31/10/2016.

Transcrição

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2 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. 2

3 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). 3

4 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). 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. Calorimetria Direta 4

5 Calorimetria Direta Calorimetria indireta 5

6 Kcal 31/10/2016 Calorimetria indireta 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 6

7 De onde provém a energia? Linha de desmontamento 1.Macronutrientes 2.Micronutrientes 3.Energia: ATP 7

8 4. Excreção Carboidratos Convertidos em glicose (monossacarídeo) - Glicose: C 6 H 12 O 6 Repouso = Armazenados nos músculos e no fígado: Glicogênio Exercício = Glicogênio ATP 8

9 Gorduras Gordura: C 57 H 110 O 6 - Ácido graxos livres: C 16 H 18 O 2 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 9

10 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 10

11 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 11

12 Fontes de energia para ressíntese do ATP Adenosina Trifosfato - ATP 12

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14 Enzimas Enzimas (proteínas): Catalisadoras - Oxidação: Perda de elétrons - Redução: Ganho de elétrons 14

15 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 15

16 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 16

17 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. 17

18 Sistema ATP - CP Sistema ATP - CP ATP Hidrólise ADP + Pi Fosforilação 18

19 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 19

20 Sistema ATP - CP Manutenção do ATP durante um corrida de alta intensidade: Sistema ATP- CP 20

21 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!) 21

22 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. 22

23 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 23

24 Sistema glicolítico Duração: não ultrapassam 2 minutos (45 a 90 segundos) Exemplo: corridas de m, natação de m, 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 24

25 Principal função do Ciclo de Krebs Degradar o Acetil-CoA para dioxido de carbono e H + Sistema Oxidativo Oxidação Celular Função primária do ciclo de Krebs 1. Retirada de átomos de hidrogênio (carboidratos, gorduras e proteínas) 2. Remoção dos hidrogênios: NAD e FAD 3. NAD e FAD: Transporte dos hidrogênios para cadeia transportadora de elétrons = ATP 4. Cadeia transportadora de elétrons: Transferência dos elétrons retirados desses átomos de hidrogênio para o O² = H²O 25

26 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 26

27 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 27

28 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 FADH 2 é oxidado = 2ATP 28

29 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 29

30 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 30

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32 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 FADH 2 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) 32

33 Deficiência de O² Disponibilidade de O² Acetil-CoA Ciclo de Krebs 33

34 Produção total de energia pelo catabolismo da glicose Proteínas Carboidratos Gorduras Glicose Lipase Aminoácidos Aminoácidos Aminoácidos Aminoácidos H+ Glicerol Glicogênio LDH Ácidos Graxos Livres Piruvato Lactato NAD NAD PDH NADH ATP NAD Acetill - COA NAD ATP H+ Ciclo de Krebs CO² H²O Cadeia respiratória O² 34

35 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. 35

36 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. 36

37 TRIACILGLICEROL 3 ácidos graxos Glicerol Triglicerídeos 37

38 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. 38

39 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 Triacilglicerol Lipases Glicerol + Ácidos Graxos 39

40 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 40

41 A hidrólise dos Triacilgliceróis: Ácidos graxos vão ser liberados na corrente sanguínea, e circular ligados à albumina. Albumina 41

42 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

43 Gorduras são transformadas em Acetil CoA (beta oxidação) β-oxidação de ácidos graxos 43

44 β-oxidação de ácidos graxos Como transportar os ácidos graxos para o interior da mitocôndria? Ácido graxos 44

45 As enzimas da b- Oxidação Acil-CoA desidrogenase Enoil-CoA hidratase b-hidroxiacil- CoA desidrogenase Acil-CoA aciltransferase (tiolase) 96 45

46 Destino do Acetil - CoA 99 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

47 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 47

48 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 48

49 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 49

50 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 50

51 1º 2º 3º 4º 5º Triglicerídeos Adrenalina, Noradrenalina, Glucagon e Hormônio do Crescimento Lipase Hidrólise do triglicerídeos Piruvato Glicerol Hidrolise 3 AGL Acetil CoA Ciclo de Krebs Corrente sanguínea Fígado Gliconeogênese Glicogênio (energia) Albumina Fibra muscular Carnitina Mitocôndrias Ciclo de Krebs Energia 51

52 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 52