Fisiologia do Esforço Aula 1. Prof. Dra. Bruna Oneda 2016

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1 Fisiologia do Esforço Aula 1 Prof. Dra. Bruna Oneda 2016

2 Energia Capacidade de realizar Trabalho A 1ª. lei da termodinâmica estabelece que o corpo não produz, não consome e nem utiliza energia; pelo contrário, a energia é transformada de um estado para o outro à medida que o sistema fisiológico sofre uma transformação contínua A transferência de energia potencial em qualquer processo espontâneo prossegue sempre em uma direção que reduz a capacidade de realizar trabalho. O alimento e outras substâncias químicas são excelentes reservatórios de energia potencial, porém essa energia sofre uma redução contínua à medida que os compostos se decompõem através dos processos oxidativos normais.

3 Trabalho biológico nos seres humanos O trabalho biológico assume uma de três formas: Trabalho mecânico: contração muscular os filamentos proteicos de uma fibra muscular transformam energia química em mecânica Trabalho químico: As células o realizam com o objetivo de manutenção e crescimento. A síntese continua dos componentes ocorre a medida que outros são desintegrados. A síntese do tecido muscular que ocorre em resposta ao treinamento é um exemplo. Trabalho de transporte: Consiste em concentrar substâncias no organismo. A difusão não requer energia, mas o transporte ativo sim.

4 Fatores que afetam ritmo da bioenergética Enzimas e Coenzimas alteram o ritmo de liberação de energia durante as reações químicas Enzimas: Grandes catalisadores proteicos altamente específicos que alteram o ritmo das reações químicas sem serem consumidas e nem modificadas durante as reações. Funciona como chave e fechadura Algumas enzimas permanecem totalmente adormecidas, a menos que sejam ativadas por coenzimas Coenzimas: facilitam ação enzimática unindo o substrato com sua enzima específica.

5 Hidrólise A hidrólise cataboliza carboidratos, lipídios e proteínas em formas mais simples para o corpo absorva e assimile mais facilmente. Enzimas especificas catalisam cada etapa do processo de fracionamento. As hidrólises são de maneira geral representadas pela equação: AB+HOH A-H + B-OH A H 2 0 acrescentada a substância AB faz com que a ligação química que une AB seja decomposta a fim de gerar os produtos de fracionamento A-H e B-OH

6 Condensação Hidrólise pode ocorrer na direção oposta quando um composto AB é sintetizado A-H e B-OH e é formada. Uma molécula de água também é formada no processo de condensação (também chamado de síntese por desidratação) Os componentes estruturais dos nutrientes se unem para formar moléculas e compostos mais complexos

7 Reações de Oxidação e Redução Ocorrem no organismo milhares de reações químicas que envolvem a transferência de elétrons. Oxidação: transfere átomos de O2, átomos de H ou elétrons. Redução: envolve qualquer processo no qual os átomos ganham elétrons. Sempre que ocorre a oxidação, processa-se também a redução reversa: quando uma substância perde elétrons, a outra ganha.

8 Transferência de energia no corpo - Os alimentos são catabolizados para produzir energia utilizável pelas células. - A energia potencial contida nas ligações dos carboidratos, gorduras e proteínas é liberada por etapas em pequenas quantidades - A energia é transferida dos alimentos para o ATP por fosforilação. - O ATP (adenosina trifosfato) é um composto de alta energia que permite armazenar e conservar energia.

9 Kilocaloria A kilocaloria (kcal) é a unidade de energia mais utilizada nos sistemas biológicos. 1 kilocaloria é a quantidade de energia térmica necessária para elevar de 1 ºC a temperatura de 1 kg de água. 1 kcal = cal

10 ATP Funciona como um agente ideal para a transferência de energia. Aprisiona dentro de suas ligações de fosfato uma grande parte da energia da molécula original do alimento. ATP + H2O ADP + Pi AG 7,3 Kcal/mol A energia liberada durante o fracionamento do ATP é transferida diretamente para outras moléculas que necessitam de energia. O citosol contém as vias para produção de ATP a partir do fracionamento anaeróbico (PCr, glicose, glicerol e o esqueleto de carbono de alguns aminoácidos desaminados). Os processos que recolhem energia para a geração aeróbica de ATP ocorrem dentro da mitocôndria (são o ciclo ácido cítrico, a oxidaçãoß e a cadeia respiratória)

11 ATP Qualquer aumento na demanda de energia rompe o equilíbrio entre ATP, ADP e Pi. Esse desequilíbrio estimula o fracionamento de outros compostos que tem energia armazenada para ressintetizar o ATP. O início do movimento ativa rapidamente vários sistemas que irão aumentar a transferência de energia e ela depende da intensidade do exercício. A gordura e glicogênio representam as principais fontes de energia para manter a ressíntese de ATP.

12 BIOENERGÉTICA

13 BIOENERGÉTICA ATP

14 BIOENERGÉTICA Vias de Ressíntese de ATP 1. Sistema ATP-PCr (sistema anaeróbio alático) 2. Via Glicolítica (sistema anaeróbio lático) 3. Fosforilação Oxidativa (sistema aeróbio)

15 Vias de Ressíntese de ATP GLICOLÍTICO ALÁTICO ATP + CP ADP + ADP AMP + ADP ATP ATP ATP GLICOLÍTICO LÁTICO Glicose } Glicólise ATP Glicogênio ácido lático sistema de tamponamento OXIDATIVO Carboidrato - Glicose Gordura - AGL + Glicerol Proteína - Aminoácido } ATP

16 Fosfocreatina Alguma energia para ressíntese de ATP vem da cisão anaeróbica de um fosfato proveniente da fosfocreatina ATPase ATP ADP + Pi + ENERGIA PCr creatinoquinase Cr + ATP A maior parte da energia para fosforilação deriva da degradação de macronutrientes

17 Sistema Fosfagênio (ATP-CP) Anaeróbio Alático - A fosfocreatina (PC), assim como o ATP, é armazenada nas células musculares. - Tanto ATP quanto PC contêm grupamentos fosfatos, por isso são denominados fosfagênios. - PC é também semelhante ao ATP pelo fato de que quando seu grupamento fosfato é removido, ocorre liberação de grande quantidade de energia, que é imediatamente disponível e acoplada à ressíntese de ATP.

18 Sistema anaeróbio alático - Quando um indivíduo é submetido à um esforço de altíssima intensidade, as suas reservas de ATP são imediatamente depletadas aumentando a quantidade de ADP e Pi livres. - O aumento de ADP é o sinal para a ativação da CPK (creatinafosfatoquinase). -Inicia então o processo de quebra da fosfocreatina, ocorrendo a liberação de energia para a ressíntese do ATP.

19 Sistema anaeróbio alático - O único meio pelo qual PC pode ser formada novamente é a partir de Pi e C e através da energia liberada pela desintegração de ATP (proveniente da rota aeróbia, principalmente). Isso ocorre durante a recuperação após o exercício. - Os depósitos de fosfagênio provavelmente se esgotarão após cerca de 10 segundos de um exercício de intensidade máxima. - Este sistema representa a fonte de ATP mais rapidamente disponível para ser usada pelo músculo.

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21 Liberação de energia pelos macronutrientes Estagio 1: digestão, absorção e assimilação de macromoléculas alimentares transformando-as em substâncias menores para serem utilizadas no metabolismo celular Estagio 2: degradação do aminoácido, glicose a ácido graxo assim o como acido graxo e glicose do citosol para acetil - coenzima A (formada dentro da mitocôndria) com produção limitada de ATP e NADH Estágio 3: dentro da mitocôndria, a acetil-coenzima A é degradada para CO 2 e H 2 O com produção de uma quantidade considerável de ATP.

22 Nutrientes Em repouso o organismo usa principalmente lípidios e carboidratos para produzir energia. As proteínas são relativamente pouco usadas para produzir energia. O aumento da intensidade de esforço provoca um aumento da utilização percentual de glícidos em detrimento dos lípidios.

23 Carboidratos (CHO) Proporcionam único substrato cuja energia armazenada gera ATP anaerobicamente. Importante no exercício máximo que requer energia rápida acima dos níveis proporcionados pelo metabolismo aeróbico. Nesse caso o glicogênio intramuscular fornece a maior parte da energia para a ressíntese do ATP. Durante o exercício aeróbico leve a moderado, eles proporcionam 1/3 das demandas energéticas; O processamento de grandes quantidades de gorduras para obtenção de energia requer um mínimo de catabolismo de CHO; O fracionamento aeróbico dos CHOs ocorre mais rapidamente do que a geração de energia a partir do fracionamento dos ácidos graxos. Assim sendo, a depleção das reservas de glicogênio reduz consideravelmente a produção de potência durante o exercício. O SNC necessita de um fluxo ininterrupto de CHO para funcionar adequadamente.

24 Carboidratos (CHO) - Facilmente metabolizados pelos músculos - Após ingestão, são captados pelos músculos e fígado e convertidos em glicogenio - Quando necessário, o glicogênio armazenado no fígado é decomposto em glicose e transportado pelo sangue até aos músculos para produção de ATP

25 Lipídios Principais nutrientes para esforços prolongados de baixa Intensidade As reservas lipídicas do organismo são muito maiores que as reservas glicídicas Trigligéridos precisam ser decompostos em glicerol e ácidos graxos livres (AGL) Apenas os AGL são utilizados para produzir ATP

26 Glícidos x Lípidos

27 Proteinas - Podem ser convertidas em glicose via neoglicogénese e utilizadas para produzir energia - Podem ser transformadas em FFAs via lipogenese - Precisam ser primeiro decompostas em amino-ácidos

28 MECANISMOS DE RESSÍNTESE DE ATP CARACTERÍSTICAS Sistema anaeróbio alático Fornece 1 ATP Não consome ATP para ser ativado Não utiliza oxigênio Não produz ácido lático Substrato: creatina-fosfato (CP) Produtos: ATP, creatina Principal enzima: creatina quinase

29 MECANISMOS DE RESSÍNTESE DE ATP CARACTERÍSTICAS Sistema anaeróbio lático Fornece 4 ATPs Consome ATP para ser ativado Não utiliza oxigênio Produz ácido lático Substrato: glicose Produtos: ATP, ácido lático, NADH+H +, FADH 2 Principal enzima: fosfofrutoquinase (PFK)

30 BIOENERGÉTICA Glicólise Anaeróbia ( Anaeróbio Láctico) - No corpo, todos os carbohidratos são transformados no açúcar simples glicose, que tanto pode ser utilizado imediatamente nessa forma ou armazenada no fígado e nos músculos como glicogênio para uso subseqüente. - À medida que aumenta a intensidade do esforço, aumenta a liberação de insulina que se liga ao seu receptor na membrana das células fazendo com que a glicose seja transportada para o interior da célula iniciando uma série de reações que dependem, principalmente, da atividade da enzima PFK (fosfofrutoquinase).

31 BIOENERGÉTICA - O produto destas reações é o ácido pirúvico, que é absorvido pelas mitocôndrias. - Quando a capacidade mitocondrial de absorção é saturada o excedente é transformado em ácido lático. - O ácido lático é um co-produto da glicólise anaeróbia, e quando se acumula em altos níveis nos músculos e no sangue, produz fadiga muscular.

32 BIOENERGÉTICA Efeitos do ácido lático sobre a atividade muscular Atividade da PFK: Quanto maior a concentração de ácido lático, menor o ph e conseqüentemente, menor a atividade da PFK (fosfofrutoquinase). Interferência Neuromuscular: O lactato acumulado invade a fenda sináptica. Esse tipo de fadiga parece ser mais comun nas unidades motoras de contração rápida. A incapacidade da junção neuromuscular em retransmitir os impulsos nervosos para as fibras musculares é devida, provavelmente, a uma menor liberação do transmissor químico ACETILCOLINA por parte das terminações nervosas.

33 BIOENERGÉTICA Efeitos do ácido lático sobre a atividade muscular Interferência Muscular A acidose altera a permeabilidade do retículo, diminuindo a condutância de Ca++. Há uma menor liberação de Ca++ pelo retículo sarcoplasmático e redução na capacidade de ligação Ca++troponina, em virtude do aumento na concentração de H+ causada pelo acúmulo de ácido lático. Efeito Algésico A acidose estimula as fibras do tipo "C" (lentas) provocando dor do tipo "queimação".

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35 MECANISMOS DE RESSÍNTESE DE ATP CARACTERÍSTICAS Sistema aeróbio Pode fornecer de 36 a mais de 400 ATPs Consome ATP para ser ativado Utiliza oxigênio Não produz ácido lático Substratos: glicose, ácidos graxos, aminoácidos Produtos: ATP, NADH+H +, FADH 2, H 2 O Principal enzima: citrato sintase

36 Glicólise As reações anaeróbias da glicólise liberam apenas 5% da energia existente dentro da molécula original de glicose. A extração de energia restante prossegue quando o piruvato é transformado em Acetil- CoA. O acetil- CoA entra no Ciclo do ácido cítrico (ou ciclo de Krebs) que é o segundo estágio de fracionamento dos CHO. Paralelamente ao Ciclo de Krebs, ocorre a Cadeia de Transporte de elétrons, que também libera ATP.

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38 Glicólise Aeróbia (sistema aeróbio) - No caso de atividades que utilizem predominantemente a rota aeróbia, a intensidade do esforço não é tão alta e, por isso, não há uma produção tão grande de piruvatos como na rota anaeróbia não ocorrendo, portanto, a saturação da capacidade mitocondrial de absorção o que ocasiona menor produção de ácido lático - Esta é a diferença principal entre as rotas aeróbia e anaeróbia

39 Rendimento Energético da Glicólise Aeróbia Fase Anaeróbia (glicose até piruvato) 2 ATPs Substrato (Ciclo de Krebs) 2 ATPs Cadeia Respiratória (8 NADH) 24 ATPs Cadeia Respiratória (2 FADH2) 4 ATPs Lançadeira de elétrons(2 NADH) 6 ATPs Total 38 ATPs

40 Glicólise Aeróbia (Sistema Aeróbio) Causas da fadiga: - Fadiga muscular localizada devido à depleção das reservas de glicogênio muscular; - Perda de água (desidratação) e de eletrólitos, que resulta em alta temperatura corporal.

41 Lipídios 3 fontes energéticas específicas para o catabolismo das gorduras são: 1. Triacilgliceróis armazenados diretamente na fibra muscular perto da mitocôndria 2. Triacilgliceróis circulantes nos complexos lipoproteicos que acabam sendo hidrolisados na superfície capilar de determinados tecidos 3. Ácidos Graxos livres circulantes mobilizados a partir dos triacilgliceróis no tecido adiposo

42 Lipídios

43 BIOENERGÉTICA

44 Ressíntese de ATP

45 BIOENERGÉTICA

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