Liberação de energia pelas proteínas

Ainda na segunda semana de aula falamos sobre as proteínas e seu envolvimento no metabolismo, e para entende-las melhor devemos compreender a funcionalidade e o que determina sua síntese. As informações genéticas do ser humano estão contidas no DNA, mas qual a relação com as proteínas? É ele que vai determinar o tipo e a quantidade de proteínas que serão sintetizadas. O DNA é uma molécula de fita dupla, composto por bases nitrogenadas (adenina, timina, guanina e citosina). A cada trinca de bases nitrogenadas, por exemplo, adenina, guanina e timina dão o nome de gene. O mesmo é responsável pela síntese proteica, porém no DNA só 3% dos genes são gênicos, os outros 97% não.

Diferente dos carboidratos e dos lipídios, as proteínas tem função estrutural, ou seja, não são armazenadas. Além disso desempenham a função de ser base estrutural de todos os tecidos e órgãos. Juntamente com aminoácidos, que falaremos um pouco mais a frente, é precursora de hormônios, peptídios reguladores e neurotransmissores.

Os aminoácidos são responsáveis pela formação das proteínas. Os peptídeos são a junção de aminoácidos, entre 70 e 100 aminoácidos. Já as proteínas são o composto formado por mais de 100 aminoácidos. Todos estes aminoácidos são compostos por carbono, hidrogênio e oxigênio, assim como os outros dois macronutrientes vistos nas outras postagens, no entanto os aminoácidos apresentam como diferencial nitrogênio e dois deles enxofre. E como podemos ver na imagem abaixo os aminoácidos são formados por um grupo amina (NH2) e um grupo carboxila (COOH) ligados a um carbono.

No metabolismo as proteínas exercem funções específicas e dentre elas ressaltaremos o ciclo alanina-glicose. Os aminoácidos também são usados como fontes de energia para o metabolismo oxidativo, podendo participar da síntese da glicose ou de corpos cetônicos. Quando há privação alimentar a síntese da glicose é produzida por esta via, que torna portanto as proteínas intramusculares prontas para a degradação. Há portanto síntese da alanina pelo processo de transaminação que ocorre devido ao piruvato oriundo da glicose. A partir daí a alanina sai do músculo percorrendo a corrente sanguínea, até chegar no fígado, onde ocorre a desaminação (perda do grupo amina) que o transforma em piruvato e, consequentemente, glicose. Assim a glicose é jogada à corrente sanguínea novamente até chegar ao músculo. 

Além disso, em aula vimos um gráfico referente ao suor (nitrogênio e ureia) em relação a diferentes momentos: em repouso, exercício e exercício com baixa reserva de glicogênio. Podemos ver abaixo o gráfico que nos mostra os resultados:

Referências:

Maughan, R; Gleeson, M; Greenhaff, P. Bioquímica do Exercício e do Treinamento. São Paulo: Manole, 2000. 240 p. : il.

Mobilização dos Ácidos Graxos

Na segunda semana vimos a composição dos lipídios  e a β-oxidação. Lipídios (do grego lipos = gordura) são moléculas que possuem os mesmos elementos estruturais que os carboidratos, visto no post anterior, diferenciando-se somente nos tipos de ligações e número de átomos. Podem ser de fonte vegetal ou animal e são divididos em lipídios simples, lipídios compostos e lipídios derivados.

Os lipídios simples, consistem nos triglicerídios e são a principal forma de armazenamento de gordura nos adipócitos. Uma molécula de triglicerídio é formada por um um glicerol ligado a três ácidos graxos. Quando comparada às proteínas e aos carboidratos, a gordura armazenada proporciona quantidades quase ilimitadas de energia. Em um homem adulto jovem típico, as reservas de energia provenientes de gorduras provêm de duas principais fontes: 3.000 kCal dos triglicerídios intramusculares (12 mmol/kg de músculo), que estão em grande proximidade com as mitocôndrias (predominante nas fibras de contração lenta) e entre 60.000 e 100.000 kCal dos triglicerídios dos adipócitos, que mobilizarão os ácidos graxos. Antes da energia ser liberada pelas gordura, a molécula de triglicerídio sofre lipólise no citoplasma, sob a ação da HSL resultando em uma molécula de glicerol e três moléculas de ácidos graxos, como na reação abaixo:

Triglicerídio + 3 H2O -----------> Glicerol + 3 Ácidos graxos

Após a HSL estimular a difusão dos ácidos graxos do adipócito para a circulação, eles irão, em sua maioria, combinar com albumina plasmática para serem transportados para os tecidos ativos sob a forma de AGL (ácidos graxos livres). Na área muscular, em específico no sarcoplamsa, os AGL são liberados para serem transportados por difusão facilitada por um sistema carreador através da membrana plasmática. Dentro da fibra muscular os AGL desempenham as funções de serem reesterificados em triglicerídios, e combinar-se com proteínas para penetrarem nas mitocôndrias participando do metabolismo energético pela ação da carnitina aciltransferase. A carnitina aciltranferase, localizada na superfície externa da membrana mitocondrial (CAT I), catalisa a transferência de um grupo acil (palmitato) para a carnitina, formando acilcarnitina (neste caso usando o exemplo da molécula de acil palmitato). Por sua vez, a superfície  interna da membrana mitocondrial (CAT II) regenera acil-CoA e carnitina livre.

Essa molécula de acil-palmitato existente agora dentro da mitocôndria dará origem a β-oxidação. Consistente na remoção de duas unidades de 2-C (dois carbonos) da cadeia do ácido graxo (acil-palmitato, 16 carbonos), na forma de AcCoA, dando início ao Ciclo de Krebs. Logo, podemos identificar que a cada quebra da ligação beta (segunda ligação entre os carbonos) há a liberação de AcCoA, NADH, FADH. Cada quebra vai liberar 5 ATP, e uma AcCoA. Os resultados são: gasto de dois ATP para a ativação do processo, produto de 35 ATP (devido as sete quebras) oriundo da β- oxidação e o produto de 96 ATP (devido a produção de 8 AcCoA que gera, consequentemente 8 ciclos de Krebs, cada um gerando 12 ATP) oriundo do ciclo de krebs, totalizando 129 moléculas de ATP a cada oxidação completa de uma molécula de palmitato.

A produção de AcCoA formada durante a β-oxidação irá entrar no Ciclo de Krebs ou cadeia respiratória, desde que haja oxaloacetato para a produção de citrato. No entanto quando não há grande disponibilidade de oxaloacetato ou uso do sistema lipídico se sobressaindo com relação ao glicolítico, a AcCoA é enviada ao fígado (único órgão capaz de sintetizar cetonas) para formar cetonas. Isso se dá em momentos de exercício físico duradouro, jejum, diabetes mellitus. Essa produção de corpos cetônicos é decorrente da união de AcCoA+AcCoA.  As cetonas são utilizadas quando captadas pelo miocárdio, rins e cérebro sendo usadas como fonte de energia alternativa quando apresentamos a baixa disponibilidade do macronutriente carboidrato ou para auxiliar na concentração de glicose sanguínea.

Além disso, vimos que uma dieta rica em carboidratos auxilia no processo de retardar a instalação da fatiga. Assim para podermos ter o sistema lipolítico funcionando corretamente é bom termos o sistema glicolítico abastecido, pois podemos fornecer mais piruvato e assim formar oxalacetato e todo o ciclo de krebs. Em exercícios prolongados os lipídios poderão fornecer em torno de 80% da energia necessária, tendo como explicação a queda da concentração de glicose no sangue e aumento da liberação de glucagon.

O gráfico visto em aula nos mostra exatamente isso: uma dieta rica em carboidratos é muito mais eficaz em caso de exercícios de longa duração, pois como podemos ver, quanto maior a reserva de glicogênio no sangue maior será o tempo até a instalação da fadiga. 



Referências:

William D. McArdle, Frank I. Katch, Victor L Katch, traduzido por Giuseppe Taranto. Fisiologia do exercício: nutrição, energia e desempenho humano. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2011.

Maughan, R; Gleeson, M; Greenhaff, P. Bioquímica do Exercício e do Treinamento. São Paulo: Manole, 2000. 240 p. : il.

Metabolismo dos carboidratos

Os carboidratos são compostos orgânicos formados por carbono, hidrogênio e oxigênio, que em geral apresentam a fórmula de (CH20)n, onde n representa o numero de carbonos que varia de 3 a 7. Eles são classificados em monossacarídios, oligossacarídeos e polissacarídios.

A principal função dos carboidratos é energética e esse fornecimento de energia acontece principalmente através da glicólise. O ciclo da glicólise se inicia a partir do momento em que a glicose consegue passar pela membrana celular. Isso ocorre com o auxílio de uma proteína carreadora específica denominada GLUT4(proteína responsável por transportar a glicose para os tecidos adiposos e musculares) . A partir do momento em que temos moléculas de glicose no interior da célula, a primeira etapa que ocorre é através da enzima intracelular hexoquinase que fosforila a glicose, transformando-a em glicose 6-fosfato. A glicose 6-fosfato é transformada em frutose 6-fosfato que através da enzima  fosfofrutoquinase que se utiliza de um fosfato do ATP para gerar a frutose 1,6-difosfato, nessa reação também é formado um ADP como podemos ver na imagem abaixo:

Então a frutose 1,6-difosfato divide-se em duas moléculas fosforiladas com três cadeias de carbono que sofrerão 5 novas reações formando um NADH + H+ que será utilizado na cadeira de transporte de elétrons, 2 ATPs e um Piruvato cada, conforme podemos perceber no esquema a seguir:

O piruvato pode ser transformado em lactato (glicólise anaeróbica) ou em Acetilcoenzima A (glicólise aeróbica). A glicólise aeróbica acontece quando MCT(tranportador de piruvato) carrega o piruvato do citoplasma para o interior da mitocôndria onde é transformado em AcCoA (acetilcoenzima A) que irá reagir com o oxalacetato para iniciar o ciclo de Krebs. Durante o ciclo de Krebs serão produzidos 3 NADH, 1 FADH e 1 ATP como podemos ver na imagem abaixo:

Esses 3 NADH serão oxidados gerando assim 3 ATPs cada e o FADH também será oxidado gerando 2 ATPs.

A glicólise aeróbica terá então uma síntese total de:

·        * 2 ATPs oriundos da glicólise

·        * 24 ATPs oriundos dos 4 NADH de cada piruvato

·        * 4 ATPs oriundos pelo FADH de cada piruvato

·        * 2 ATPs oriundos do substrato

·   * 6 ATPs oriundos da Electron Shuttle(lançadeira de elétrons) que transporta 2 NADH citoplasmáticos para a mitocôndria.

Totalizando 38 ATPs por mol de glicose.

Já glicólise anaeróbica é caracterizada por não necessitar de oxigênio e acontece quando há a saturação do MCT e ao invés de continuar mantendo o transporte de piruvato para dentro da mitocôndria há a ativação do LDH (lactato desidrogenase), convertendo piruvato em lactato. Aplicando diretamente ao exercício físico verificamos que o treinamento aeróbico gera novas adaptações em nível mitocondrial: primeiramente o aumento do tamanho das mitocôndrias e posteriormente o aumento do número de mitocôndrias. Isso nos leva a concluir que a partir do momento que se tem adaptações a nível mitocondrial retardamos a produção de lactato durante o exercício físico, visto que aumentando o tamanho e o número de mitocôndrias retardamos a saturação dos transportadores de piruvato (MCT).

Referências:
William D. McArdle, Frank I. Katch, Victor L Katch, traduzido por Giuseppe Taranto. Fisiologia do exercício: nutrição, energia e desempenho humano. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2011.

Maughan, R; Gleeson, M; Greenhaff, P. Bioquímica do Exercício e do Treinamento. São Paulo: Manole, 2000.

http://www.slideshare.net/felipecarpes/aula-2-bioenergetica-fisiologia-do-exerccio

http://www.fade.up.pt/fisiologiageral/_arquivo/FONTES_ENERGETICAS.pdf

Energia

Afinal de contas, o que é energia? Energia está relacionada a um estado dinâmico capaz de gerar uma mudança. Esta mudança implica na realização de um trabalho que é definido através de uma força ao longo de um deslocamento. 

Portanto, podemos afirmar que a energia não pode ser criada nem destruída, mas sim transformada. Existem diversas formas de energia: mecânica, elétrica/magnética, química, térmica, luminosa e nuclear. O corpo humano se utiliza principalmente de energia química transformando-a em energia mecânica para assim gerar movimento e posteriormente calor (energia térmica). A partir disso, podemos citar como exemplo a própria energia oriunda dos macronutrientes (carboidratos, proteínas e lipídios), que armazenada não se dissipa diretamente em calor, mas pelo contrário, a maior parte se mantém como energia química até o momento em que o sistema musculoesquelético a usa transformando em energia mecânica que, por conseguinte, é transformada em energia térmica.

Na realização de exercícios físicos se utiliza desta energia, sendo sua maior fonte de fornecimento o ATP (trifosfato de adenosina). O ATP é formado por uma adenosina (combinação de uma molécula de adenina com uma molécula de ribose) unida a três fosfatos:

Essa fonte de energia é acionada quando há a junção de ATP com a água, sendo catalisada pela enzima ATPase (adenosina trifosfatase), formando um novo composto: ADP (difosfato de adenosina) + Pi (fosfato inorgânico) + 7 a 12 kCal/mol, de maneira que gere energia para a atividade musculoesquelética. Além disso, devemos salientar que este tipo de transferência de energia é de modo anaeróbico (sem exigir demanda de oxigênio), pois é um procedimento que requer rapidez. 

Já tendo definido o que é energia, quais os seis tipos de energia que existem e a partir do que há a rápida transferência de energia anaeróbica intramuscular, vamos relacionar a energia oriunda do ATP  com níveis intensos de exercício. Se formos analisar a quantidade de ATP intramuscular existente para nos manter em repouso por 24h, notaremos que será muito inferior ao que precisaríamos. Por exemplo, em um indivíduo de 70 Kg encontramos em torno de 50 g de ATP o que dá em torno de 5 mM por Kg de músculo. Enquanto que para as mesmas 24h de repouso precisaríamos de 190 Kg de ATP. Então, dá onde vem o restante de ATP? Dá mesma forma que há a síntese de ATP , formando ADP+Pi+7 a 12 kCal/mol, há a ressíntese formando um ciclo:

Auxiliar no processo de ressíntese do ATP, a fosfocreatina (PCr) tem uma função muito importante. A creatina (tripeptídio) armazenada principalmente pelos rins, utiliza-se do fosfato do ATP armazenando fosfocreatina intramuscular em maior quantidade do que ATP, cerca de 4 a 6 vezes mais. Quando há a hidrólise do ATP em condições de exercício intenso, como em uma prova de 100 m rasos, a hidrólise da fosfocreatina, catalisada pela enzima creatinoquinase (CK), faz a fosforilação do ADP, tornando-o ATP novamente. Reparamos isso no gráfico abaixo representado:

Conforme iniciamos o processo, o ATP armazenado é quebrado e, consequentemente, sua concentração intramuscular diminui. Isso leva a formação do ADP+Pi+7 A 12 kCal/mol. Sendo a enzima creatinoquinase (CK) sensível à ADP, quando o ATP é quebrado pela enzima ATPase a CK catalisa a fosfocreatina (PCr), formando Cr+Pi e transferindo energia ao sistema revertendo a reação. No gráfico identificamos que o mecanismo de ressíntese de ATP feito a partir da fosfocreatina não é duradouro, ou seja, podemos verificar que é uma reação que não necessita de oxigênio, sendo mais rápida que as aeróbicas, mas que se esgota em torno de aproximadamente 10 segundos. Isso mostra que exercícios com intensidades elevadas e por mais de 10 segundos terão outro mecanismo para transferir energia ao sistema, que neste caso é o catabolismo dos macronutrientes. 

Referências:

William D. McArdle, Frank I. Katch, Victor L Katch; traduzido por Giuseppe Taranto. Fisiologia do exercício: nutrição, energia e desempenho humano. Rio de Janeiro : Guanabara Koogan, 2011.

Maughan, Ronald J.. Bioquímica do exercício e treinamento. São Paulo : Manole, 2000. 240 p. : il.

Apresentação

    Este Blog foi criado com o intuito de relatar os conhecimentos estudados na matéria de Fisiologia do Exercício da Universidade Federal do Rio Grande do Sul no semestre 2013/1, coordenada pelo professor Alvaro Reischak Oliveira. Os colaboradores são: Guano Zambelli Barbosa, Guilherme Martinelli Farias, Jacson Severo de Oliveira, Luciano Costa Montone, Vitória Crivellaro Sanchotene.