Metabolismo de carboidrato

                         Acabando a primeira parte dos estudos, que é mais bioquímica, mas da qual não podemos fugir, vamos entrar mais na fisiologia. Para que tenhamos energia para desempenhar os exercícios temos três fontes: carboidrato, gordura e proteína. Somente o carboidrato pode ser degradado sem a participação direta do oxigênio. 

                 O carboidrato ingerido vira açúcar e o açúcar estocado no nosso corpo é chamado de glicogênio. O açúcar entra na corrente sanguínea, onde pode ser usado diretamente (glicólise) ou estocado ao entrar na célula do músculo e fígado, sendo chamado de glicogênio. A quebra de glicogênio é chamada de glicogenólise que é a fonte de energia quando precisamos nos exercitar em intensidade alta por poucos segundos a minutos. 

               A entrada de glicose na célula depende de diversos fatores, incluindo o tipo de tecido, os níveis de glicose no sangue e no tecido, a presença de insulina (hormônio que retira o açúcar do sangue) e o estado fisiológico do tecido. Muitos tecidos, com exceção do músculo, precisam da insulina para captar a glicose. O cérebro também capta grande quantidade de glicose mesmo em pequenas quantidades de insulina. Nas células de gordura, a glicose estimula a síntese de gordura. 

               Como vimos anteriormente aqui, a quebra do açúcar forma somente 2 ATPs, e quando o glicogênio é quebrado para virar glicose mais um ATP é formado. Então, embora a quebra do glicogênio muscular seja chamada de uma via ineficiente por formar somente pequena quantidade de energia, o músculo esquelético pode quebrar essa glicose rapidamente e produzir grandes quantidades de ATPs em um pequeno período de tempo.

                 No jejum o glicogênio estocado também é quebrado e o fígado pode sofrer um completo esgotamento do glicogênio estocado. Esse glicogênio hepático tem como função manter a concentração sanguínea de glicose entre as refeições, assegurando o suprimento de glicose para o cérebro, para as células sanguíneas e para os rins. Como vimos, no fígado o lactato é convertido em glicogênio pelo ciclo de cori.

              No exercício a quebra do glicogênio (glicogenólise hepática) providencia a principal fonte de energia e sua depleção está associada à fadiga. Por isso, ingerir carboidrato antes do exercício tem demonstrado uma melhoria no rendimento. Já a glicose estocada no músculo também contribui como fonte de energia, mas vai depender da intensidade

                 

* Quaisquer dúvidas e sugestões deixe seu comentário ou mande um email helenasmoraes@gmail.com

** Para este post usei o livro do Brooks: Exercise physiology: human bioenergetics ans its apllications

Ciclo de Krebs

                  Continuando o post anterior...

                   A outra via do piruvato, além da formação de lactato, é entrar na mitocôndria, especificamente no ciclo de Krebs. O cliclo de Krebs é uma parte do metabolismo de todos os organismos aeróbicos, ou seja aqueles que usam oxigênio na respiração. Vamos ver como isso acontece:

                   O piruvato é degradado pela piruvato desidrogenase, formando NADH e acetil coenzima A, a qual se condensa ao oxaloacetato, formando citrato pela citrato sintase.

O isômero cis-aconitato é formado e após sua hidratação converte-se em isocitrato. A enzima isocitrato desidrogenase converte o isocitrato em a- cetoglutarato após a retirada de um hidrogênio, formando NADH.

Agora é a vez da a- cetoglutarato sintase entrar em ação, novamente formando outro NADH e junto com um cofactor (coenzima A), convertendo-o em succinil-CoA.

Por fim, temos um composto com uma ligação bastante energética, na qual após a atuação da succinil coA sintase ocorre a formação do GTP (guanosina trifosfato), que é energeticamente igual ao ATP. 

A parte final do ciclo de Krebs é regenerar o oxaloacetato pelo succinato formado, através das seguintes ações: 

Resumindo:

Fermentação lática

           Quando a glicose é quebrada (glicólise) para produzir ATP ocorre a produção de ácido pirúvico, como vimos no post anterior O ácido pirúvico ou piruvato é convertido em lactato, quando o oxigênio é insuficiente. Assim, quando surge a necessidade de grandes quantidades de ATP em um período curto de tempo (1,3 a 1,6 minutos) de atividade muscular máxima, entra em cena o metabolismo de glicólise anaeróbica. O processo de glicose é o mesmo quer haja presença ou não de oxigênio. A diferença está no destino do ácido pirúvico.

        O piruvato é convertido em ácido láctico pela lactato desidrogenase. Rapidamente o ácido láctico se dissocia formando o lactato e H+, o que produz uma redução do pH muscular, comprometendo a contratilidade muscular e a capacidade de gerar ATP. Cerca de 30 a 40 minutos de recuperação é o suficiente para ocorrer o tamponamento químico pelo bicarbonato e pela remoção de dióxido de carbono (já que quando a concentração de H+ aumenta o centro respiratório responde aumentando a respiração). O lactato vai para o sangue e o restabelecimento das concentrações normais de repouso de lactato sanguíneo e muscular após o exercício exaustivo é um processo lento. Demora cerca de uma a duas horas. 

        Uma forma de otimizar a remoção do lactato é o exercício físico de intensidade baixa, pois aumenta o fluxo sanguíneo dos músculos, facilitando a difusão do lactato para fora dos músculos. Além disso, o lactato é usado pelos músculos inativos, coração e fígado, ajudando na sua remoção. A utilização do lactato pelo fígado para a formação de glicose é chamado de ciclo de cori.

A glicose produzida pelo fígado através do lactato volta ao sangue e pode ser utilizada novamente pelo músculo. 

Todo esse sistema ocorre quando não há oxigênio suficiente, quando o exercício é intenso e de curta duração. Quando o exercício continua, chamado exercício aeróbio, outra via entra em ação, o que veremos no próximo post.

Referência para esse post: Fisiologia do esporte e exercício (Wilmore & Costill)

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Glicólise

             Vamos entender agora como conseguimos formar ATP através da glicose? Durante o exercício a entrada de glicose para a célula é facilitada pela insulina. Ao entrar na célula, a molécula de glicose é quebrada (processo chamado de glicólise) liberando energia para formar ATPs. Entretanto, todo o processo de glicólise é um pouco mais complexo.

                 A glicólise ocorre no citosol da célula, sendo a primeira etapa chamada de fase de preparação. Na primeira etapa, a enzima hexoquinase faz a fosforilação da glicose, ou seja, fornece um fosfato para a molécula de glicose, impedindo que a glicose saia da célula. É importante ressaltar que todas as enzimas quinases (ou cinases) tem esse papel, fornecer um radical fosfato a uma determinada molécula. Nesse caso, a hexoquinase quebra uma molécula de ATP e fornece um fosfato do ATP para a glicose. Consequentemente nesse primeiro processo ocorre um gasto energético.

Como mostrado na figura acima, uma nova molécula é, portanto, formada, a glicose 6-fosfato, que recebe esse nome, pois uma molécula de glicose tem 6 átomos de carbono e devido ao fosfato adicionado. Essa primeira etapa é chamada de fosforilação da glicose.

      A segunda etapa é chamada de isomerização da glicose, na qual a glicose é transformada em seu isômero. Isômeros são compostos com a mesma forma molecular, mas com estruturas diferentes. No caso da glicose, o isômero é a frutose. Assim, não há nenhuma perda de carbono ou fosfato, apenas um rearranjo da molécula.

                    Agora, na terceira etapa, mais uma quinase entra em ação, a fosfofrutoquinase 1 (PFK1), que irá fosfatar a frutose, através da quebra de mais uma molécula de ATP, formando a frutose-1,6-difosfato.

                  Na quarta etapa a frutose 1,6 difosfato é quebrada ao meio formando duas trioses, ou seja duas moléculas com três carbonos, mas ligeiramente diferentes, devido a localização dos fosfatos (veja na figura abaixo)

Pois bem, essas duas moléculas chamam-se dihidroxiacetona fosfato, uma cetose e gliceraldeído 3-fosfato, uma aldose. A enzima que faz essa ação é a frutose-1,6-biofosfato aldose. Na quinta etapa mais uma isomerase entra em ação, transformando a dihidroxicetona em gliceraldeído 3-fosfato. 

Temos, então, duas moléculas de gliceraldeído 3-fosfato prontinhas para formarem ATPs (porque até agora não houve nenhuma formação de ATPs, somente 2 foram gastos). Por isso as fases a partir de agora (da sexta a décima) são chamadas de "fase de pagamento."

                       Na sexta etapa cada molécula de gliceraldeído 3-fosfato sofre oxidação (na química oxidação não significa necessariamente ganhar oxigênio, e sim perder elétrons!!!), pela enzima gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase, doando hidrogênios para o NAD (Nicotinamide Adenine Dinucleotide), formando NADH. Além disso, ocorre outra reação, através de uma ligação fosfoéster, um fosfato inorgânico (fosfato livre) é adicionado ao gliceraldeído 3-fosfato, formando o 1,3-difosfoglicerato.

O 1,3-difosfoglicerato tem, portanto, dois fosfatos. E, como 2 moléculas de gliceraldeído foram formadas temos agora duas moléculas de 1,3-difosfoglicerato com a formação de 2 NADH.

Agora sim, temos energia para formar ATPs. Entra em cena uma quinase (fosfoglicerato quinase) transferindo um grupo fosfato para o ADP, e o primeiro ATP é formado. Passando de 1,3-difosfoglicerato para 3-fosfoglicerato, que rapidamente é transformado em 2-fosfoglicerato por uma enzima chamada fosfoglicerato mutase que transfere o grupo fosfato do carbono 3 para o carbono 2.

Na nona e penúltima reação, a enzima emolase remove uma molécula de água, criando uma ligação dupla rica em elétrons próximo ao grupo fosfato. Veja na figura abaixo 

Assim, o produto formado, chamado de fosfoenolpiruvato apresenta um elevado potencial de transferência do fosfato, que ao perdê-lo, formando ATP, transforma-se em ácido pirúvico ou piruvato. 

• • Saldo da glicólise:
  Fase preparatória: gasto de 2 ATP
  Fase de pagamento: produção de 4 ATP 
  Saldo positivo de 2 ATP 
  Além disso, os 2 piruvatos formados podem formar lactato ou entrar na via aeróbia (no ciclo de Krebs, formando mais ATPs), as quais veremos a seguir.
  
  
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Metabolismo aeróbio e anaeróbio

             Outra forma de fornecer energia, de forma rápida, para os músculos é através do sistema do glicogênio-ácido láctico ou também chamado de metabolismo anaeróbico láctico. Vimos, no post anterior, que o sistema do fosfagênio, fornece energia para 8 a 10 segundos de exercício intenso, porém se precisamos continuar o exercício, com intensidade um pouco mais reduzida, entra a degradação do glicogênio armazenado nos músculos. O glicogênio é um grande polímero de glicose e sua quebra é chamada de glicogenólise, formando glicose. A glicose, então nesse caso, será a fonte de energia, mas ela precisa ser quebrada para formar a energia que a célula muscular precisa, o ATP.  A quebra da glicose é chamada de glicólise.

             Durante a glicólise, cada molécula de glicose é desdobrada em duas moléculas de ácido pirúvico que penetram nas mitocôndrias das células musculares onde são convertidos em ácido láctico. Esse sistema pode proporcionar 1,3 a 1,6 minutos de atividade muscular máxima. Todavia, se houver oxigênio essas moléculas de ácido pirúvico podem reagir com o oxigênio, propiciando maior quantidade de ATPs e, consequentemente mais minutos de atividade muscular. Essas reações com o oxigênio são feitas por mais etapas e demandam mais tempo, e a intensidade do exercício é reduzida. A fonte de energia na presença de oxigênio é denominada metabolismo aeróbio e, além da glicose, outras fontes de energia, como proteínas e lipídios podem se utilizadas. Nos próximos posts veremos como ocorrem essas reações e as etapas da quebra da glicose com e sem a presença de oxigênio. 

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Sistema de fosfagênio (ATP e ATP-CP)

        Como vimos, o ATP fornece a energia para qualquer ação do nosso corpo, e isso inclui a contração muscular. Cada ligação de fosfato de alta energia com uma molécula de adenosina armazena 7.300 calorias . Por conta disso, a quantidade de ATP armazenada nos músculos, até mesmo de atleta bem treinado, só é suficiente para manter a potência muscular máxima por cerca de 3 segundos, ou seja, uma corrida de 50 m ou levantamento de pesos. Para continuar o exercício, é necessário a produção de ATP. 

       O nosso corpo usa primeiramente a forma mais rápida, a fosfocreatina. A fosfocreatina é composta de creatina e íon fosfato, ao ser quebrada fornece a energia de 10.300 calorias por mol. As células musculares contém duas a quatro vezes mais fosfocreatina do que ATP. Ceca de 5 milimoles (mmol) de ATP e 15 mmol de fosfocreatina (CP) estão armazenados dentro de cada quilograma de músculo. Segundo McArdle* se admitirmos que cerca de 20 kg de músculos podem ser ativados durante o exercício com a participação de "grandes músculos", neste caso existe energia armazenada na massa muscular recrutada para andar rapidamente por 1 minuto, correr moderadamente por 20 a 30 segundos ou correr rapidamente por 5 a 6 segundos.. 

      Como a fosfocreatina é formada e como corre a sua quebra para a formação de ATP?

       A creatina é produzida pelo fígado, rins e pâncreas e são transportadas até o músculo onde são fosforiladas, formando a fosfocreatina. Quando há a necessidade da formação de ATP, ela é degradada pela enzima creatina quinase (CK). A CK pode ser, portanto, um marcador de dano muscular.

                                                   Fosfocreatina + ADP -> ATP + creatina

      Visto isso, podemos discutir alguns pontos: 

A quantidade de fosfatos intramusculares de alta energia pode influenciar, de maneira significativa, no desempenho?

A quantidade de creatina intramuscular também pode fazer com que haja maior quantidade de energia armazenada no músculo, e, portanto, aumentar o desempenho do atleta?

Essa capacidade de transferência de energia do sistema fosfagênio (ATP-CP) é aprimorada pelo treinamento físico?

Esses pontos serão discutidos em futuros posts. 

De qualquer forma, mande sua opinião, críticas e dúvidas por comentários ou no email helenasmoraes@gmail.com.

Nesse post usei as seguintes referências:
Fisiologia do exercício_ Energia, nutrição e desempenho humano Mc Ardle W, Katch F & Katch V
Tratado de fisiologia médica -Guyton & Hall
(São livros básicos bastante usados nos estudos de fisiologia do exercício)

Síntese do ATP

           A contração muscular depende da energia do ATP. Na fibra muscular a quantidade de ATP (4mmol) é suficiente para manter a contração por apenas 1 a 2 segundos. Para manter o trabalho muscular por mais tempo, são necessários mais ATPs, os quais são formados pela refosforilação dos ADPs. A fonte primária para recompor o ATP é a fosfocretaina, que contém uma ligação de fosfato de alta energia. Mas a quantidade de fosfocreatina também é muito pequena (cinco vezes mais que ATP), fazendo com que haja energia para apenas 5 a 8 segundos de contração muscular.

         São necessárias, portanto, outras fontes de energia para compor o ATP, que seria o glicogênio, armazenados nas células musculares, que é o processo de glicólise (quebra da glicose) ou pelo metabolismo oxidativo. Os produtos da quebra de glicose acumulam nas células musculares, fazendo com que a contração muscular por esse processo só pode ser mantida por 1 minuto. Já o metabolismo oxidativo é responsável por mais de 95% de toda energia utilizada pelos músculos.

Resumo:

Formação de ATP:

ATP no múscuo: 1 a 2 segundos

Pela fosfocretaina: 5 a 8 segundos

Glicose muscular: 1 minuto

Metabolismo oxidativo: horas

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Adenosina trifosfato, mais conhecido como ATP...

     
   O adenosina trifosfato, ou trifosfato de adenosina, é um nucleotídeo, ou seja um composto químico rico em energia, composto por uma molécula de adenosina e três fosfatos. A energia do ATP está na ligação entre a adenosina e os fosfatos. Logo, quando essa ligação se rompe há liberação de energia. Quando uma ligação se rompe o ATP passa a ser ADP, ou seja, adenosina difosfato, e quando mais uma ligação se rompe passa a ser AMP, adenosina monofosfato. 

           O ATP é conhecido como a moeda de energia da célula. Assim, as moléculas de ATP nos seres vivos são moedas de energia que podem ser utilizadas quando há necessidade. Por exemplo, quando precisamos de energia para nos movimentarmos rapidamente, quebramos a molécula de ATP. Essa ligação, no entanto, é reversível, assim, quebramos a molécula de ATP, restando ADP e conseguimos restaurá-la, através, por exemplo da respiração. 

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