Substratos Energéticos Para Exercício Físico

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 difosfato)
•  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
Creatina quinase
CP + ADP
ATP + C
Sistema Fosfagénico (ATP-CP)
•  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
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
Vaso
Músculo
•  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
Vaso
Piruvato
2
Glicólise
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
Vaso
Ácido pirúrvico
O2
Acido láctico
2
Ácido Lático
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
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
O2
O2
Piruvato
Acetil-Coa
36
O2
O2
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
Quantidade de ATP formada por cada via metabólica
1 ATP
ATP-CP
2/3ATP
36 ATP
Glicólise
Anaeróbia
Fosforilação
Oxidativa
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)
Recuperação
• 
• 
• 
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
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 ????