1_fontes-energeticas - Professor Alexandre Rocha

31/10/2016
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www.professoralexandrerocha.com.br
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O que é energia?
“Capacidade de realizar trabalho ou
transferir calor”
“Energia é a habilidade de realizar trabalho
físico e biológico que requerem
contrações musculares, cardíacas e
esquelética”
O que é energia?
Na nutrição ela se refere à
maneira pela qual o
corpo faz uso da energia
contida na ligação
química dentro do
alimento.
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Como se calcula a energia liberada ou
gasto energético?
Todos os processos
metabólicos que
ocorrem no corpo
resultam em última
análise na produção de
calor
Como se calcula a energia liberada?
Quantidade de
energia liberada
em uma reação
biológica se calcula
a partir da
quantidade de
calor produzido
(kcal).
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Como se calcula a energia liberada?
Por definição caloria é a quantidade de calor (energia)
necessária para elevar em 1 grau Celsius a
temperatura de 1 grama de água (o calor específico
da água é, por definição, igual a 1).
Calorimetria Direta
Calor produzido pela pessoa
era removido por uma
corrente da água fria que
fluía em velocidade
constante através de
grades de cobre.
A diferença entre a
temperatura da água que
entrava e saia (medida
em 0,01°C) refletia
diretamente a produção
de calor.
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Calorimetria Direta
Calorimetria indireta
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Calorimetria indireta
Kcal
Estudos demonstram que:
± 4,82 Kcal são liberadas de
uma mistura de carboidratos,
gorduras e proteínas quando
queimados em 1 litro de O²
Consumo de O²
Gasto calórico das atividades
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De onde provém a energia?
Linha de desmontamento
1.Macronutrientes
2.Micronutrientes
3.Energia: ATP
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4. Excreção
Carboidratos
• Convertidos em glicose (monossacarídeo)
- Glicose: C6 H12O6
• Repouso = Armazenados nos músculos e no fígado:
Glicogênio
• Exercício = Glicogênio → ATP
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Gorduras
• Gordura: C57 H110O6 - Ácido graxos livres: C16 H18O2
• Gorduras simples (neutras): Triglicerídeos ou
triacilgliceróis
• Repouso = Estocadas no tecido subcutâneo
(adipócitos)
• Exercício = Triglicerídeos (forma complexa) em ácidos
graxos livres (forma simples), glicerol e água.
• Ácidos graxos livres → Ciclo de Krebs = ATP
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Proteínas
• Polimerizada pelos aminoácidos
• 20 aminoácidos diferentes
• Aminoácidos essências (9): Isoleucina, leucina, lisina,
medionina, fenilalanina, treonina, triptofano, valina e
histidina
• Aminoácidos não essências (11): Produzidos pelo
organismo
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Proteínas
• Repouso = Utilizada para síntese de proteínas
• Exercício =
Proteínas → Glicose (gliconeogênes);
Proteínas →Ácidos graxos livres (lipogênese)
As proteínas podem contribuir com até 5 a 10% da
energia para a manutenção do exercício prolongado
Fontes de energia para ressíntese do ATP
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Fontes de energia para ressíntese do ATP
Adenosina Trifosfato - ATP
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Enzimas
• Enzimas (proteínas): Catalisadoras
- Oxidação: Perda de elétrons
- Redução: Ganho de elétrons
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Produção/Uso: Metabolismo
Várias vias metabólicas resultam na síntese de moléculas
(anabolismo) ou degradação de moléculas (catabolismo)
VIA METABÓLICA
Séries de reações catalisadas por enzimas na qual o
precursor/substrato é convertido em produto final, por
meio de compostos intermediários denominados
metabólitos.
Hidrólise
• Quebra de moléculas complexas (grandes):
pela água
• Hidrolise: Carboidratos, gorduras e proteínas
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Formação do ATP
• Fosforilação: Armazenamento de energia
através da formação de ATP á partir de outras
fontes químicas
• Reações químicas adicionam um fosfato a um
compostos de energia relativamente baixo
(adenosina difosfato - ADP)
Formação do ATP
• Fosforilação com disponibilidade de oxigênio:
Metabolismo aeróbio
• Fosforilação com restrição de oxigênio:
Metabolismo anaeróbio
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Formação do ATP
1. Sistema ATP- CP
2. Sistema glicolítico
3. Sistema oxidativo
Sistema ATP - CP
Além do ATP as células possuem uma outra
molécula de fosfato de alta energia (creatina
fosfato ou CP)
A quebra da CP libera energia para a formação
do ATP e não para a realização de trabalho.
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Sistema ATP - CP
Sistema ATP - CP
Hidrólise
ATP
ADP + Pi
Fosforilação
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Sistema ATP - CP
Fonte imediata de energia para o músculo
ativo.
-
Requer poucas reações químicas
Não requer oxigênio
Fonte de energia disponível no músculo
Produção de 1 ATP
Sistema ATP - CP
Duração: 6 a 15 segundos
Exemplo: levantamento de peso, beisebol,
voleibol, sprint
Tipo de esforço: breve e máximo
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Sistema ATP - CP
Manutenção do ATP
durante um corrida
de alta intensidade:
Sistema ATP- CP
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Sistema ATP – CP~C
Suplementação de creatina melhora o
desempenho físico?
•
•
•
•
Estudos demonstram que:
Suplementação de creatina (20gr/dia, por 5 dias) = ↑
estoques de CP muscular.
Transferência para melhora no desempenho durante
corrida e nado de curta duração não são
consistentes.
↑ peso corporal devido a retenção hídrica.
Efeitos colaterias?
Náuseas, desconfortos gastrintestinais menores,
câimbras (não é consenso!)
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Sistema glicolítico
Quando a molécula de glicose entra na célula
para ser utilizada como energia, sofre uma
série de reações químicas que coletivamente
recebe o nome de GLICÓLISE.
Sistema glicolítico
- Não “requer” oxigênio
- Envolve quebra incompleta de CHO
em ácido lático
- Reação mais lenta e complexa que a do
sistema ATP- CP
- Produção de ATP e ácido lático
- Ácido lático fator limitante da atividade –
fadiga e não a falta de CHO.
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Sistema Glicolítico
A glicólise ocorre no
sarcoplasma da célula
muscular
Ganho por molécula de
glicose:
2 ou 3 moléculas de ATP
2 moléculas de ácido
pirúvico ou lactato
Sistema glicolítico
Fase de adição de energia (P)
Fase de produção de energia – 11 reações
Remoção e transporte de elétrons
Saldo
• 2 ou 3 ATP
• 2 moléculas de lactato
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Sistema glicolítico
• Duração: não ultrapassam 2 minutos (45 a 90
segundos)
• Exemplo: corridas de 400-800m, natação de
100-200m, piques de alta intensidade futebol,
róquei no gelo, basquetebol, voleibol, tênis e
badmington e outros
• Tipo de esforço:sustentação de esforço de alta
intensidade que não ultrapassem os 2 minutos
Produção aeróbia de ATP
Sistema Oxidativo – Oxidação Celular
Produção aeróbia de ATP ocorre no interior das
mitocôndrias e envolve a interação de 2 vias
metabólicas cooperativas
1. O Ciclo de KREBS (ciclo do ácido cítrico)
2. Cadeia de transporte de elétrons
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Principal função do
Ciclo de Krebs
• Degradar o Acetil-CoA
para dioxido de carbono
e H+
Sistema Oxidativo – Oxidação Celular
1.
2.
3.
4.
Função primária do ciclo de Krebs
Retirada de átomos de hidrogênio
(carboidratos, gorduras e proteínas)
Remoção dos hidrogênios: NAD e FAD
NAD e FAD: Transporte dos hidrogênios para
cadeia transportadora de elétrons = ATP
Cadeia transportadora de elétrons:
Transferência dos elétrons retirados desses
átomos de hidrogênio para o O² = H²O
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Sistema Oxidativo – Oxidação Celular
Produção aeróbia de ATP pode ser considerada
um processo de 3 estágios
1º estágio: formação do acetil-CoA
2º estágio: oxidação do acetil-CoA no ciclo de
Krebs
3º estágio: formação do ATP na cadeia de
transporte de elétrons
Produção aeróbia de
ATP pode ser
considerada um
processo de 3
estágios
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Ressíntese do NAD
1º se houver O² suficiente os hidrogênios do NADH são deslocados para
cadeia transportadora de elétrons
2º se não houver O² suficiente o ácido pirúvico aceitam os hidrogênios e é convertido
em ácido láctico
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Cadeia transportadora de elétrons – Cadeia Respiratória
• Mais de 90% da
síntese do ATP ocorre
na cadeia
respiratória
• Quando o NADH é
oxidado= 3ATP
• Quando o FADH2 é
oxidado = 2ATP
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Transporte de elétrons
A medida que os elétrons são transferidos para
a cadeia transportadora de elétrons libera-se
energia que “bombeia” os hidrogênios (H+) do
NADH e FADH do interior das mitocôndrias
através da membrana interna.
Isso acarreta em produção de energia para
bombear os H+ liberados do NADH e do FADH
Transporte de elétrons
• Isso gera acúmulo de H+ no espaço entre as
membranas.
• Existem 3 bombas que removem os H+
• Aumenta a concentração de H+ no interior da
membrana
• Esse gradiente cria um forte impulso para eles
retornarem ativando a enzima ATP sintetase
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Aumento da
concentração de H+
3 Bombas que
movem H+
Transporte de elétrons
• Os elétrons removidos dos átomos de
hidrogênio e passam por uma série de
transportadores de elétrons (citocromos)
• Na última etapa o O² aceita 2 elétrons e essa
molécula liga-se a dois H+ formando H²O
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O Papel do O² no metabolismo energético
• Três pré requisitos devem ser atendidos para
que ocorra a ressíntese contínua do ATP
1. Estar disponível um agente doador de
elétrons NADH ou FADH2
2. Existir O² suficiente como aceitador final de
e - e H+
3. As enzimas devem estar em condições e
concentrações suficientes
Ciclo de Krebs
• Somente 5% da energia contida na glicose é liberada
por meio das reações anaeróbias
• A extração do restante ocorre por meio da
desintegração proporcionada pelo Ciclo de Krebs
(Ciclo do ácido cítrico ou ácido tricarboxílico)
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Deficiência de O²
Disponibilidade
de O²
•Acetil-CoA
•Ciclo de Krebs
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Produção total de energia
pelo catabolismo da
glicose
Proteínas
Carboidratos
Gorduras
↑ Lipase
Glicose
Aminoácidos
Aminoácidos
Glicerol
Ácidos Graxos Livres
Lactato NAD
↑ PDH
Acetill - COA
NAD
H+
NAD
NADH
NAD
Aminoácidos
Aminoácidos
Ciclo de Krebs
CO²
Cadeia respiratória
Piruvato
H+
Glicogênio
↓ LDH
ATP
ATP
O²
H²O
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Oxidação dos lipídios
Na oxidação dos lipídios, o substrato energético são os
ácidos graxos livres (AGL), liberados da reserva local
ou do tecido adiposo, via lipólise dos triglicérides pela
ativação da enzima lipase sensível ao hormônio (LSH)
• Lipídios é uma classe de macromoléculas
orgânicas cuja insolubilidade em solvente
aquoso é a principal característica.
• Células podem utilizar essa insolubilidade para
dividir dois compartimentos que devem ser
isolados: o meio intra e o extracelular.
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• Como fonte de armazenamento, a maior parte
dos lipídios encontra-se na forma de
triglicerídeos (TG), que possui três ligações
éster entre um grupo polar – o glicerol – e três
moléculas de ácidos graxos.
• A longa cadeia hidrocarbônica dos ácidos
graxos confere outra característica importante
como fonte energética
Estrutura do triacilgliceróis. Em vermelho são os
ácidos graxos, e em azul é o grupo glicerol.
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TRIACILGLICEROL
3 ácidos graxos
Glicerol
Triglicerídeos
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Oxidação dos lipídios
Fonte para o catabolismo das gorduras
• Triglicerídeos: Músculo
• Triglicerídeos circulantes
• Ácidos graxos livres
circulantes, provenientes dos
adipócitos
Mobilização de ácidos graxos do tecido adiposo e
transporte no sangue
Hormônios ligados a lipólise:
• Adrenalina e noradrenalina (principais ativadoras),
os quais se ligarão aos receptores β3 das membranas
dos adipócitos, desencadeando uma reação clássica
de cascatas.
• Outros hormônios: GH; tireóide estimulante (TSH) e
adrenocorticotropina (ACTH), parecem ativar
também as reações em cascatas.
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• Ao final da reação, a enzima hormônio
sensível-lipase é fosforilada, passando da
forma inativa para a ativa.
• Essa enzima, junto com a enzima
monoacilglicerol lipase, é responsável pela
degradação do TG em 1 molécula de glicerol e
3 de ácidos graxos.
A hidrólise dos Triacilgliceróis:
Hidrólise de triglicerídios
Lipases
Triacilglicerol
Glicerol + Ácidos Graxos
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• Os ácidos graxos ligam-se à albumina (AGL)
porque são lipossolúveis e não conseguem ser
transportados livres no plasma, sendo levados
posteriormente até o músculo esquelético
para serem utilizados como fonte energética
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A hidrólise dos Triacilgliceróis:
Ácidos graxos vão ser liberados na corrente sanguínea, e circular
ligados à albumina.
Albumina
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• O glicerol é liberado e transportado
livremente pelo sangue até o fígado, onde
pode ser utilizado na gliconeogênese ou servir
como intermediário da glicólise, na forma de
gliceraldeido-3-fosfato.
Degradação do Glicerol
No fígado e outros tecidos, por ação desta
quinase, é convertido a glicerol 3-fosfato,
que
pode
ser
transformado
em
diidroxiacetona fosfato, um intermediário
da glicólise.
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Gorduras são
transformadas em Acetil –
CoA (beta oxidação)
β-oxidação de ácidos graxos
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β-oxidação de ácidos graxos
Como transportar os ácidos graxos para o interior da
mitocôndria?
Ácido graxos
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As enzimas da b- Oxidação
 Acil-CoA
desidrogenase
 Enoil-CoA
hidratase
 b -hidroxiacilCoA desidrogenase
 Acil-CoA
aciltransferase
(tiolase)
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Destino do Acetil - CoA
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Oxidação de Ácidos Graxos
• A membrana interna da mitocôndria é
impermeável a acil-CoA, mas os grupos acila
podem ser introduzidos na matriz
mitocondrial, quando ligados à carnitina;
• Este composto, sintetizado a partir de
aminoácidos;
• É amplamente distribuídos nos tecidos
animais e vegetais, sendo especialmente
abundante em músculos.
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• Os ácidos graxos, são carregados no
citoplasma pela albumina e em seguida
transportados para dentro do músculo por
uma proteína de transporte de ácidos graxos
1º
2º
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• Os ácidos graxos, ainda no citoplasma, são
convertidos a acil-CoA por ação da enzima
Acil-CoA sintetase, presente na membrana
externa da mitocôndria.
1º
2º
3º
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• Essa reação é imprescindível, uma vez que a
membrana mitocondrial é extremamente seletiva.
• Tanto a coenzima A, quanto a acil-CoA, são
impermeáveis à membrana mitocondrial, sendo
necessário reações adicionais (quebra da acil – CoA)
para transpor essa barreira.
• Assim, o grupo acil liga-se à L-carnitina, por ação da
Carnitina Acil transferase I (CAT I), liberando a
coenzima A, e posteriormente é transportado através
da membrana mitocondrial interna pela ação da
Carnitina Translocase
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1º
2º
3º
4º
5º
• Na parte interna, o grupo acil liga-se
novamente à coenzima A, por ação da
Carnitina Acil transferase II (CAT II).
• Dentro da mitocôndria, a Acil-CoA são
destinados a beta-oxidação, onde são
oxidados a Acetil-CoA e encaminhados ao
ciclo de Krebs
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1º
2º
3º
4º
5º
Triglicerídeos
Adrenalina, Noradrenalina, Glucagon
e Hormônio do Crescimento
Piruvato
←
Lipase
Hidrólise do triglicerídeos
Glicerol
→
Hidrolise
→
3 AGL
•Acetil –CoA
•Corrente sanguínea
•Albumina
•Ciclo de Krebs
•Fígado
•Fibra muscular
•Gliconeogênese
•Carnitina
•Glicogênio (energia)
•Mitocôndrias
•Ciclo de Krebs
•Energia
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Oxidação dos lipídios
Beta oxidação
O Fracionamento de uma molécula de AGL pode ser
assim, delineado:
• A oxidação beta produz: NADH e FADH, pela cisão da
molécula de ácido graxo em fragmentos de acetil
com dois átomos de carbono;
• Acetil – CoA é degradada no ciclo de Krebs;
• O Hidrogênio é oxidado através da cadeia
transportadora de elétrons.
Beta oxidação
Produção de ATP através do ácido graxo
• Para cada molécula de ácido graxo com 18 carbonos um total
de 146 moléculas de ADP é fosforilado para ATP;
• Levando-se em conta que cada molécula de triglicerídio
contem 3 moléculas de ácido graxo, são formados 438
moléculas de ATP (3 X 146)
• Além disso, são formados 19 moléculas de ATP durante o
fracionamento do glicerol
• Totalizando 457 moléculas de ATP por cada triglicerídeo
catabolizado
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