31/10/2016.

1 www.professoralexandrerocha.com.br

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”

Na nutrição ela se refere à maneira pela qual o corpo faz uso da energia

contida na ligação química dentro do

alimento.

3 Todos os processos metabólicos que ocorrem no corpo resultam em última análise na produção de calor

Como se calcula a energia liberada ou

gasto energético?

Como se calcula a energia liberada?

Quantidade de energia liberada em uma reação biológica se calcula a partir da quantidade de calor produzido (kcal).

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).

Calorimetria Direta

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

5 Calorimetria Direta

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

Kc

al

Consumo de O²

7 De onde provém a energia?

Linha de desmontamento

1.Macronutrientes

2.Micronutrientes

3.Energia: ATP

4. Excreção

Carboidratos

• Convertidos em glicose (monossacarídeo) - Glicose: C₆ H₁₂O₆

• Repouso = Armazenados nos músculos e no fígado: Glicogênio

9 Gorduras

• Gordura: C₅₇ H₁₁₀O₆ - Ácido graxos livres: C₁₆ H₁₈O₂ • 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.

Proteínas

• Polimerizada pelos aminoácidos • 20 aminoácidos diferentes

• Aminoácidos essências (9): Isoleucina, leucina, lisina, medionina, fenilalanina, treonina, triptofano, valina e histidina

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

Enzimas

• Enzimas (proteínas): Catalisadoras - Oxidação: Perda de elétrons

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.

• Quebra de moléculas complexas (grandes): pela água

• Hidrolise: Carboidratos, gorduras e proteínas Hidrólise

• 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

17 1. Sistema ATP- CP

2. Sistema glicolítico 3. Sistema oxidativo

Formação do ATP

Além do ATP as células possuem uma outra molécula de fosfato de alta energia (creatina

fosfato ou CP) Sistema ATP - CP

A quebra da CP libera energia para a formação do ATP e não para a realização de trabalho.

Sistema ATP - CP

ATP

ADP

+

Pi

Hidrólise

Fosforilação

19 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 Sistema ATP - CP

Manutenção do ATP durante um corrida de alta intensidade:

Sistema ATP- CP

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!)

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 – Sistema glicolítico

23 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 Sistema glicolítico

Fase de produção de energia – 11 reações

Remoção e transporte de elétrons Saldo

• 2 ou 3 ATP

• 2 moléculas de lactato

• Duração: não ultrapassam 2 minutos (45 a 90 segundos)

• Exemplo: corridas de 400-800m, natação de 100-200m, 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

Sistema glicolítico

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

Sistema Oxidativo – Oxidação Celular

25

Principal função do Ciclo de Krebs

• Degradar o Acetil-CoA para dioxido de carbono e H+

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

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

Sistema Oxidativo – Oxidação Celular

Produção aeróbia de ATP pode ser considerada um

processo de 3 estágios

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

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 FADH₂ é oxidado = 2ATP

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

3 Bombas que movem H+

Aumento da concentração de H+

• 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}

• Três pré requisitos devem ser atendidos para que ocorra a ressíntese contínua do ATP 1. Estar disponível um agente doador de

elétrons NADH ou FADH₂

2. Existir O² suficiente como aceitador final de e- _{e H}+

3. As enzimas devem estar em condições e concentrações suficientes

O Papel do O² no metabolismo energético

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)

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

glicose

Proteínas Carboidratos Gorduras

Glicose

Glicogênio Glicerol

Ácidos Graxos Livres Aminoácidos

Piruvato ↓ LDH Lactato ↑ PDH

Acetill - COA NAD

NADH NAD Aminoácidos Aminoácidos Ca de ia re sp ira tó ria H+ ATP ATP NAD NAD ↑ Lipase H+

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.

• 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

37 TRIACILGLICEROL

3 ácidos graxos

Glicerol

Oxidação dos lipídios

• Triglicerídeos: Músculo • Triglicerídeos circulantes • Ácidos graxos livres

circulantes, provenientes dos adipócitos

Fonte para o catabolismo das gorduras

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.

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:

Triacilglicerol Glicerol + Ácidos Graxos

Lipases

• 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

41 Ácidos graxos vão ser liberados na corrente sanguínea, e circular

ligados à albumina.

• 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)

Como transportar os ácidos graxos para o interior da mitocôndria?

β-oxidação de ácidos graxos

45 b- Oxidação 96  Acil-CoA desidrogenase  Enoil-CoA hidratase b -hidroxiacil-CoA desidrogenase  Acil-CoA aciltransferase (tiolase)

99

Destino do Acetil - CoA

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

• 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

3º 2º

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

3º 4º

2º

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

51 3º 4º 5º 2º Lipase Hidrólise do triglicerídeos

Piruvato ← Glicerol → Hidrolise → 3 AGL

•Corrente sanguínea •Fígado •Gliconeogênese •Glicogênio (energia) •Albumina •Fibra muscular •Carnitina •Mitocôndrias •Ciclo de Krebs •Energia

Triglicerídeos

Adrenalina, Noradrenalina, Glucagon e Hormônio do Crescimento

•Acetil –CoA •Ciclo de Krebs

Oxidação dos lipídios

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 Beta oxidação