Substratos Energéticos Para Exercício Físico

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1 Substratos Energéticos Para Exercício Físico

2 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

3 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

4 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)

5 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

6 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)

7 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

8 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

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10 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)

11 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

12 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

13 BIOENERGÉTICA

14 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

15 Vias metabólicas para a Ressíntese de ATP Sistema fosfagénico (sistema ATP-CP) Glicólise Fosforilação Oxidativa (sistema oxidativo)

16 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

17 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 CP + ADP Creatina quinase ATP + C

18 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

19 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

20 Fábrica do ATP-CP

21 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

22 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

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24 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

25 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)

26 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

27 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 2 Acido láctico

28 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

29 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

30 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 Piruvato Acetil-Coa O2 O2 O2 36

31 Conversão do Piruvato em Acetil CoA

32 O2 O2

33 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)

34 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

35 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

36 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

37 Quantidade de ATP formada por cada via metabólica 1 ATP 2/3ATP 36 ATP ATP-CP Glicólise Anaeróbia Fosforilação Oxidativa

38 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

39 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)

40 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

41 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

42 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????