) b) Meia maratona (50min-1h e 10min) c) Corrida de 800 metros (aproximadamente 1min e 20-30s) d) Uma volta caminhando pelo campus da FASAR (15 min) e) Saque no vôlei (1-2s)
