Nutrição e Esporte Uma abordagem bioquímica QBQ Departamento de Bioquímica Instituto de Química USP

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1 Nutrição e Esporte Uma abordagem bioquímica QBQ 2003 Departamento de Bioquímica Instituto de Química USP

2 Nutrição e Esporte Uma abordagem bioquímica Professores Alexandre Z. Carvalho (ale.zat.carvalho@bol.com.br) André Amaral G. Bianco (biancob@iq.usp.br) Daniela Beton (danielab@iq.usp.br) Erik Cendel Saenz Tejada (esaenz@iq.usp.br) Fernando H. Lojudice da Silva (lojudice@iq.usp.br) Karina Fabiana Ribichich (kribi@iq.usp.br) Leonardo de O. Rodrigues (leonardo@iq.usp.br) Sayuri Miyamoto (miyamot@iq.usp.br) Tie Koide (tkoide@iq.usp.br) Supervisor Bayardo B. Torres (bayardo@iq.usp.br) 2003

3 Cronograma das Aulas Nutrição e Esporte Uma abordagem bioquímica (QBQ 2003) Instituto de Química da USP Bloco 6 inferior Dia Período Tema Abordado 10/02/2003 Manhã Apresentação do curso Contração muscular e fibras Revisão de vias metabólicas 11/02/2003 Tarde Manhã Tarde Adaptação Tomada de O 2 VO 2 Lactato Carboidratos Lipídeos Intensidade do exercício físico Proteínas 12/02/2003 Manhã Estresse Oxidativo Defesa Anti-Oxidante 13/02/2003 Tarde Manhã Vitaminas Sais Minerais Câimbra Hidratação Doping Tarde Suplementos 14/03/2003 Manhã Grupos Especiais Tarde Palestra

4 INDICE 1. Contração Muscular e Fibras Revisão Vias metabólicas ?-Oxidação Síntese de Ácidos Graxos Tomada de Oxigênio Déficit de O VO 2 max - Consumo máximo de oxigênio Recuperação após o exercício Limiar de Lactato Adaptações na utilização de diferentes substratos durante o treinamento Treinamento de longa duração e alta intensidade Exercícios de intensidade baixa e moderada Proteínas Carboidratos Lipídios Estresse Oxidativo, Defesa Antioxidante e Atividade Física Vitaminas e Minerais Adaptações ao exercício em diferentes populações Doping Suplementos Suplementação de Aminoácidos Hidratação Mitos e verdades acerca dos suplementos alimentares Apêndice...139

5 CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS 1. Contração Muscular e Fibras SISTEMA MUSCULAR Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -1-

6 CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS 1.1. Introdução Os músculos são órgãos constituídos principalmente por tecido muscular, especializado em contrair e realizar movimentos, geralmente em resposta a um estímulo nervoso. Os músculos podem ser formados por três tipos básicos de tecido muscular (figura 1): Tecido Muscular Estriado Esquelético Apresenta, sob observação microscópica, faixas alternadas transversais, claras e escuras. Essa estriação resulta do arranjo regular de microfilamentos formados pelas proteínas actina e miosina, responsáveis pela contração muscular. A célula muscular estriada chamada fibra muscular, possui inúmeros núcleos e pode atingir comprimentos que vão de 1mm a 60 cm. Tecido Muscular Liso Está presente em diversos órgãos internos (tubo digestivo, bexiga, útero etc) e também na parede dos vasos sanguíneos. As células musculares lisas são uninucleadas e os filamentos de actina e miosina se dispõem em hélice em seu interior, sem formar padrão estriado como o tecido muscular esquelético. A contração dos músculos lisos é geralmente involuntária, ao contrário da contração dos músculos esqueléticos. Tecido Muscular Estriado Cardíaco Está presente no coração. Ao microscópio, apresenta estriação transversal. Suas células são uninucleadas e têm contração involuntária. Figura 1: Os três tipos de tecido muscular Músculo Esquelético Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -2-

7 CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS Antes de prosseguirmos devemos nos recordar que os músculos esqueléticos não podem executar suas funções sem suas estruturas associadas (figura 2). Os músculos esqueléticos geram a força que deve ser transmitida a um osso através da junção músculo-tendão. As propriedades destes elementos estruturais podem afetar a força que um músculo pode desenvolver e o papel que ele tem em mecânicos comuns. Figura 2: Estruturas associadas ao músculo. O movimento depende da conversão de energia química do ATP em energia mecânica pela ação dos músculos esqueléticos. O corpo humano possui mais de 660 músculos esqueléticos envolvidos em tecido conjuntivo. As fibras são células musculares longas e cilíndricas, multinucleadas que se posicionam paralelas umas às outras. O tamanho de uma fibra pode variar de alguns mm como nos músculos dos olhos a mais de 100 mm nos músculos das pernas. Composição Química Cerca de 75% do músculo esquelético e composto por água e 20%, proteína. Os 5% restantes consistem em sais inorgânicos, uréia, acida lático, fósforo, lipídeos, carboidratos, etc. As proteínas mais abundantes dos músculos são: miosina (60%), actina e tropomiosina. Além disso, a mioglobina também esta incorporada no tecido muscular (700 mg de proteína para 100g tecido). Aporte Sanguíneo Durante o exercício, a demanda por oxigênio é de 4.0L/min e a tomada de oxigênio pelo músculo aumenta 70 vezes, 11mL/110g/min, ou seja, um total de 3400mL por minuto. Para isso, a rede de vasos sanguíneos fornece enormes quantidades de sangue para o tecido. Aproximadamente 200 a 500 capilares fornecem sangue para cada mm 2 de tecido ativo. Com treinamentos de resistência, pode haver um aumento na densidade capilar dos músculos treinados. Além de fornecer oxigênio, nutrientes e hormônios, a microcirculação remove calor e produtos metabólicos dos tecidos. Há estudos utilizando microscopia eletrônica que mostram que em atletas treinados, a densidade de capilares é cerca de 40% maior do que em pessoas não treinadas. Essa relação era aproximadamente igual à diferença na tomada máxima de oxigênio observada entre esses dois grupos. Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -3-

8 CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS Para entender a fisiologia e o mecanismo da contração muscular, devemos conhecer a estrutura do músculo esquelético.os músculos esqueléticos são compostos de fibras musculares que são organizadas em feixes, (fascículos) (figura 3). Os miofilamentos compreendem as miofibrilas, que por sua vez são agrupadas juntas para formar as fibras musculares. Cada fibra possui uma cobertura ou membrana, o sarcolema, e é composta de uma substância semelhante à gelatina, sarcoplasma. Centenas de miofibrilas contráteis e outras estruturas importantes, tais como as mitocôndrias e o retículo sarcoplasmático, estão inclusas no sarcoplasma. Figura 3: Estrutura muscular Ultraestrutura Cada miofibrila contém muitos miofilamentos. Os miofilamentos são fios finos de duas moléculas de proteínas, actina (filamentos finos) (figura4) e miosina (filamentos grossos), que forma um filamento bipolar (figura 5). Há outras proteínas envolvidas na contração muscular: troponina e tropomiosina, que se localizam ao longo dos filamentos de actina (figura 4), dentre outras. Figura 4: Os filamentos de actina são polímeros de moléculas globulares de actina que se enrolam formando uma hélice. A tropomiosina é um dímero helicoidal que se une cabeça a cauda formando um cordão. A troponina é um trímero que se liga a um sítio específico em cada dímero de tropomiosina. Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -4-

9 CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS Figura 5: Filamento grosso de miosina. As moléculas de miosina se associam cauda a cauda para formar o filamento Ao longo da fibra muscular é possível observar bandas claras e escuras, o que dá ao músculo a aparência estriada (figura 6). A área mais clara é denominada banda I e a mais escura, A. A linha Z bissecciona a banda I e fornece estabilidade à estrutura. A unidade entre duas linhas Z é denominada de sarcômero, a unidade funcional da fibra muscular. A posição da actina e miosina no sarcômero resulta em filamentos com sobreposição. A região A contém a zona H, onde não há filamentos de actina. Essa zona é bisseccionada pela linha M que delineia o centro do sarcômero e contém estruturas protéicas para suportar o arranjo dos filamentos de miosina. Figura 6: (A) Micrografia eletrônica de baixa magnificação através de corte longitudinal de músculo esquelético, mostrando o padrão estriado. (B) Detalhe do músculo esquelético mostrado em (A), mostrando porções adjacentes de duas miofibrilas e a definição de sarcômero. (C) Diagrama esquemático de um único sarcômero, mostrando a origem das bandas claras e escuras vistas nas micrografias eletrônicas. A linha Z, localizada nas extremidades dos sarcômeros, estão ligadas a sítios dos filamentos finos (filamentos de actina), a linha M, na metade do sarcômero, é a localização de proteínas específicas que ligam filamentos grossos adjacentes (filamentos de miosina). As regiões verdes marcam a localização dos filamentos grossos e são referidas como banda A. As regiões vermelhas contêm somente filamentos finos e são chamadas de banda I. Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -5-

10 CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS Etapas da Contração Muscular 1) Um potencial de ação trafega ao longo de um nervo motor até suas terminações nas fibras musculares; 2) Em cada terminação, o nervo secreta uma pequena quantidade de substância neurotransmissora: a acetilcolina; 3) Essa acetilcolina atua sobre uma área localizada na membrana da fibra muscular, abrindo numerosos canais acetilcolina-dependentes dentro de moléculas protéicas na membrana da fibra muscular; 4) A abertura destes canais permite que uma grande quantidade de íons sódio flua para dentro da membrana da fibra muscular no ponto terminal neural. Isso desencadeia potencial de ação na fibra muscular; 5) O potencial de ação cursa ao longo da membrana da fibra muscular da mesma forma como o potencial de ação cursa pelas membranas neurais; 6) O potencial de ação despolariza a membrana da fibra muscular e também passa para profundidade da fibra muscular, onde o faz com que o retículo sarcoplasmático libere para as miofibrilas grande quantidade de íons cálcio, que estavam armazenados no interior do retículo sarcoplasmático; 7) Os íons cálcio provocam grandes forças atrativas entre os filamentos de actina e miosina, fazendo com que eles deslizem entre si, o que constitui o processo contrátil; Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -6-

11 CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS 8) Após fração de segundo, os íons cálcio são bombeados de volta para o retículo sarcoplasmático, onde permanecem armazenados até que um novo potencial de ação chegue; essa remoção dos íons cálcio da vizinhança das miofibrilas põe fim à contração. Mecanismos da Contração Muscular A teoria mais aceita para a contração muscular é denominada sliding filament theory (figura 7), que propõe que um músculo se movimenta devido ao deslocamento relativos dos filamentos finos e grossos sem a mudança dos seus comprimentos. O motor molecular para este processo é a ação das pontes de miosina que ciclicamente se conectam e desconectam dos filamentos de actina com a energia fornecida pela hidrólise de ATP. Isto causa uma mudança no tamanho relativo das diferentes zonas e bandas do sarcômero e produz força nas bandas Z. Figura 7: Sliding filament theory como modelo de contração muscular. Os filamentos de actina e de miosina deslizam uns sobre os outros sem diminuição no tamanho do filamento. A miosina tem um papel enzimático e estrutural na ação muscular. A cabeça globular tem atividade de ATPase ativada por actina no sitio de ligação a actina e fornece a energia necessária para a movimentação das fibras Seqüência de eventos na contração muscular 1)Com o sítio de ligação de ATP livre, a miosina se liga fortemente a actina (figura 8); 2) Quando uma molécula de ATP se liga a miosina, a conformação da miosina e o sítio de ligação se tornam instáveis liberando a actina; 3) Quando a miosina libera a actina, o ATP é parcialmente hidrolisado (transformando-se em ADP) e a cabeça da miosina inclina-se para frente; 4) A religação com a actina provoca a liberação do ADP e a cabeça da miosina se altera novamente voltando à posição de início, pronta para mais um ciclo. 5) Todo este ciclo leva ao deslocamento dos filamentos e o músculo contrai; Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -7-

12 CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS 6) A ativação continua até que a concentração de cálcio caia e libere os complexos inibitórios troponina-tropomiosina, relaxando o músculo. Figura 8: O ciclo de mudanças nas quais a molécula de miosina caminha sobre os filamentos de actina (Baseado em I. Rayment et al., Science 261:50-58, 1993). Tipos de Fibras Musculares Há diferentes e controversos critérios para a classificação do músculo esquelético humano. Baseados nas características de contração e metabolismo podemos classificar dois tipos de fibras, as de contração rápida e lenta (figura 9). Figura 9: (A) Células especializadas em produzir contrações rápidas são marcadas com anticorpos contra miosina rápida. (B) Células especializadas em produzir contrações lentas e longas são marcadas com anticorpos contra miosina lenta. Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -8-

13 CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS Uma técnica comum para estabelecer o tipo de fibra é baseada na sensibilidade diferencial a alteração de ph da miosina ATPase. São as características dessa enzima que determinam a velocidade de contração do sarcômero. Nas fibras rápidas (fast-twitch), a miosina ATPase é inativada por ph ácido mas é estável em ph alcalino, essas fibras coram escuro para esta enzima. Para fibras lentas (slow-twitch) a atividade da miosina ATPase permanece alta em ph ácido e fica estável em ph alcalino. As fibras rápidas são conhecidas como células musculares brancas porque elas contém relativamente pouco de mioglobina, proteína que se torna vermelha quando na presença de oxigênio. As fibras lentas são chamadas de células musculares vermelhas, porque elas contêm muito mais desta proteína. As células podem ajustar-se à característica rápida ou lenta através de mudanças de expressão gênica de acordo com o padrão de estimulação nervosa que elas recebem. Características dos diferentes tipos de fibra muscular Figura 10: Percentagem do grupo de fibras lentas nos músculos de atletas de diferentes categorias. Cada esporte exige uma demanda de energia, esforço e obviamente uma velocidade de contração muscular diferente. Sendo assim é mais do que lógico imaginar que existem tipos diferentes de fibras que compõem a musculatura. Como observado na figura 10, cada atleta possui uma percentagem específica de fibras de contração rápida e lenta. Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -9-

14 CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS Slow-twitch tipo I?? Metabolismo aeróbio?? Baixa atividade de miosina ATPase?? Baixa velocidade de captação e liberação de cálcio?? Capacidade glicolítica menor do que na fast-twitch?? Número grande de mitocôndrias, tamanho das organelas é maior?? A concentração de mitocôndria e citocromos combinada com alta pigmentação por mioglobina são responsáveis pela coloração característica.?? Alta concentração de enzimas mitocondriais para o metabolismo aeróbio?? Usadas para treino de resistência?? SO : slow speed of shortening?? Adaptadas ao exercício prolongado Fast-twitch tipo II?? Alta capacidade de transmissão eletroquímica dos potenciais de ação?? Alta atividade de miosina ATPase?? Alta velocidade de liberação e captação de cálcio (reticulo endoplasmático desenvolvido)?? Gera energia rapidamente para ações rápidas e potentes?? Velocidade de contração é de 3 a 5 vezes maior que na slow-twitch?? Sistema glicolítico de curta duração bem desenvolvido?? Metabolismo anaeróbio Tipo IIA Intermediaria: contração rápida e capacidade aeróbia moderada (alto nível SDH) e anaeróbia (PFK) = FOG (fast oxidative glicolytic fiber) Tipo IIB Potencial anaeróbio maior verdadeira fast twitch FG (fast glicolytic) Tipo IIC Rara e não diferenciada; envolvida na inervação motora. Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -10-

15 CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS Tipo de fibra pode ser mudado? Treinamento: pode induzir mudanças, mas há controvérsias. Pode ser que só haja um aumento na capacidade aeróbia das fast. Ou vice versa. Altamente determinado pelo código genético. Idade não é impedimento Diferenças entre grupos atléticos 45 a 55% de slow-twitch slow twitch atletas de resistência Hipertrofia x Hiperplasia Hipertrofia é um aumento no tamanho e volume celular enquanto que Hiperplasia é um aumento no número de células. Se você olhar para um fisiculturista e para um maratonista, de cara dá para notar que a especificidade de um treinamento produz efeitos diferentes em cada atleta. Um treinamento aeróbico resulta em um aumento de volume/densidade mitocondrial, enzimas oxidativas e densidade capilar (devido a um aumento no número de hemácias). Atletas de resistência também possuem as fibras de seus músculos treinados, menores quando comparadas com as de pessoas sedentárias. Por outro lado, fisiculturistas e outros levantadores de peso, têm músculos muito maiores. Sabe-se que o aumento de massa é devido primariamente à hipertrofia das fibras, mas há situações onde a massa muscular também aumenta em resposta a um crescimento no número de células. Apesar de hiperplasia ser uma grande controvérsia entre pesquisadores da área, em modelos animais já foi demonstrado que sob certas condições podem ocorrer tanto hipertrofia quanto hiperplasia das fibras musculares, com um aumento de até 334% para massa muscular e 90% para o número de fibras. Uma das evidências da existência da Hiperplasia em seres humanos, é que este processo também pode contribuir para o aumento de massa muscular. Por exemplo, um estudo feito em nadadores, revelou que estes tinham fibras do tipo I e IIa do músculo deltóide menores que as de não nadadores, entretanto o tamanho deste músculo era muito maior nos nadadores. Por outro lado, alguns pesquisadores mais céticos atribuem o fato de fisiculturistas e outros atletas deste tipo possuírem fibras de tamanho menor ou igual ao de indivíduos não treinados à genética: estes atletas simplesmente nasceram com maior número de fibras. Existem dois mecanismos primários pelos quais novas fibras podem ser formadas. No primeiro, fibras grandes podem se dividir em duas ou mais fibras menores. No segundo, células satélite podem ser ativadas. Células satélite são stem cells (células-tronco) miogênicas envolvidas na regeneração do músculo esquelético. Quando você danifica, estira ou exercita as fibras musculares, células satélite são ativadas. Células satélite proliferam e dão origem a novos mioblastos. Estes novos mioblastos podem tanto se fundir com fibras já existentes quanto se fundir com outros mioblastos para formar novas fibras. Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -11-

16 CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS Câimbras e Fadiga Muscular Apesar de existirem muitas causas para câimbras musculares ou tetania, grandes perdas de sódio e líquidos costumam ser fatores essenciais que predispõem atletas a câimbras musculares. O sódio é um mineral importante na iniciação dos sinais dos nervos e ações que levam ao movimento nos músculos. Nós temos uma baixa nas reservas de sódio no organismo ao transpirarmos quando praticamos alguma atividade física. Um estudo realizado com um tenista profissional no EUA apresentava que a perda de sódio em uma partida de várias horas era muito maior do que o consumo diário desse mineral pelo atleta e o quadro de câimbras musculares era reincidente. Dada a popularidade de dietas com pouco sódio, um déficit de sódio não está fora de questão quando um atleta está suando em taxas altas, particularmente nos meses quentes do ano. Mas não devemos apenas associar as câimbras musculares o déficit do sódio no organismo. Existem outras causas potenciais como diabetes, problemas vasculares (estes pela baixa de oxigênio na fibra muscular, já que o oxigênio é elemento fundamental na contração muscular) ou doenças neurológicas. Os atletas atribuem câimbras à falta de potássio ou outros minerais como cálcio ou magnésio. A opinião médica atual não dá apoio a esta idéia. Os músculos tendem a acumular potássio, cálcio e magnésio de forma tal que são perdidos em níveis menores na transpiração, se comparados com sódio e cloreto. A dieta geralmente fornece quantidades adequadas para prevenir déficits que iriam contribuir para a ocorrência de câimbras. A fadiga pode ser entendida como um declínio gradual da capacidade do músculo de gerar força, resultante de atividade física (figura 11). Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -12-

17 CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS Figura 11: Representação esquemática da fadiga de contrações intermitentes submáximas. A capacidade máxima de geração de força diminui logo a partir do início da atividade. A fadiga muscular resulta de muitos fatores, cada um deles relacionados às exigências específicas do exercício que a produz. Esses fatores podem interagir de maneira que acabe afetando sua contração ou excitação, ou ambas. As concentrações de íons de hidrogênio podem aumentar causando acidose. Os estoques de glicogênio podem diminuir dependendo das condições de contração. Os níveis de fosfato inorgânico podem aumentar. As concentrações de ADP podem aumentar. A sensibilidade de Ca 2+ da Troponina pode ser reduzida. A concentração de íons livres de Ca 2+ dentro da célula pode estar reduzida. Pode haver mudanças na freqüência de potenciais de ação dos neurônios. Uma redução significativa no glicogênio muscular está relacionada à fadiga observada durante o exercício submáximo prolongado. A fadiga muscular no exercício máximo de curta duração está associada à falta de oxigênio e um nível sangüíneo e muscular elevado de ácido lático, com um subseqüente aumento drástico na concentração de H + dos músculos que estão sendo exercitados. Essa condição anaeróbica pode causar alterações intracelulares drásticas dentro dos músculos ativos, que poderiam incluir uma interferência no mecanismo contrátil, uma depleção nas reservas de fosfato de alta energia, uma deterioração na transferência de energia através da glicólise, em virtude de menor atividade das enzimas fundamentais, um distúrbio no sistema tubular para a transmissão do impulso por toda a célula e desequilíbrio iônicos. É evidente que uma mudança na distribuição de Ca 2+ poderia alterar a atividade dos miofilamento e afetar o desempenho muscular. A fadiga também pode ser demonstrada na junção neuromuscular, quando um potencial de ação não consegue ir do motoneurônio para a fibra muscular. O mecanismo exato da fadiga é desconhecido. A contração muscular voluntária envolve uma cadeia de comando do cérebro às pontes cruzadas de actina-miosina (figura 12). A fadiga pode ocorrer como resultado de rompimento de qualquer local da cadeia de comando. A fadiga pode ser descrita tanto como central como periférica. A fadiga central está tipicamente associada com a ausência de motivação, transmissão espinhal danificada ou recrutamento das unidades motoras danificado. Geralmente, fatiga periférica se refere ao dano na transmissão nervosa periférica, na transmissão neuromuscular, dano no processo de ativação das fibras ou interações actinamiosina. Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -13-

18 CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS Figura 12: Figura esquemática representando a cadeia de comando da contração muscular. 1. Preencha a tabela abaixo, indicando para cada esporte, qual seria o tipo de fibra predominante (tipo I - lenta, tipo II - rápida), a fonte de energia mais utilizada e se o exercício é aeróbio ou anaeróbio Tipo de Esporte Tipo de fibra Fonte de energia Aeróbio/anaeróbio Corrida 100m Maratona Caminhada Natação Sedentário 2. Além do ATP, a creatina fosfato também fornece energia e sua reserva é de 3 a 5 vezes maior do que as de ATP. A creatina fosfato é produzida nos períodos de repouso, por fosforilação à custa de ATP: Creatina + ATP Creatina Fosfato + ADP + H + A reação é reversível catalisada pela creatina quinase. Durante a atividade muscular, processa-se no sentido da regeneração de ATP, o doador imediato de energia para a contração. A quantidade de ATP e de Creatina Fosfato (CP) armazenada no músculo é de aproximadamente 5 mmol e 15 mmol por kg de músculo, respectivamente. A hidrólise de 1 mol de ATP libera aproximadamente 7 kcal/mol e a de Creatina fosfato, 10kcal/mol. Seja uma pessoa de 70kg com 30kg de massa muscular que mobiliza 20kg dos músculos durante uma atividade física. Para cada uma das atividades, calcule por quanto tempo seria possível realizar a atividade, levando em consideração os dados de gasto energético fornecidos na tabela. Tipo de Esporte Gasto energético (kcal/min) Ciclismo (rápido) 12,0 Tempo Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -14-

19 CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS Judo 13,8 Karate 13,8 Corrida (rápido) 20,5 Natação (intenso) 12,0 Competição pólo 13,6 aquático Baseado nos seus cálculos, explique como essas atividades podem ser mantidas por um período de tempo maior, como ocorre usualmente. Que tipo de substrato seria utilizado como fonte de energia? Você se lembra das vias de utilização desses substratos? Para utilizar os substratos que você citou, é necessário que haja oxigênio? Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -15-

20 REVISÃO VIAS METABÓLICAS 2. Revisão Vias metabólicas (retirados do livro de Bioquímica básica do Bayardo) Geral Mapa pg 340 (mapa1) Ex1 Qual é a finalidade biológica dos processos descritos no mapa 1? Quais os compostos aceptores de hidrogênio? Qual é a função das coenzimas e do oxigênio na oxidação dos alimentos? Ex2 Mapa pg 116 Observe o mapa abaixo. Ele mostra de forma simplificada o metabolismo de degradação de carboidratos, lipídeos e proteínas, com reações reversíveis e irreversíveis. Em que composto há convergência dessas vias? Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -16-

21 REVISÃO VIAS METABÓLICAS Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -17-

22 REVISÃO VIAS METABÓLICAS Complete o quadro abaixo, indicando se as conversões indicadas são possíveis e quais etapas seriam percorridas para cada conversão possível Conversões Possível? Etapas a. Proteína? Glicose b. Proteína? Ácido Graxo c. Glicose? Ácido Graxo d. Glicose? Proteína e. Ácido Graxo? Glicose f. Ácido Graxo? Proteína Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -18-

23 REVISÃO VIAS METABÓLICAS GLICOSE GLICOSE 6 P hexoquinase FRUTOSE 6 P FRUTOSE 1,6 BISFOSFATO fosfofrutoquinase 1 DIIDROXIACETONA FOSFATO GLICERALDEÍDO 3 P FOSFOENOLPIRUVATO piruvato quinase PIRUVATO Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -19-

24 REVISÃO VIAS METABÓLICAS 2.1. Glicólise 1. Quais são os substratos iniciais da via? 2. Quais são os seus produtos? 3. O NADH produzido na glicólise pode ser oxidado aerobia ou anaerobiamente? Que vias ou reações estariam envolvidas? O que ocorre com o piruvato? 4. Fosfofrutoquinase 1: Esta enzima tem como inibidor o ATP e como efetuador alostérico positivo o AMP. Pense, em um músculo em contração vigorosa, qual é a conseqüência dessa regulação? Se o aporte de oxigênio for insuficiente para o músculo, o que deve ocorrer com as coenzimas? Haverá produção de lactato? 2.2. Conversão de piruvato a acetil-coa A conversão do piruvato a acetil-coa é catalisada por um complexo multienzimático chamado complexo piruvato desidrogenase que requer cinco coenzimas: tiamina pirofosfato (TPP), coenzima A (CoA), nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD + ), flavina adenina dinucleotídeo (FAD) e ácido lipóico. As quatro primeiras coenzimas são derivadas de vitaminas hidrossolúveis: tiamina, ácido pantotênico, nicotinamida e riboflavina, respectivamente. O ácido lipóico também é uma vitamina. A equação da reação é a seguinte: Piruvato + Coenzima A + NAD +? Acetil-CoA + NADH + CO 2 a) Qual é a importância dessa reação no metabolismo? De onde vem o piruvato? b) O que a falta de uma das vitaminas causaria? c) Em que compartimento celular ocorre esta reação? d) Se um indivíduo possuir um excesso de vitamina, haverá um aumento na velocidade de reação? Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -20-

25 REVISÃO VIAS METABÓLICAS 2.3. Ciclo de Krebs ACETIL-CoA H 2 O CoA NADH + H + NAD + OXALOACETATO citrato sintase CITRATO H 2 O FADH 2 MALATO FUMARATO FAD succinato desidrogenase SUCCINATO CoA GTP GDP + Pi isocitrato desidrogenase SUCCINIL-CoA ISOCITRATO CO 2 NAD + NADH + H +? -CETOGLUTARATO?-cetoglutarato desidrogenase CO 2 Co-A NAD + NADH + H + 1. O ciclo de Krebs se inicia com a condensação de acetil-coa e oxaloacetato. Observe o mapa 1. De onde vem o acetil-coa? (Na sua opinião, qual é a contribuição de cada composto para formação de acetil-coa?) 2. Quantas coenzimas são reduzidas para uma molécula de acetil-coa? 3. Como o ciclo de Krebs pode contribuir para a formação de grande parte do ATP produzido na célula se ele gera somente 1 ATP e 1 GTP por molécula de acetilcoa? Esta via pode funcionar em condições anaeróbias? 4. Em um programa de treinamento, foram medidas a atividade da succinato desidrogenase e da citrato sintase. Em que vias essas enzimas participam? Qual seria o motivo para utilizar essas medidas para avaliação em um programa de treinamento físico? 2.4. Cadeia de transporte de elétrons e Fosforilação oxidativa 1. Qual é a função da cadeia de transporte de elétrons? Esta via poderia funcionar sem oxigênio? 2. As necessidades celulares de ATP variam bastante de acordo com o estado fisiológico da célula. Uma fibra muscular pode ter suas necessidades Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -21-

26 REVISÃO VIAS METABÓLICAS aumentadas de 100 vezes em poucos segundos quando passa do repouso para uma atividade física intensa. Para promover o ajuste de produção de ATP e seu gasto, o transporte de elétrons só ocorre com a síntese de ATP e vice-versa. Para que essas reações ocorram, os substratos são: coenzimas reduzidas, oxigênio, ADP e Pi, dentre os quais somente o ADP atinge concentrações limitantes na célula. Descreva o que ocorre no ciclo de Krebs, cadeia de transporte de elétrons, fosforilação oxidativa e glicólise quando a) a razão ATP/ADP aumenta b) a razão ATP/ADP diminui 1) a razão NAD + /NADH aumenta 2) a razão NAD + /NADH diminui 2.5. Glicogênio 1. O glicogênio é sintetizado principalmente pelo fígado e músculos quando a oferta de glicose supera as necessidades energéticas imediatas destes órgãos. O glicogênio deve ser sintetizado em uma situação fisiologicade razão ATP/ADP alta ou baixa? Por que? Essa condição deve ocorrer durante o exercício ou durante o repouso? 2.6. Gliconeogênese 1. A gliconeogênese é uma via que se processa no fígado e minoritariamente nos rins e tem como objetivo a síntese de glicose a partir de compostos que não são carboidratos, aminoácidos, lactato e glicerol. Essa via utiliza as reações reversíveis da glicólise e substitui por outras irreversíveis. Há gasto de energia para efetuar a síntese de glicose? Qual é a necessidade de sintetizar glicose para um organismo? Essa via é realmente necessária já que temos reservas de glicogênio? Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -22-

27 (-OXIDAÇÃO 3.? -Oxidação A continuação você tem os mapas das vias metabólicas mais importantes tal e qual elas são conhecidas em mamíferos. Eles estão relativamente simplificados ao efeito de que você consiga relembrar coisas básicas e não fique perdido no meio da complexidade que elas possuem. Logo de cada via, se apresentam detalhes dos pontos importantes por serem pontos de regulação, por envolverem gasto ou produção de energia ou poder redutor, ou por mostrar moléculas que serão nomeadas de aqui em diante e cujo destino você conseguirá seguir pelo universo metabólico. Alguns desses detalhes serão de utilidade não nessa fase de revisão e sim ao longo do curso. -Observe a via de degradação de triacilgliceróis e oxidação (?-oxidação) de ácidos graxos. Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -23-

28 (-OXIDAÇÃO Revisemos alguns pontos dos caminhos indicados no diagrama anterior: (1) - Utilização do glicerol (2) - Ativação ao nível da membrana externa da mitocôndria - Transporte ao nível da membrana interna da mitocôndria Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -24-

29 (-OXIDAÇÃO (E) A TRANSFERASE cataliza o processo e é regulada por (-) malonil-coa (Ver na via da síntese de ácido graxo) (3) -? - Oxidação Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -25-

30 (-OXIDAÇÃO Em determinadas condições fisiológicas, o acetil-coa gerado na? - oxidação não pode ser aproveitado no ciclo de Krebs e se produz a formação de corpos cetônicos (acetona, acetoacetato,.e?-hidroxibutirato), como se indica em baixo. Tente responder: 1- Observando a via geral, de que depende a mobilização dos depósitos de triacilgliceróis? Considerando que os hormônios catecolaminas (epinefrina ou adrenalina e norepinefrina ou noradrenalina) são sintetizados em situações de perigo, hipoglicemia, exercício físico e exposição a baixas temperaturas, estimulando a produção de glucagon e inibindo a da insulina, em que condições Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -26-

31 (-OXIDAÇÃO fisiológicas é ativada a lipase dos adipócitos? Nessas condições, quais serão as principais fontes de energia do tecido muscular? 2- Os subprodutos das vias que estão realçados (diidroxiacetona fosfato, o acetil- CoA e o Succinil-CoA) funcionam como intermediários de outras vias nas quais eles são processados. Quais são essas vias. 3- A carnitina é um composto amplamente distribuído pelos diferentes tecidos mas encontrado em concentrações elevadas no músculo. O que sugere este dado? 4- Em quais das seguintes situações haverá estímulo da formação de corpos cetônicos: -dieta rica em hidratos de carbono e normal em lipídeos -jejum - dieta rica em lipídeos e normal em hidratos de carbono Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -27-

32 SÍNTESE DE ÁCIDOS GRAXOS 4. Síntese de Ácidos Graxos A primeira etapa da síntese de ácidos graxos é o transporte de Acetil-CoA para o citossol Revisemos o ponto da síntese dos caminhos indicados no diagrama anterior: (1) Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -28-

33 SÍNTESE DE ÁCIDOS GRAXOS 4.1. Síntese de triacilgliceróis Discuta a seguinte afirmação: 1) Os triacilgliceróis constituem a forma de armazenamento de todo o excesso de nutrientes Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -29-

34 TOMADA DE OXIGÊNIO 5. Tomada de Oxigênio A figura acima mostra a tomada de oxigênio pulmonar durante os minutos iniciais de uma corrida com velocidade constante por 10 min, ou seja, um exercício leve. Nos primeiros minutos, há um aumento exponencial da tomada de O 2. A região do gráfico onde nível de tomada de O 2 permanece constante é considerado o estado estacionário. 1. O que significa o estado estacionário em relação ao balanço energético? 2. A produção de ATP ocorre de forma aeróbia ou anaeróbia? 3. Ocorre acúmulo de lactato? Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -30-

35 DÉFICIT DE O2 6. Déficit de O 2 O déficit de O 2 é a diferença entre o oxigênio total consumido durante o exercício e o total que teria sido consumido se uma taxa estacionária do metabolismo aeróbio tivesse sido alcançada no início. No gráfico, o déficit está representado pela área em lilás. 1. Enquanto a tomada de oxigênio é pequena, qual é a fonte de energia utilizada preferencialmente? 2. Por que há sempre um atraso do aumento na tomada de oxigênio em relação ao gasto de energia? Responda levando em consideração a produção de substratos oxidáveis. 3. Por que o déficit de oxigênio é menor nos indivíduos treinados? Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -31-

36 VO2MAX - CONSUMO MÁXIMO DE OXIGÊNIO 7. VO 2 max - Consumo máximo de oxigênio Em uma conversa entre atletas profissionais, provavelmente você irá ouvir a frase: "qual é o seu VO 2 Max?" Um alto nível de consumo máximo de oxigênio é uma das características principais de atletas de esportes de alta intensidade como corrida e ciclismo, portanto, deve ser uma característica importante... Mas o que é e como ele é medido? 7.1. Definição de VO 2 Max VO 2 Max é o volume máximo de oxigênio consumido pelo corpo por minuto durante o exercício realizado no nível do mar. Como o consumo de oxigênio está linearmente relacionado com o gasto de energia, quando medimos o consumo de oxigênio, estamos medindo indiretamente a capacidade máxima do indivíduo de realizar um trabalho aeróbico Por que o dele é maior que o meu??? Devemos começar perguntando: "quais são os determinantes do VO2Max?" Toda célula consome oxigênio para converter a energia dos alimentos em ATP para o trabalho celular. As células musculares em contração têm alta demanda por ATP, o que faz com que o consumo de oxigênio aumente durante o exercício. A soma total de bilhões de células de todo o corpo consumindo oxigênio e gerando CO 2 pode ser medida pela respiração, usando equipamentos que medem o volume e a presença de oxigênio. Portanto, se medimos um consumo maior de oxigênio durante o exercício, sabemos que mais células musculares estão contraindo e consumindo oxigênio. Para receber e usar o oxigênio para gerar ATP para a contração muscular, as fibras musculares são absolutamente dependentes de dois fatores: 1) um sistema de delivery para levar o oxigênio da atmosfera para as células musculares 2) mitocôndrias para realizar o processo de transferência de energia aeróbia De fato, os atletas de resistência são caracterizados por possuir um ótimo sistema cardiovascular e uma capacidade oxidativa bem desenvolvida nos músculos esqueléticos. Precisamos de uma bomba eficiente para enviar o sangue rico em oxigênio para os músculos e também de músculos ricos em mitocôndria para usar o oxigênio e sustentar altas taxas de exercício físico. Mas, qual seria o fator limitante na VO 2 Max, o delivery ou a utilização de oxigênio? Esta questão criou muito debate entre os fisiologistas, mas agora já temos uma resposta clara Os músculos dizem, se você entrega-ló, nós o usaremos. Muitos experimentos de diferentes tipos sustentam o conceito de que, em indivíduos treinados, é o delivery e não a utilização de oxigênio que limita o VO 2 Max. Realizando exercícios com uma perna e medindo diretamente o consumo muscular de oxigênio de uma pequena massa muscular, foi mostrado que a capacidade do músculo utilizar o oxigênio excede a capacidade do coração de bombeá-lo. Apesar de um homem adulto possuir de 30 a 35 kg de músculo, somente uma parte desse músculo pode ser perfundido com sangue a qualquer momento. O coração não pode enviar um grande volume de sangue para todo o músculo esquelético e ainda manter uma pressão sangüínea adequada. Como mais uma evidência para uma limitação no delivery, um treino de resistência longo pode resultar em um aumento de 300% da capacidade oxidativa do músculo mas Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -32-

37 VO2MAX - CONSUMO MÁXIMO DE OXIGÊNIO aumenta somente de 15 a 25% o VO 2 Max. O VO 2 Max pode também ser alterado artificialmente mudando a concentração de oxigênio no ar. Além dissso, o VO 2 Max costuma aumentar em pessoas não-treinadas antes que ocorra uma mudança na capacidade aeróbica do músculo. Todas essas observações demonstram que o VO 2 Max pode ser dissociado das caracterísiticas do músculo esquelético. O volume de sangue que é ejetado do ventrículo esquerdo a cada batimento cardíaco é chamado de "stroke" e está relacionado linearmente com o VO 2 max. O treinamento faz com que haja um aumento do stroke volume e portanto, um aumento da capacidade caríaca máxima. Isto resulta em uma maior capacidade para o delivery de oxigênio. Mais músculos são abastecidos de oxigênio simultaneamente e ao mesmo tempo, a pressão sanguínea é mantida. É importante também considerar e compreender o papel da capacidade oxidativa do músculo. À medida que o sangue rico em oxigênio passa pela rede de capilares de um músculo esquelético em ação, o oxigênio difunde para fora dos capilares para a mitocôndria, seguindo o gradiente de concentração. Quanto maior a taxa do consumo de oxigênio pela mitocôndria, maior é a extração do oxigênio e maior a diferença entre a concentração de O 2 entre o sangue arterial e venoso. O delivery é o fator limitante pois mesmo nos músculos treinados, não se pode usar o oxigênio que não é fornecido. Mas, se o sangue chega nos múculos que não são treindados, VO 2 max será menor apesar de uma maior capacidade de delivery Como o VO2Max é medido? Para determinar a capacidade aeróbica máxima, devemos seguir condições de exercício que demandam a capacidade máxima de delivery de sangue pelo coração. Para isso, devemos considerar as seguintes características:?? Utilizar pelo menos 50% da massa muscular total. Atividades que cumprem este requisito: corrida, ciclismo, remo. O método mais comum no laboratório é a corrida em uma esteira, com inclinações e velocidades diferentes.?? Ser independente da força, velocidade, tamanho do corpo e habilidades.?? Ter duração suficiente para que as respostas cardiovasculares sejam maximizadas. Geralmente, testes para capacidade máxima usando exercício contínuos são completados em 6 a 12 minutos.?? Ser feito por pessoas motivadas pois os testes para medir VO 2 max são muito pesados mas terminam rapidamente. Eis um exemplo do que ocorre durante um teste. Sua freqüência cardíaca será medida e o teste se inicia por uma caminhada em uma esteira a velocidades baixas e sem inclinação. Se você estiver em forma, o teste pode ser iniciado com uma corrida leve. Então, a velocidade e/ou a inclinação da esteira é aumentada em intervalos regulares (30s a 2 min). Enquanto você corre, estará respirando por um sistema de 2 válvulas. O ar entra do ambiente mas será expirado por sensores que medem o volume e a concentração de O 2. Usando estas válvulas, a tomada de O 2 pode ser calculada por um computador em cada estágio do exercício. A cada aumento na velocidade ou inclinação, uma massa muscular maior será utilizada em maior intensidade. O consumo de oxigênio ira aumentar linearmente com o aumento de carga. Porém, Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -33-

38 VO2MAX - CONSUMO MÁXIMO DE OXIGÊNIO em algum ponto, o aumento da intensidade não irá resultar em um aumento do consumo de oxigênio. Esta é a indicação de que você atingiu o VO 2 max. O valor do VO 2 max pode ser dado em duas formas: absoluta, ou seja, em litros/min e o valor é tipicamente entre 3 e 6 para homes e 2,5 e 4,5 para mulheres. O valor absoluto não leva em conta as diferenças de tamanho do corpo. Por isso, outra forma de expressar o VO 2 max é na forma relativa, em ml por min por kg. O consumo máximo de oxigênio entre homens não-treinados com aproximadamente 30 anos é aproximadamente ml/min/kg e diminui com a idade. O indivíduo que faz exercícios regularmente pode aumentar para ml/min/kg. Um corredor de ponta com 50 anos pode ter um valor de VO 2 max maior do que 60 ml/min/kg. Já um campeão olímpico de metros provavelmente apresenta um valor próximo de 80ml/min/kg. Claramente, o treino é importante mas a genética favorável também é um fator crítico. Mais uma informação: antes de você ficar muito impressionado com o corredor na TV, lembre-se ue os humanos não são nada em comparação com muitos animais atletas - o VO 2 de um cavalo treinado é de 600 litros/min ou 150ml/min/kg! Como vimos no texto, um dos fatores que afeta o VO2max é a pressão de oxigênio. Isso ocorre pois a ligação do oxigênio à hemoglobina é regulada pelo 2,3 bisfosfoglicerato (2,3 BPG). O 2,3 BPG está presente em concentrações relativamente altas nos eritrócitos e faz com que a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio seja bastante reduzida de acordo com a pressão de oxigênio. A concentração de BPG no sangue de um indivíduo normal é de aproximadamente 5 mm no nível do mar e de aproximadamente 8 mm em grandes altitudes. O gráfico abaixo mostra uma curva de saturação de oxigênio para a hemoglobina em função da pressão de oxigênio para diferentes concentrações de BPG. a) Explique por que o BPG é importante para a adaptação fisiológica em regiões de grandes altitudes. b) A afinidade da hemoglobina fetal por BPG é maior ou menor que nos adultos? Por que? c) Os indivíduos treinados possuem maior ou menor concentração de 2,3 BPG. Este fato é coerente com a diferença de déficit de oxigênio observada no gráfico da tomada de oxigênio? Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -34-

39 RECUPERAÇÃO APÓS O EXERCÍCIO 8. Recuperação após o exercício 8.1. Definição de EPOC / relação de EPOC com intensidade do exercício Após uma atividade física, os processos fisiológicos do corpo não voltam imediatamente ao estado de repouso. Independente da intensidade do exercício, a tomada de oxigênio durante a recuperação (pós-exercício) sempre excede o valor do repouso. Este excesso é chamado de débito de oxigênio ou recovergy oxygen uptake ou EPOC ( Excess Post Exercise Oxygen Consumption - excesso de oxigênio pós-exercício). Ele é calculado como: (Oxigênio total consumido na recuperação) - (Oxigênio total que teria sido consumido no repouso durante o período de recuperação se o exercício não tivesse sido realizado) Então, se um total de 5.5L de oxigênio foi consumido durante a recuperação até atingir o valor de repouso de 0.310L/min e o tempo de recuperação foi de 10 min, o débito de oxigênio seria de 5.5L - (0.310L x 10 min) = 2.4L. Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -35-

40 RECUPERAÇÃO APÓS O EXERCÍCIO Os gráficos acima mostram a tomada de oxigênio durante e depois do exercício. Indique para cada um dos gráficos a intensidade do exercício: a) leve b) aeróbico moderado a pesado c) máximo (aeróbico + anaeróbico) Justifique, tentando explicar o por que de uma componente mais rápida e outra mais lenta nos dois últimos gráficos, relacionando com a intensidade e duração do exercício. Que elementos indicados no gráfico levaram a essas conclusões? 2. Qual seria a função desse excesso de oxigênio pós-exercício? 3. Implicações do EPOC na recuperação O EPOC tem implicações para a recuperação após o exercício que pode ser feita de forma ativa ou passiva. A forma passiva consiste em repouso, inatividade completa que reduz o requerimento de energia, liberando o O 2 para o processo de recuperação. A forma ativa ou cooling down é feita com exercício aeróbio submaximal, dessa forma, o movimento aeróbio contínuo evita a fadiga e facilita a recuperação. Que tipo de recuperação seria mais adequado para: a) exercício feito com uptake de O 2 abaixo de 50% de VO 2 max b) exercício cuja intensidade ultrapassa 60 a 75% do VO 2 max Justifique, levando em consideração a função do EPOC e a formação de ácido lático. Observe o gráfico abaixo e responda: 1. Descreva as diferenças observadas no gráfico entre um indivíduo treinado e não treinado para as diferentes intensidades de exercício físico. Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -36-

41 RECUPERAÇÃO APÓS O EXERCÍCIO 2. No exercício leve, como o ATP necessário é gerado? Há aumento na concentração do lactato? Por que? 3. Assumindo que ocorre hipóxia nos tecidos, como explicar o acúmulo de lactato no exercício moderado? Explique, utilizando na sua resposta a via glicolítica e a produção de NADH. 4. Por que durante o repouso há produção de lactato? O que significa o nível basal de lactato? O lactato pode ser formado continuamente em repouso e durante o exercício moderado. Em condições aeróbias, há um balanço entre a produção e a remoção de lactato por outros tecidos, mantendo a concentração estável. Quando a taxa de remoção não é equilibrada pela produção, ocorre o acúmulo de lactato. Por que nos indivíduos treinadas o acúmulo de lactato é menor no exercício moderado? Por que no exercício intenso o acúmulo de lactato no indivíduo treinado é maior?? 5. A enzima lactato desidrogenase (LDH) favorece a conversão de piruvato em lactato nas fibras musculares de contração rápida. Já nas fibras lentas, a LDH favorece as reações contrárias, transformando preferencialmente lactato em piruvato. Como isso é possível? Nos exercícios em que há maior mobilização de fibras do tipo II, o que seria esperado em relação à concentração de lactato? Este fato dependeria da oxigenação dos tecidos? Como pode uma mesma enzima favorecer reações no sentido contrário? 6. A enzima lactato desidrogenase é uma enzima oligomérica formada por diferentes subunidades. Os vertebrados possuem duas subunidades distintas dessa enzima: M, que predomina nos músculos e H, que predomina no tecido cardíaco. Para saber quantas subunidades compõem a enzima, as diferentes proteínas oligoméricas (formadas somente por subunidades M ou H) foram purificadas, misturadas, dissociadas de suas subunidades componentes em condições suaves de Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -37-

42 RECUPERAÇÃO APÓS O EXERCÍCIO desnaturação (mudança de ph, adição de uréia) e foram então incubadas juntas para se reassociarem (retirando as condições desnaturantes). Foi feita uma eletroforese onde na primeira canaleta a amostra aplicada foi a isoenzima composta somente de subunidades M, na segunda, a mistura após desnaturação leve e renaturação e na terceira, a isoforma H, como mostra a figura. O que representam as diferentes bandas na canaleta contendo a mistura? Quantas subunidades compõem a enzima? Quantas isoformas da LDH existem? Descreva a composição de subunidades das isoformas. M mistura H (+) Origem (-) 8.2. INFORMAÇÕES ADICIONAIS A Lactato Desidrogenase encontra-se na maioria de todos os tecidos. Quando há dano nas células em tecidos contendo LDH, há liberação de LDH na corrente sangüínea. Como a LDH é amplamente distribuída, a análise total de LDH não é útil para o diagnóstico de uma doença específica. Mas, devido a suas diferentes isoformas, a análise dos níveis de LDH pode auxiliar no diagnóstico de certas doenças, mas há controvérsias. As diferentes isoformas são: LDH-1, LDH-2, LDH-3, LDH-4, LDH-5. Em geral, cada isoforma é usada por um tecido específico. LDH-1 é encontrada preferencialmente no coração, LDH-2 está associada com sistemas de defesa contra infecção, LDH-3 está encontrada nos pulmões e em outros tecidos, LDH-4 no rim, placenta e pâncreas e LDH-5 no fígado e músculo esquelético. Normalmente, os níveis de LDH-2 são maiores do que o das outras isoenzimas. Certas doenças têm padrões de níveis elevados de isoenzimas LDH. Por exemplo, um nível maior de LDH-1 em relação a LDH-2 pode ser indicação de ataque cardíaco, elevações de LDH-2 e LDH-3 podem indicar danos nos pulmões, elevações em LDH-4 e LDH-5 podem indicar danos no fígado ou músculo. Um aumento de todas as isoformas da LDH simultaneamente pode ser diagnóstico de lesões em múltiplos órgãos. Um dos testes comumente utilizados é o diagnóstico de infarto do miocárdio. O nível total de LDH aumenta em 24-48h após o ataque do coração, tem um pico em 2 ou 3 dias e retorna ao normal em aproximadamente 5 ou 10 dias. Este Nutrição e Esporte Uma abordagem Bioquímica -38-