BioquíMica Usp, NutriçãO E Esporte Uma Abordagem BioquíMica

Nutrição e Esporte
Uma abordagem bioquímica
QBQ 2003

Departamento de Bioquímica
Instituto de Química
USP

Nutrição e Esporte
Uma abordagem bioquímica

Professores
Alexandre Z. Carvalho (ale.zat.carvalho@bol.com.br)

André Amaral G. Bianco (biancob@iq.usp.br)

Daniela Beton (danielab@iq.usp.br)

Erik Cendel Saenz Tejada (esaenz@iq.usp.br)

Fernando H. Lojudice da Silva (lojudice@iq.usp.br)
Karina Fabiana Ribichich (kribi@iq.usp.br)
Leonardo de O. Rodrigues (leonardo@iq.usp.br)

Sayuri Miyamoto (miyamot@iq.usp.br)

Tie Koide (tkoide@iq.usp.br)

Supervisor
Bayardo B. Torres (bayardo@iq.usp.br)

2003

Cronograma das Aulas
Nutrição e Esporte – Uma abordagem bioquímica (QBQ 2003)
Instituto de Química da USP – Bloco 6 inferior

Dia Período Tema Abordado
10/02/2003 Manhã Apresentação do curso
Contração muscular e fibras
Revisão de vias metabólicas

Tarde Adaptação
Tomada de O2
VO2

11/02/2003 Manhã Lactato
Carboidratos
Lipídeos
Intensidade do exercício físico
Tarde Proteínas

12/02/2003 Manhã Estresse Oxidativo
Defesa Anti-Oxidante

Tarde Vitaminas
Sais Minerais
Câimbra
Hidratação
13/02/2003 Manhã Doping

Tarde Suplementos

14/03/2003 Manhã Grupos Especiais

Tarde Palestra

INDICE

1. Contração Muscular e Fibras ....................................................................... 1
2. Revisão – Vias metabólicas....................................................................... 16
?-Oxidação .............................................................................................. 23
3.
4. Síntese de Ácidos Graxos......................................................................... 28
5. Tomada de Oxigênio ................................................................................ 30
6. Déficit de O2 ............................................................................................ 31
7. VO2max - Consumo máximo de oxigênio ................................................... 32
8. Recuperação após o exercício ................................................................... 35
9. Limiar de Lactato ..................................................................................... 40
10. Adaptações na utilização de diferentes substratos durante o treinamento ... 42
11. Treinamento de longa duração e alta intensidade ..................................... 44
12. Exercícios de intensidade baixa e moderada.............................................. 46
13. Proteínas................................................................................................. 48
14. Carboidratos............................................................................................ 55
15. Lipídios.................................................................................................... 57
16. Estresse Oxidativo, Defesa Antioxidante e Atividade Física ......................... 61
17. Vitaminas e Minerais ................................................................................ 80
18. Adaptações ao exercício em diferentes populações .................................... 91
19. Doping ...................................................................................................103
20. Suplementos ..........................................................................................119
21. Suplementação de Aminoácidos...............................................................131
22. Hidratação..............................................................................................135
23. Mitos e verdades acerca dos suplementos alimentares..............................136
24. Apêndice ................................................................................................139

CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS

1. Contração Muscular e Fibras

SISTEMA MUSCULAR

Nutrição e Esporte – Uma abordagem Bioquímica -1-


1.1. Introdução

Os músculos são órgãos constituídos principalmente por tecido muscular,
especializado em contrair e realizar movimentos, geralmente em resposta a um
estímulo nervoso. Os músculos podem ser formados por três tipos básicos de tecido
muscular (figura 1):

Tecido Muscular Estriado Esquelético

Apresenta, sob observação microscópica, faixas alternadas transversais,
claras e escuras. Essa estriação resulta do arranjo regular de microfilamentos
formados pelas proteínas actina e miosina, responsáveis pela contração
muscular. A célula muscular estriada chamada fibra muscular, possui
inúmeros núcleos e pode atingir comprimentos que vão de 1mm a 60 cm.

Tecido Muscular Liso

Está presente em diversos órgãos internos (tubo digestivo, bexiga, útero etc)
e também na parede dos vasos sanguíneos. As células musculares lisas são
uninucleadas e os filamentos de actina e miosina se dispõem em hélice em
seu interior, sem formar padrão estriado como o tecido muscular esquelético.
A contração dos músculos lisos é geralmente involuntária, ao contrário da
contração dos músculos esqueléticos.

Tecido Muscular Estriado Cardíaco

Está presente no coração. Ao microscópio, apresenta estriação transversal.
Suas células são uninucleadas e têm contração involuntária.

Figura 1: Os três tipos de tecido muscular

Músculo Esquelético



Antes de prosseguirmos devemos nos recordar que os músculos esqueléticos não podem
executar suas funções sem suas estruturas associadas (figura 2). Os músculos esqueléticos geram a
força que deve ser transmitida a um osso através da junção músculo-tendão. As propriedades destes
elementos estruturais podem afetar a força que um músculo pode desenvolver e o papel que ele tem
em mecânicos comuns.

Figura 2: Estruturas associadas ao
músculo.

O movimento depende da conversão de energia química do ATP em energia
mecânica pela ação dos músculos esqueléticos. O corpo humano possui mais de
660 músculos esqueléticos envolvidos em tecido conjuntivo. As fibras são células
musculares longas e cilíndricas, multinucleadas que se posicionam paralelas umas
às outras. O tamanho de uma fibra pode variar de alguns mm como nos músculos
dos olhos a mais de 100 mm nos músculos das pernas.
Composição Química

Cerca de 75% do músculo esquelético e composto por água e 20%, proteína. Os
5% restantes consistem em sais inorgânicos, uréia, acida lático, fósforo , lipídeos,
carboidratos, etc. As proteínas mais abundantes dos músculos são: miosina (60%),
actina e tropomiosina. Além disso, a mioglobina também esta incorporada no tecido
muscular (700 mg de proteína para 100g tecido).

Aporte Sanguíneo

Durante o exercício , a demanda por oxigênio é de 4.0L/min e a tomada de
oxigênio pelo músculo aumenta 70 vezes, 11mL/110g/min, ou seja, um total de
3400mL por minuto. Para isso, a rede de vasos sanguíneos fornece enormes
quantidades de sangue para o tecido. Aproximadamente 200 a 500 capilares
fornecem sangue para cada mm2 de tecido ativo.
Com treinamentos de resistência, pode haver um aumento na densidade
capilar dos músculos treinados. Além de fornecer oxigênio , nutrientes e hormônios,
a microcirculação remove calor e produtos metabólicos dos tecidos. H estudos
á
utilizando microscopia eletrônica que mostram que em atletas treinados, a
densidade de capilares é cerca de 40% maior do que em pessoas não treinadas.
Essa relação era aproximadamente igual à diferença na tomada máxima de
oxigênio observada entre esses dois grupos.



Para entender a fisiologia e o mecanismo da contração muscular, devemos
conhecer a estrutura do músculo esquelético.Os músculos esqueléticos são
compostos de fibras musculares que são organizadas em feixes, (fascículos) (figura
3).
Os miofilamentos compreendem as miofibrilas, que por sua vez são
agrupadas juntas para formar as fibras musculares. Cada fibra possui uma
cobertura ou membrana, o sarcolema, e é composta de uma substância semelhante
à gelatina, sarcoplasma. Centenas de miofibrilas contráteis e outras estruturas
importantes, tais como as mitocôndrias e o retículo sarcoplasmático, estão inclusas
no sarcoplasma.

Figura 3: Estrutura muscular

Ultraestrutura

Cada miofibrila contém muitos miofilamentos. Os miofilamentos são fios finos
de duas moléculas de proteínas, actina (filamentos finos) (figura4) e miosina
(filamentos grossos), que forma um filamento bipolar (figura 5). Há outras
proteínas envolvidas na contração muscular: troponina e tropomiosina, que se
localizam ao longo dos filamentos de actina (figura 4), dentre outras.

Figura 4: Os filamentos
de actina são polímeros de
moléculas globulares de
actina que se enrolam
formando uma hélice. A
tropomiosina é um dímero
helicoidal que se une cabeça a
cauda formando um cordão. A
troponina é um trímero que s e
liga a um sítio específico em
cada dímero de tropomiosina.



Figura 5: Filamento grosso de miosina. As moléculas
de miosina se associam cauda a cauda para formar o
filamento

Ao longo da fibra muscular é possível observar bandas claras e escuras, o
que dá ao músculo a aparência estriada (figura 6). A área mais clara é denominada
banda I e a mais escura, A. A linha Z bissecciona a banda I e fornece estabilidade à
estrutura. A unidade entre duas linhas Z é denominada de sarcômero, a unidade
funcional da fibra muscular. A posição da actina e miosina no sarcômero resulta em
filamentos com sobreposição. A região A contém a zona H, onde não há filamentos
de actina. Essa zona é bisseccionada pela linha M que delineia o centro do
sarcômero e contém estruturas protéicas para suportar o arranjo dos filamentos de
miosina.

Figura 6: (A) Micrografia eletrônica de baixa magnificação através de corte
longitudinal de músculo esquelético, mostrando o padrão estriado. (B) Detalhe do
músculo esquelético mostrado em (A), mostrando porções adjacentes de duas
miofibrilas e a definição de sarcômero. (C) Diagrama esquemático de um único
sarcômero, mostrando a origem das bandas claras e escuras vistas nas
micrografias eletrônicas. A linha Z, localizada nas extremidades dos sarcômeros,
estão ligadas a sítios dos filamentos finos (filamentos de actina), a linha M, na
metade do sarcômero, é a localização de proteínas específicas que ligam
filamentos grossos adjacentes (filamentos de miosina). As regiões verdes marcam
a localização dos filamentos grossos e são referidas como banda A. As regiões
vermelhas contêm somente filamentos finos e são chamadas de banda I.



Etapas da Contração Muscular

1) Um potencial de ação trafega ao longo de um nervo motor até suas
terminações nas fibras musculares;

2) Em cada terminação, o nervo secreta uma pequena quantidade de substância
neurotransmissora: a acetilcolina;

3) Essa acetilcolina atua sobre uma área localizada na membrana da fibra
muscular, abrindo numerosos canais acetilcolina-dependentes dentro de
moléculas protéicas na membrana da fibra muscular;

4) A abertura destes canais permite que uma grande quantidade de íons sódio
flua para dentro da membrana da fibra muscular no ponto terminal neural.
Isso desencadeia potencial de ação na fibra muscular;

5) O potencial de ação cursa ao longo da membrana da fibra muscular da
mesma forma como o potencial de ação cursa pelas membranas neurais;

6) O potencial de ação despolariza a membrana da fibra muscular e também
passa para profundidade da fibra muscular, onde o faz com que o retículo
sarcoplasmático libere para as miofibrilas grande quantidade de íons cálcio,
que estavam armazenados no interior do retículo sarcoplasmático;

7) Os íons cálcio provocam grandes forças atrativas entre os filamentos de
actina e miosina, fazendo com que eles deslizem entre si, o que constitui o
processo contrátil;



8) Após fração de segundo, os íons cálcio são bombeados de volta para o
retículo sarcoplasmático, onde permanecem armazenados até que um novo
potencial de ação chegue; essa remoção dos íons cálcio da vizinhança das
miofibrilas põe fim à contração.

Mecanismos da Contração Muscular

A teoria mais aceita para a contração muscular é denominada sliding
filament theory (figura 7), que propõe que um músculo se movimenta devido ao
deslocamento relativos dos filamentos finos e grossos sem a mudança dos seus
comprimentos. O motor molecular para este processo é a ação das pontes de
miosina que ciclicamente se conectam e desconectam dos filamentos de actina com
a energia fornecida pela hidrólise de ATP. Isto causa uma mudança no tamanho
relativo das diferentes zonas e bandas do sarcômero e produz força nas bandas Z.

Figura 7: Sliding filament
theory como modelo de
contração muscular. Os
filamentos de actina e de
miosina deslizam uns
sobre os outros sem
diminuição no tamanho
do filamento.

A miosina tem um papel enzimático e estrutural na ação muscular. A cabeça
globular tem atividade de ATPase ativada por actina no sitio de ligação a actina e
fornece a energia necessária para a movimentação das fibras

Seqüência de eventos na contração muscular

1)Com o sítio de ligação de ATP livre, a miosina se liga fortemente a actina (figura
8);

2) Quando uma molécula de ATP se liga a miosina, a conformação da miosina e o
sítio de ligação se tornam instáveis liberando a actina;

3) Quando a miosina libera a actina, o ATP é parcialmente hidrolisado
(transformando -se em ADP) e a cabeça da miosina inclina-se para frente;

4) A religação com a actina provoca a liberação do ADP e a cabeça da miosina se
altera novamente voltando à posição de início, pronta para mais um ciclo.

5) Todo este ciclo leva ao deslocamento dos filamentos e o músculo contrai;



6) A ativação continua até que a concentração de cálcio caia e libere os complexos
inibitórios troponina-tropomiosina, relaxando o músculo.

Figura 8: O ciclo de mudanças
nas quais a molécula de miosina
“caminha” sobre os filamentos
de actina (Baseado em I.
Rayment et al., Science 261:50-
58, 1993).

Tipos de Fibras Musculares

Há diferentes e controversos critérios para a classificação do músculo
esquelético humano. Baseados nas características de contração e metabolismo
podemos classificar dois tipos de fibras, as de contração rápida e lenta (figura 9).

Figura 9: (A) Células especializadas em produzir contrações
rápidas são marcadas com anticorpos contra miosina “rápida”. (B)
Células especializadas em produzir contrações lentas e longas são
marcadas com anticorpos contra miosina “lenta”.



Uma técnica comum para estabelecer o tipo de fibra é baseada na
sensibilidade diferencial a alteração de pH da miosina ATPase. São as
características dessa enzima que determinam a velocidade de contração do
sarcômero. Nas fibras rápidas (fast-twitch), a miosina ATPase é inativada por pH
ácido mas é estável em pH alcalino, essas fibras coram escuro para esta enzima.
Para fibras lentas (slow-twitch) a atividade da miosina ATPase permanece alta em
pH ácido e fica estável em pH alcalino.
As fibras rápidas são conhecidas como células musculares brancas porque
elas contém relativamente pouco de mioglobina, proteína que se torna vermelha
quando na presença de oxigênio. As fibras lentas são chamadas de células
musculares vermelhas, porque elas contêm muito mais desta proteína. As células
podem ajustar-se à característica rápida ou lenta através de mudanças de
expressão gênica de acordo com o padrão de estimulação nervosa que elas
recebem.

Características dos diferentes tipos de fibra muscular

Figura 10: Percentagem do grupo de fibras lentas nos
músculos de atletas de diferentes categorias.

Cada esporte exige uma demanda de energia, esforço e obviamente uma
velocidade de contração muscular diferente. Sendo assim é mais do que lógico
imaginar que existem tipos diferentes de fibras que compõem a musculatura. Como
observado na figura 10, cada atleta possui uma percentagem específica de fibras de
contração rápida e lenta.



Slow-twitch – tipo I

?? Metabolismo aeróbio
?? Baixa atividade de miosina ATPase
?? Baixa velocidade de captação e liberação de cálcio
?? Capacidade glicolítica menor do que na fast-twitch
?? Número grande de mitocôndrias, tamanho das organelas é maior
?? A concentração de mitocôndria e citocromos combinada com alta
pigmentação por mioglobina são responsáveis pela coloração característica.
?? Alta concentração de enzimas mitocondriais para o metabolismo aeróbio
?? Usadas para treino de resistência
?? SO : slow speed of shortening
?? Adaptadas ao exercício prolongado

Fast-twitch – tipo II

?? Alta capacidade de transmissão eletroquímica dos potenciais de ação
?? Alta atividade de miosina ATPase
?? Alta velocidade de liberação e captação de cálcio (reticulo endoplasmático
desenvolvido)
?? Gera energia rapidamente para ações rápidas e potentes
?? Velocidade de contração é de 3 a 5 vezes maior que na slow-twitch
?? Sistema glicolítico de curta duração bem desenvolvido
?? Metabolismo anaeróbio

Tipo IIA

Intermediaria: contração rápida e capacidade aeróbia moderada (alto nível
SDH) e anaeróbia (PFK) = FOG (fast oxidative glicolytic fiber)

Tipo IIB

Potencial anaeróbio maior – verdadeira fast – twitch FG (fast glicolytic)

Tipo IIC

Rara e não diferenciada; envolvida na inervação motora.



Tipo de fibra pode ser mudado?

Treinamento: pode induzir mudanças, mas há controvérsias.
Pode ser que só haja um aumento na capacidade aeróbia das fast. Ou vice versa.
Altamente determinado pelo código genético .
Idade não é impedimento

Diferenças entre grupos atléticos
45 a 55% de slow-twitch
slow twitch – atletas de resistência

Hipertrofia x Hiperplasia

Hipertrofia é um aumento no tamanho e volume celular enquanto que
Hiperplasia é um aumento no número de células.
Se você olhar para um fisiculturista e para um maratonista, de cara dá para
notar que a especificidade de um treinamento produz efeitos diferentes em cada
atleta. Um treinamento aeróbico resulta em um aumento de volume/densidade
mitocondrial, enzimas oxidativas e densidade capilar (devido a um aumento no
número de hemácias). Atletas de resistência também possuem as fibras de seus
músculos treinados, menores quando comparadas com as de pessoas sedentárias.
Por outro lado, fisiculturistas e outros levantadores de peso, têm músculos muito
maiores. Sabe-se que o aumento de massa é devido primariamente à hipertrofia
das fibras, mas há situações onde a massa muscular também aumenta em resposta
a um crescimento no número de células.
Apesar de hiperplasia ser uma grande controvérsia entre pesquisadores da
área, em modelos animais já foi demonstrado que sob certas condições podem
ocorrer tanto hipertrofia quanto hiperplasia das fibras musculares, com um
aumento de até 334% para massa muscular e 90% para o número de fibras.
Uma das evidências da existência da Hiperplasia em seres humanos, é que
este processo também pode contribuir para o aumento de massa muscular. Por
exemplo, um estudo feito em nadadores, revelou que estes tinham fibras do tipo I
e IIa do músculo deltóide menores que as de não nadadores, entretanto o tamanho
deste músculo era muito maior nos nadadores. Por outro lado, alguns
pesquisadores mais céticos atribuem o fato de fisiculturistas e outros atletas deste
tipo possuírem fibras de tamanho menor ou igual ao de indivíduos não treinados à
genética: estes atletas simplesmente nasceram com maior número de fibras.
Existem dois mecanismos primários pelos quais novas fibras podem ser
formadas. No primeiro, fibras grandes podem se dividir em duas ou mais fibras
menores. No segundo, células satélite podem ser ativadas. Células satélite são
“stem cells” (células-tronco) miogênicas envolvidas na regeneração do m úsculo
esquelético. Quando você danifica, estira ou exercita as fibras musculares, células
satélite são ativadas. Células satélite proliferam e dão origem a novos mioblastos.
Estes novos mioblastos podem tanto se fundir com fibras já existentes quanto se
fundir com outros mioblastos para formar novas fibras.



Câimbras e Fadiga Muscular

Apesar de existirem muitas causas para câimbras musculares ou tetania,
grandes perdas de sódio e líquidos costumam ser fatores essenciais que
predispõem atletas a câimbras musculares. O sódio é um mineral importante na
iniciação dos sinais dos nervos e ações que levam ao movimento nos músculos. Nós
temos uma baixa nas reservas de sódio no organismo ao transpirarmos quando
praticamos alguma atividade física.
Um estudo realizado com um tenista profissional no EUA apresentava que a perda
de sódio em uma partida de várias horas era muito maior do que o consumo diário
desse mineral pelo atleta e o quadro de câimbras musculares era reincidente. Dada
a popularidade de dietas c om pouco sódio, um déficit de sódio não está fora de
questão quando um atleta está suando em taxas altas, particularmente nos meses
quentes do ano.
Mas não devemos apenas associar as câimbras musculares o déficit do sódio
no organismo. Existem outras causas potenciais como diabetes, problemas
vasculares (estes pela baixa de oxigênio na fibra muscular, já que o oxigênio é
elemento fundamental na contração muscular) ou doenças neurológicas. Os atletas
atribuem câimbras à falta de potássio ou outros minerais como cálcio ou magnésio.
A opinião médica atual não dá apoio a esta idéia. Os músculos tendem a acumular
potássio, cálcio e magnésio de forma tal que são perdidos em níveis menores na
transpiração, se comparados com sódio e cloreto. A dieta geralmente fornece
quantidades adequadas para prevenir déficits que iriam contribuir para a ocorrência
de câimbras.
A fadiga pode ser entendida como um declínio gradual da capacidade do
músculo de gerar força, resultante de atividade física (figura 11).



Figura 11: Representação
esquemática da fadiga de
contrações intermitentes
submáximas. A capacidade
máxima de geração de força
diminui logo a partir do início da
atividade.

A fadiga muscular resulta de muitos fatores, cada um deles relacionados às
exigências específicas do exercício que a produz. Esses fatores podem interagir de
maneira que acabe afetando sua contração ou excitação, ou ambas. As
concentrações de íons de hidrogênio podem aumentar causando acidose. Os
estoques de glicogênio podem diminuir dependendo das condições de contração. Os
níveis de fosfato inorgânico podem aumentar. As concentrações de ADP podem
aumentar. A sensibilidade de Ca2 + da Troponina pode ser reduzida. A concentração
de íons livres de Ca2 + dentro da célula pode estar reduzida. Pode haver mudanças
na freqüência de potenciais de ação dos neurônios. Uma redução significativa no
glicogênio muscular está relacionada à fadiga observada durante o exercício
submáximo prolongado. A fadiga muscular no exercício máximo de curta duração
está associada à falta de oxigênio e um nível sangüíneo e muscular elevado de
+
ácido lático, com um subseqüente aumento drástico na concentração de H dos
músculos que estão sendo exercitado s. Essa condição anaeróbica pode causar
alterações intracelulares drásticas dentro dos músculos ativos, que poderiam incluir
uma interferência no mecanismo contrátil, uma depleção nas reservas de fosfato de
alta energia, uma deterioração na transferência de energia através da glicólise, em
virtude de menor atividade das enzimas fundamentais, um distúrbio no sistema
tubular para a transmissão do impulso por toda a célula e desequilíbrio iônicos. É
evidente que uma mudança na distribuição de Ca2+ poderia alterar a atividade dos
miofilamento e afetar o desempenho muscular. A fadiga também pode ser
demonstrada na junção neuromuscular, quando um potencial de ação não consegue
ir do motoneurônio para a fibra muscular. O mecanismo exato da fadiga é
desconhecido.
A contração muscular voluntária envolve uma “cadeia de comando” do
cérebro às pontes cruzadas de actina-miosina (figura 12). A fadiga pode ocorrer
como resultado de rompimento de qualquer local da cadeia de comando. A fadiga
pode ser descrita tanto como central como periférica. A fadiga central está
tipicamente associada com a ausência de motivação, transmissão espinhal
danificada ou recrutamento das unidades motoras danificado. Geralmente, fatiga
periférica se refere ao dano na transmissão nervosa periférica, na transmissão
neuromuscular, dano no processo de ativação das fibras ou interações actina-
miosina.



Figura 12: Figura esquemática
representando a “cadeia de
comando” da contração muscular.

1. Preencha a tabela abaixo, indicando para cada esporte, qual seria o tipo de fibra
predominante (tipo I - lenta, tipo II - rápida), a fonte de energia mais utilizada e se
o exercício é aeróbio ou anaeróbio

Tipo de Esporte Tipo de fibra Fonte de energia Aeróbio/anaeróbio
Corrida 100m
Maratona
Caminhada
Natação

Sedentário

2. Além do ATP, a creatina fosfato também fornece energia e sua reserva é de 3 a 5
vezes maior do que as de ATP. A creatina fosfato é produzida nos períodos de
repouso, por fosforilação à custa de ATP:

Creatina Fosfato + ADP + H+
Creatina + ATP

A reação é reversível catalisada pela creatina quinase. Durante a atividade
muscular, processa-se no sentido da regeneração de ATP, o doador imediato de
energia para a contração. A quantidade de ATP e de Creatina Fosfato (CP)
armazenada no músculo é de aproximadamente 5 mmol e 15 mmol por kg de
músculo, respectivamente. A hidrólise de 1 mol de ATP libera aproximadamente 7
kcal/mol e a de Creatina fosfato, 10kcal/mol. Seja uma pessoa de 70kg com 30kg
de massa muscular que mobiliza 20kg dos músculos durante uma atividade física.
Para cada uma das atividades, calcule por quanto tempo seria possível realiz ar a
atividade, levando em consideração os dados de gasto energético fornecidos na
tabela.

Tipo de Esporte Gasto energético Tempo
(kcal/min)
Ciclismo (rápido) 12,0



Judo 13,8
Karate 13,8
Corrida (rápido) 20,5
Natação (intenso) 12,0
Competição pólo 13,6
aquático

Baseado nos seus cálculos, explique como essas atividades podem ser
mantidas por um período de tempo maior, como ocorre usualmente. Que tipo de
substrato seria utilizado como fonte de energia? Você se lembra das vias de
utilização desses substratos? Para utilizar os substratos que você citou, é
necessário que haja oxigênio?


REVISÃO – VIAS METABÓLICAS

2. Revisão – Vias metabólicas

(retirados do livro de Bioquímica básica do Bayardo)

Geral
Mapa pg 340 (mapa1)
Ex1
Qual é a finalidade biológica dos processos descritos no mapa 1?
Quais os compostos aceptores de hidrogênio?
Qual é a função das coenzimas e do oxigênio na oxidação dos alimentos?

Ex2
Mapa pg 116
Observe o mapa abaixo. Ele mostra de forma simplificada o metabolismo de
degradação de carboidratos, lipídeos e proteínas, com reações reversíveis e
irreversíveis.
Em que composto há convergência dessas vias?



Complete o quadro abaixo, indicando se as conversões indicadas são possíveis e
quais etapas seriam percorridas para cada conversão possível

Conversões Possível? Etapas
a. Proteína ? Glicose

?
b. Proteína Ácido
Graxo

?
c. Glicose Ácido
Graxo

d. Glicose ? Proteína

?
e. Ácido Graxo
Glicose

?
f. Ácido Graxo
Proteína



GLICOSE

hexoquinase

GLICOSE 6 P

FRUTOSE 6 P

fosfofrutoquinase 1

FRUTOSE 1,6
BISFOSFATO

DIIDROXIACETONA GLICERALDEÍDO 3 P
FOSFATO

FOSFOENOLPIRUVATO

piruvato quinase

PIRUVATO



2.1. Glicólise

1. Quais são os substratos iniciais da via?
2. Quais são os seus produtos?
3. O NADH produzido na glicólise pode ser oxidado aerobia ou anaerobiamente?
Que vias ou reações estariam envolvidas? O que ocorre com o piruvato?
4. Fosfofrutoquinase 1: Esta enzima tem como inibidor o ATP e como efetuador
alostérico positivo o AMP. Pense, em um músculo em contração vigorosa, qual é
a conseqüência dessa regulação? Se o aporte de oxigênio for insuficiente para o
músculo, o que deve ocorrer com as coenzimas? Haverá produção de lactato?

2.2. Conversão de piruvato a acetil-coA

A conversão do piruvato a acetil-coA é catalisada por um complexo
multienzimático chamado complexo piruvato desidrogenase que requer cinco
coenzimas: tiamina pirofosfato (TPP), coenzima A (CoA), nicotinamida adenina
dinucleotídeo (NAD+), flavina adenina dinucleotídeo (FAD) e ácido lipóico. As quatro
primeiras coenzimas são derivadas de vitaminas hidrossolúveis: tiamina, ácido
pantotênico, nicotinamida e riboflavina, respectivamente. O ácido lipóico também é
uma vitamina. A equação da reação é a seguinte:

Piruvato + Coenzima A + NAD+ ? Acetil-CoA + NADH + CO2

a) Qual é a importância dessa reação no metabolismo? De onde vem o piruvato?
b) O que a falta de uma das vitaminas causaria?
c) Em que compartimento celular ocorre esta reação?
d) Se um indivíduo possuir um excesso de vitamina, haverá um aumento na
velocidade de reação?



2.3. Ciclo de Krebs

ACETIL-CoA
H2O

CoA
+
NADH + H
OXALOACETATO CITRATO
citrato
sintase
NAD+

MALATO ISOCITRATO
NAD+
isocitrato
NADH + H +
desidrogenase
H2O
CO2

? -CETOGLUTARATO
FUMARATO
Co-A
NAD+
? -cetoglutarato
succinato
desidrogenase desidrogenase
NADH + H+
FADH2
CO2
SUCCINATO SUCCINIL-CoA
FAD
CoA GDP + Pi
GTP

1. O ciclo de Krebs se inicia com a condensação de acetil-coA e oxaloacetato.
Observe o mapa 1. De onde vem o acetil-CoA? (Na sua opinião, qual é a
contribuição de cada composto para formação de acetil-CoA?)
2. Quantas coenzimas são reduzidas para uma molécula de acetil-coA?
3. Como o ciclo de Krebs pode contribuir para a formação de grande parte do ATP
produzido na célula se ele gera somente 1 ATP e 1 GTP por molécula de acetil-
coA? Esta via pode funcionar em condições anaeróbias?
4. Em um programa de treinamento, foram medidas a atividade da succinato
desidrogenase e da citrato sintase. Em que vias essas enzimas participam? Qual
seria o motivo para utilizar essas medidas para avaliação em um programa de
treinamento físico?

2.4. Cadeia de transporte de elétrons e Fosforilação oxidativa

1. Qual é a função da cadeia de transporte de elétrons? Esta via poderia funcionar
sem oxigênio?

2. As necessidades celulares de ATP variam bastante de acordo com o estado
fisiológico da célula. Uma fibra muscular pode ter suas necessidades



aumentadas de 100 vezes em poucos segundos quando passa do repouso para
uma atividade física intensa. Para promover o ajuste de produção de ATP e seu
gasto, o transporte de elétrons só ocorre com a síntese de ATP e vice-versa.
Para que essas reações ocorram, os substratos são: coenzimas reduzidas,
oxigênio, ADP e Pi, dentre os quais somente o ADP atinge concentrações
limitantes na célula.
Descreva o que ocorre no ciclo de Krebs, cadeia de transporte de elétrons,
fosforilação oxidativa e glicólise quando
a) a razão ATP/ADP aumenta
b) a razão ATP/ADP diminui
1) a razão NAD+/NADH aumenta
2) a razão NAD+/NADH diminui

2.5. Glicogênio

1. O glicogênio é sintetizado principalmente pelo fígado e músculos quando a
oferta de glicose supera as necessidades energéticas imediatas destes órgãos. O
glicogênio deve ser sintetizado em uma situação fisiologicade razão ATP/ADP
alta ou baixa? Por que? Essa condição deve ocorrer durante o exercício ou
durante o repouso?

2.6. Gliconeogênese

1. A gliconeogênese é uma via que se processa no fígado e minoritariamente nos
rins e tem como objetivo a síntese de glicose a partir de compostos que não são
carboidratos, aminoácidos, lactato e glicerol. Essa via utiliza as reações
reversíveis da glicólise e substitui por outras irreversíveis. Há gasto de energia
para efetuar a síntese de glicose? Qual é a necessidade de sintetizar glicose para
um organismo? Essa via é realmente necessária já que temos reservas de
glicogênio?


(-OXIDAÇÃO

3. ? -Oxidação

A continuação você tem os mapas das vias metabólicas mais importantes tal
e qual elas são conhecidas em mamíferos. Eles estão relativamente simplificados ao
efeito de que você consiga relembrar coisas básicas e não fique perdido no meio da
complexidade que elas possuem. Logo de cada via, se apresentam detalhes dos
pontos importantes por serem pontos de regulação, por envolverem gasto ou
produção de energia ou poder redutor, ou por mostrar moléculas que serão
nomeadas de aqui em diante e cujo destino você conseguirá seguir pelo universo
metabólico. Alguns desses detalhes serão de utilidade não nessa fase de revisão e
sim ao longo do curso.

-Observe a via de degradação de triacilgliceróis e oxidação (?-oxidação) de ácidos
graxos.


(-OXIDAÇÃO

Revisemos alguns pontos dos caminhos indicados no diagrama anterior:

(1) - Utilização do glicerol

(2) - Ativação ao nível da membrana externa da mitocôndria

- Transporte ao nível da membrana interna da mitocôndria


(-OXIDAÇÃO

(E) A TRANSFERASE cataliza o processo e é regulada por (-) malonil-CoA (Ver na via
da síntese de ácido graxo)

- ? - Oxidação
(3)


(-OXIDAÇÃO

Em determinadas condições fisiológicas, o acetil-CoA gerado na ? - oxidação não
pode ser aproveitado no ciclo de Krebs e se produz a formação de corpos cetônicos
(acetona, acetoacetato, .e ?-hidroxibutirato), como se indica em baixo.

Tente responder:
1- Observando a via geral, de que depende a mobilização dos depósitos de
triacilgliceróis? Considerando que os hormônios catecolaminas (epinefrina ou
adrenalina e norepinefrina ou noradrenalina) são sintetizados em situações de
perigo, hipoglicemia, exercício físico e exposição a baixas temperaturas,
estimulando a produção de glucagon e inibindo a da insulina, em que condições


(-OXIDAÇÃO

fisiológicas é ativada a lipase dos adipócitos? Nessas condições, quais serão as
principais fontes de energia do tecido muscular?
2- Os subprodutos das vias que estão realçados (diidroxiacetona fosfato, o acetil-
CoA e o Succinil-CoA) funcionam como intermediários de outras vias nas quais eles
são processados. Quais são essas vias.
3- A carnitina é um composto amplamente distribuído pelos diferentes tecidos mas
encontrado em concentrações elevadas no músculo. O que sugere este dado?
4- Em quais das seguintes situações haverá estímulo da formação de corpos
cetônicos:
-dieta rica em hidratos de carbono e normal em lipídeos
-jejum
- dieta rica em lipídeos e normal em hidratos de carbono


SÍNTESE DE ÁCIDOS GRAXOS

4. Síntese de Ácidos Graxos
A primeira etapa da síntese de ácidos graxos é o transporte de Acetil-CoA para o
citossol

Revisemos o ponto da síntese dos caminhos indicados no diagrama anterior:

(1)


SÍNTESE DE ÁCIDOS GRAXOS

4.1. Síntese de triacilgliceróis

Discuta a seguinte afirmação:

1) “Os triacilgliceróis constituem a forma de armazenamento de todo o excesso de
nutrientes”


TOMADA DE OXIGÊNIO

5. Tomada de Oxigênio

A figura acima mostra a tomada de oxigênio pulmonar durante os minutos
iniciais de uma corrida com velocidade constante por 10 min, ou seja, um exercício
leve. Nos primeiros minutos, há um aumento exponencial da tomada de O2 . A
região do gráfico onde nível de tomada de O2 permanece constante é considerado o
estado estacionário.

1. O que significa o estado estacionário em relação ao balanço energético?
2. A produção de ATP ocorre de forma aeróbia ou anaeróbia?
3. Ocorre acúmulo de lactato?


DÉFICIT DE O2

6. Déficit de O 2

O déficit de O2 é a diferença entre o oxigênio total consumido durante o exercício e
o total que teria sido consumido se uma taxa estacionária do metabolismo aeróbio
tivesse sido alcançada no início. No gráfico, o déficit está representado pela área
em lilás.

1. Enquanto a tomada de oxigênio é pequena, qual é a fonte de energia
utilizada preferencialmente?
2. Por que há sempre um atraso do aumento na tomada de oxigênio em relação
ao gasto de energia? Responda levando em consideração a produção de
substratos oxidáveis.
3. Por que o déficit de oxigênio é menor nos indiv íduos treinados?


VO2MAX - CONSUMO MÁXIMO DE OXIGÊNIO

7. VO 2max - Consumo máximo de oxigênio
Em uma conversa entre atletas profissionais, provavelmente você irá ouvir a
frase: quot;qual é o seu VO2Max?quot; Um alto nível de consumo máximo de oxigênio é
uma das características principais de atletas de esportes de alta intensidade como
corrida e ciclismo, portanto, deve ser uma característica importante... Mas o que é
e como ele é medido?

7.1. Definição de VO 2 Max
VO2Max é o volume máximo de oxigênio consumido pelo corpo por minuto
durante o exercício realizado no nível do mar. Como o consumo de oxigênio está
linearmente relacionado com o gasto de energia, quando medimos o consumo de
oxigênio, estamos medindo indiretamente a capacidade máxima do indivíduo de
realizar um trabalho aeróbico.

7.2. Por que o dele é maior que o meu???
Devemos começar perguntando: quot;quais são os determinantes do VO2Max?quot;
Toda célula consome oxigênio para converter a energia dos alimentos em ATP para
o trabalho celular. As células musculares em contração têm alta demanda por ATP,
o que faz com que o consumo de oxigênio aumente durante o exercício. A soma
total de bilhões de células de todo o corpo consumindo oxigênio e gerando CO2
pode ser medida pela respiração, usando equipamentos que medem o volume e a
presença de oxigênio. Portanto, se medimos um consumo maior de oxigênio
durante o exercício, sabemos que mais células musculares estão contraindo e
consumindo oxigênio. Para receber e usar o oxigênio para gerar ATP para a
contração muscular, as fibras musculares são absolutamente dependentes de dois
fatores:

1) um sistema de delivery para levar o oxigênio da atmosfera para as células
musculares
2) mitocôndrias para realizar o processo de transferência de energia aeróbia

De fato, os atletas de resistência são caracterizados por possuir u ótimo
m
sistema cardiovascular e uma capacidade oxidativa bem desenvolvida nos
músculos esqueléticos. Precisamos de uma bomba eficiente para enviar o sangue
rico em oxigênio para os músculos e também de músculos ricos em mitocôndria
para usar o oxigênio e sustentar altas taxas de exercício físico. Mas, qual seria o
fator limitante na VO2Max, o delivery ou a utilização de oxigênio? Esta questão
criou muito debate entre os fisiologistas, mas agora já temos uma resposta clara.

7.3. Os músculos dizem, se você entrega-ló, nós o usaremos.
Muitos experimentos de diferentes tipos sustentam o conceito de que, em
indivíduos treinados, é o delivery e não a utilização de oxigênio que limita o
VO2Max. Realizando exercícios com uma perna e medindo diretamente o consumo
muscular de oxigênio de uma pequena massa muscular, foi mostrado que a
capacidade do músculo utilizar o oxigênio excede a capacidade do coração de
bombeá-lo. Apesar de um homem adulto possuir de 30 a 35 kg de músculo,
somente uma parte desse músculo pode ser perfundido com sangue a qualquer
momento. O coração não pode enviar um grande volume de sangue para todo o
músculo esquelético e ainda manter uma pressão sangüínea adequada. Como mais
uma evidência para uma limitação no delivery, um treino de resistência longo pode
resultar em um aumento de 300% da capacidade oxidativa do músculo mas



aumenta somente de 15 a 25% o VO 2Max. O VO2Max pode também ser
alterado artificialmente mudando a concentração de oxigênio no ar. Além dissso, o
VO2Max costuma aumentar em pessoas não-treinadas antes que ocorra uma
mudança na capacidade aeróbica do músculo. Todas essas observações
demonstram que o VO2 Max pode ser dissociado das caracterísiticas do músculo
esquelético.
O volume de sangue que é ejetado do ventrículo esquerdo a cada batimento
cardíaco é chamado de quot;strokequot; e está relacionado linearmente com o VO2max. O
treinamento faz com que haja um aumento do stroke volume e portanto, um
aumento da capacidade caríaca máxima. Isto resulta em uma maior capacidade
para o delivery de oxigênio. Mais músculos são abastecidos de oxigênio
simultaneamente e ao mesmo tempo, a pressão sanguínea é mantida.
É importante também considerar e compreender o papel da capacidade
oxidativa do músculo. À medida que o sangue rico em oxigênio passa pela rede de
capilares de um músculo esquelético em ação, o oxigênio difunde para fora dos
capilares para a mitocôndria, seguindo o gradiente de concentração. Quanto maior
a taxa do consumo de oxigênio pela mitocôndria, maior é a extração do oxigênio e
maior a diferença entre a concentração de O2 entre o sangue arterial e venoso. O
delivery é o fator limitante pois mesmo nos músculos treinados, não se pode usar o
oxigênio que não é fornecido. Mas, se o sangue chega nos múculos que não são
treindados, VO2max será menor apesar de uma maior capacidade de delivery.

7.4. Como o VO2Max é medido?

Para determinar a capacidade aeróbica máxima, devemos seguir condições
de exercício que demandam a capacidade máxima de delivery de sangue pelo
coração. Para isso, devemos considerar as seguintes características:

?? Utilizar pelo menos 50% da massa muscular total. Atividades que
cumprem este requisito: corrida, ciclismo, remo. O método mais comum
no laboratório é a corrida em uma esteira, com inclinações e velocidades
diferentes.
?? Ser independente da força, velocidade, tamanho do corpo e habilidades.
?? Ter duração suficiente para que as respostas cardiovasculares sejam
maximizadas. Geralmente, testes para capacidade máxima usando
exercício contínuos são completados em 6 a 12 minutos.
?? Ser feito por pessoas motivadas pois os testes para medir VO2max são
muito pesados mas terminam rapidamente.

Eis um exemplo do que ocorre durante um teste. Sua freqüência cardíaca
será medida e o teste se inicia por uma caminhada em uma esteira a velocidades
baixas e sem inclinação. Se você estiver em forma, o teste pode ser iniciado com
uma corrida leve. Então, a velocidade e/ou a inclinação da esteira é aumentada em
intervalos regulares (30s a 2 min). Enquanto você corre, estará respirando por um
sistema de 2 válvulas. O ar entra do ambiente mas será expirado por sensores que
medem o volume e a concentração de O2 .
Usando estas válvulas, a tomada de O2 pode ser calculada por um
computador em cada estágio do exercício. A cada aumento na velocidade ou
inclinação, uma massa muscular maior será utilizada em maior intensidade. O
consumo de oxigênio ira aumentar linearmente com o aumento de carga. Porém,



em algum ponto, o aumento da intensidade não irá resultar em um aumento do
consumo de oxigênio. Esta é a indicação de que você atingiu o VO2 max.
O valor do VO2 max pode ser dado em duas formas: absoluta, ou seja, em
litros/min e o valor é tipicamente entre 3 e 6 para homes e 2,5 e 4,5 para
mulheres. O valor absoluto não leva em conta as diferenças de tamanho do corpo.
Por isso, outra forma de expressar o VO2max é na forma relativa, em ml por min
por kg.
O consumo máximo de oxigênio entre homens não -treinados com
aproximadamente 30 anos é aproximadamente 10-45 ml/min/kg e diminui com a
idade. O indivíduo que faz exercícios regularmente pode aumentar para 50-55
ml/min/kg. Um corredor de ponta com 50 anos pode ter um valor de VO2max
maior do que 60 ml/min/kg. Já um campeão olímpico de 10.000 metros
provavelmente apresenta um valor próximo de 80ml/min/kg. Claramente, o treino
é importante mas a genética favorável também é um fator crítico. Mais uma
informação: antes de você ficar muito impressionado com o corredor na TV,
lembre-se ue os humanos não são nada em comparação com muitos animais
atletas - o VO2 de um cavalo treinado é de 600 litros/min ou 150ml/min/kg!

Como vimos no texto, um dos fatores que afeta o VO2max é a pressão de
oxigênio. Isso ocorre pois a ligação do oxigênio à hemoglobina é regulada pelo 2,3
bisfosfoglicerato (2,3 BPG). O 2,3 BPG está presente em concentrações
relativamente altas nos eritrócitos e faz com que a afinidade da hemoglobina pelo
oxigênio seja bastante reduzida de acordo com a pressão de oxigênio. A
concentração de BPG no sangue de um indivíduo normal é de aproximadamente 5
mM no nível do mar e de aproximadamente 8 mM em grandes altitudes. O gráfico
abaixo mostra uma curva de saturação de oxigênio para a hemoglobina em função
da pressão de oxigênio para diferentes concentrações de BPG.

a) Explique por que o BPG é importante para a adaptação fisiológica em regiões de
grandes altitudes.
b) A afinidade da hemoglobina fetal por BPG é maior ou menor que nos adultos?
Por que?
c) Os indivíduos treinados possuem maior ou menor concentração de 2,3 BPG. Este
fato é coerente com a diferença de déficit de oxigênio observada no gráfico da
tomada de oxigênio?


RECUPERAÇÃO APÓS O EXERCÍCIO

8. Recuperação após o exercício

8.1. Definição de EPOC / relação de EPOC com intensidade do exercício

Após uma atividade física, os processos fisiológicos do corpo não voltam
imediatamente ao estado de repouso. Independente da intensidade do exercício, a
tomada de oxigênio durante a recuperação (pós-exercício) sempre excede o valor
do repouso. Este excesso é chamado de débito de oxigênio ou recovergy oxygen
uptake ou EPOC (“Excess Post Exercise Oxygen Consumption” - excesso de
oxigênio pós-exercício). Ele é calculado como:

(Oxigênio total consumido na recuperação) - (Oxigênio total que teria sido
consumido no repouso durante o período de recuperação se o exercício não tivesse
sido realizado)

Então, se um total de 5.5L de oxigênio foi consumido durante a recuperação
até atingir o valor de repouso de 0.310L/min e o tempo de recuperação foi de 10
min, o débito de oxigênio seria de 5.5L - (0.310L x 10 min) = 2.4L.



Os gráficos acima mostram a tomada de oxigênio durante e depois do
exercício. Indique para cada um dos gráficos a intensidade do exercício:
a) leve
b) aeróbico moderado a pesado
c) máximo (aeróbico + anaeróbico)

Justifique, tentando explicar o por que de uma componente mais rápida e
outra mais lenta nos dois últimos gráficos, relacionando com a intensidade e
duração do exercício. Que elementos indicados no gráfico levaram a essas
conclusões?

2. Qual seria a função desse excesso de oxigênio pós-exercício?

3. Implicações do EPOC na recuperação

O EPOC tem implicações para a recuperação após o exercício que pode ser
feita de forma ativa ou passiva. A forma passiva consiste em repouso, inatividade
completa que reduz o requerimento de energia, liberando o O2 para o processo de
recuperação. A forma ativa ou cooling down é feita com exercício aeróbio sub-
maximal, dessa forma, o movimento aeróbio contínuo evita a fadiga e facilita a
recuperação.
Que tipo de recuperação seria mais adequado para:
a) exercício feito com uptake de O2 abaixo de 50% de VO2 max
b) exercício cuja intensidade ultrapassa 60 a 75% do VO2 max
Justifique, levando em consideração a função do EPOC e a formação de ácido
lático.

Observe o gráfico abaixo e responda:

1. Descreva as diferenças observadas no gráfico entre um indivíduo treinado e não
treinado para as diferentes intensidades de exercício físico.



2. No exercício leve, como o ATP necessário é gerado? Há aumento na
concentração do lactato? Por que?

3. Assumindo que ocorre hipóxia nos tecidos, como explicar o acúmulo de lactato
no exercício moderado? Explique, utilizando na sua resposta a via glicolítica e a
produção de NADH.

4. Por que durante o repouso há produção de lactato? O que significa o nível basal
de lactato? O lactato pode ser formado continuamente em repouso e durante o
exercício moderado. Em condições aeróbias, há um balanço entre a produção e a
remoção de lactato por outros tecidos, mantendo a concentração estável. Quando a
taxa de remoção não é equilibrada pela produção, ocorre o acúmulo de lactato. Por
que nos indivíduos treinadas o acúmulo de lactato é menor no exercício moderado?
Por que no exercício intenso o acúmulo de lactato no indivíduo treinado é maior??

5. A enzima lactato desidrogenase (LDH) favorece a conversão de piruvato em
lactato nas fibras musculares de contração rápida. Já nas fibras lentas, a LDH
favorece as reações contrárias, transformando preferencialmente lactato em
piruvato. Como isso é possível? Nos exercícios em que há maior mobilização de
fibras do tipo II, o que seria esperado em relação à concentração de lactato? Este
fato dependeria da oxigenação dos tecidos? Como pode uma mesma enzima
favorecer reações no sentido contrário?

6. A enzima lactato desidrogenase é uma enzima oligomérica formada por
diferentes subunidades. Os vertebrados possuem duas subunidades distintas dessa
enzima: M, que predomina nos músculos e H, que predomina no tecido cardíaco.
Para saber quantas subunidades compõem a enzima, as diferentes proteínas
oligoméricas (formadas somente por subunidades M ou H) foram purificadas,
misturadas, dissociadas de suas subunidades componentes em condições suaves de



desnaturação (mudança de pH, adição de uréia) e foram então incubadas juntas
para se reassociarem (retirando as condições desnaturantes). Foi feita uma
eletroforese onde na primeira canaleta a amostra aplicada foi a isoenzima composta
somente de subunidades M, na segunda, a mistura após desnaturação leve e
renaturação e na terceira, a isoforma H, como mostra a figura.
O que representam as diferentes bandas na canaleta contendo a mistura?
Quantas subunidades compõem a enzima?
Quantas isoformas da LDH existem? Descreva a composição de subunidades das
isoformas.

M mistura H
(+)

Origem
(-)

8.2. INFORMAÇÕES ADICIONAIS

A Lactato Desidrogenase encontra-se na maioria de todos os tecidos. Quando
há dano nas células em tecidos contendo LDH, há liberação de LDH na corrente
sangüínea. Como a LDH é amplamente distribuída, a análise total de LDH não é útil
para o diagnóstico de uma doença específica. Mas, devido a suas diferentes
isoformas, a análise dos níveis de LDH pode auxiliar no diagnóstico de certas
doenças, mas há controvérsias. As diferentes isoformas são: LDH-1, LDH-2, LDH-3,
LDH-4, LDH-5. Em geral, cada isoforma é usada por um tecido específico. LDH-1 é
encontrada preferencialmente no coração, LDH-2 está associada com sistemas de
defesa contra infecção, LDH-3 está encontrada nos pulmões e em outros tecidos,
LDH-4 no rim, placenta e pâncreas e LDH-5 no fígado e músculo esquelético.
Normalmente, os níveis de LDH-2 são maiores do que o das outras isoenzimas.

Certas doenças têm padrões de níveis elevados de isoenzimas LDH. Por
exemplo, um nível maior de LDH-1 em relação a LDH-2 pode ser indicação de
ataque cardíaco, elevações de LDH-2 e LDH-3 podem indicar danos nos pulmões,
elevações em LDH-4 e LDH-5 podem indicar danos no fígado ou músculo. Um
aumento de todas as isoformas da LDH simultaneamente pode ser diagnóstico de
lesões em múltiplos órgãos.

Um dos testes comumente utilizados é o diagnóstico de infarto do miocárdio.
O nível total de LDH aumenta em 24-48h após o ataque do coração, tem um pico
em 2 ou 3 dias e retorna ao normal em aproximadamente 5 ou 10 dias. Este



padrão pode ser útil para um diagnóstico tardio. Já o diagnóstico utilizando a
isoforma LDH-1 é mais sensível e específica do que o LDH total. Normalmente, o
nível de LDH-2 é maior do que o de LDH-1. Um nível de LDH-1 maior do que LDH-
2 pode ser um indicativo de ataque cardíaco. Essa inversão aparece em 12-24h
após o ataque.

Porém, o uso dos níveis de LDH como diagnóstico de infarto do miocárdio
têm sido considerado obsoleto pois após mais de 10 anos tentando fazer com que
os testes utilizando as isoformas de LDH tivessem mais sensibilidade e
especificiade, continua apresentando muitas falhas quando utilizado na prática.


LIMIAR DE LACTATO

9. Limiar de Lactato

Para determinar o limiar de lactato, podemos utilizar dois procedimentos
distintos:

1. O indivíduo em teste faz corridas de 800m e tem o lactato dosado. A primeira
corrida é feita em alta velocidade, a máxima conseguida pelo indivíduo. Após uma
pequena pausa, faz-se um ciclo de corridas em velocidades baixas e crescentes
intercaladas com curtos descansos. Para isso, é necessário ter um controle de
velocidade do atleta e um lactímetro. Para dois indivíduos, obtivemos os seguintes
dados:

Limiar de lactato

14
concentração de lactato

12
10
(mmol/L)

8 1
2
6
4 Limiar de
lactato
2
0
21 18 7 8 9 10
velocidade (Km/h)

O limiar de lactato é a velocidade em que o indivíduo atinge a concentração
mínima de lactato, ou seja, quando a taxa de produção começa a exceder a taxa de
remoção.

2. Pode ser feito um teste em laboratório, utilizando estágios sucessivos de
exercício em bicicleta ergométrica, esteira, etc. Inicialmente, a intensidade do
exercício é de 50 a 60% do VO2max. Cada estágio do exercício tem duração de 5
minutos. Perto do final de cada estágio, a taxa cardíaca e o consumo de oxigênio
são registrados e uma amostra de sangue é coletada para a dosagem de lactato.
Após essas medidas, a carga do exercício é aumentada e as medidas são repetidas.
Após o sexto estágio, obtém-se uma distribuição de intensidades como mostra o
gráfico abaixo. O limiar de lactato é quando a taxa de produção de lactato excede a
taxa de remoção, correspondendo ao consumo de oxigênio de 45ml/min/kg.
Geralmente determina-se o limiar de lactato em % do VO2max. Qual seria o limiar
de lactato do indivíduo abaixo, dado que o VO2max é de 61 mo/min/kg?


LIMIAR DE LACTATO

Concentração de lactato (mmol/L)

Freqüência Cardíaca
Consumo de oxigênio (ml/min/kg)

a) Qual a finalidade de se medir o limiar de lactato?

b) Observando os gráficos do item 1, responda: qual indivíduo é o treinado? Por
que? Quais os fatores que devem influenciar o acúmulo de lactato no organismo?

c) Qual seria uma forma de monitorar o limiar de lactato durante o exercício sem
que seja efetuada a sua dosagem?


ADAPTAÇÕES NA UTILIZAÇÃO DE DIFERENTES SUBSTRATOS DURANTE O TREINAMENTO

10. Adaptações na utilização de diferentes substratos durante o
treinamento
Sistemas de transferência de energia durante o exercício. Exercício de
duração imediata e de curta duração.

1. A atividade física demanda a maior quantidade de energia, comparada com todas
as outras funções metabólicas complexas que ocorrem no corpo. Durante uma
corrida de velocidade ou uma competição de nado, por exemplos, o gasto de
energia dos músculos ativos pode ser 100 vezes maior que o gasto em repouso.
Durante um exercício menos intenso mais intenso, como uma maratona, o
requerimento de energia aumenta para 20 ou 30 vezes em ralação com o requerido
na ausência de atividade. Dependendo da intensidade e duração do exercício, os
três grandes sistemas de transferência de energia existentes no corpo são
requisitados em forma diferenciada e a sua contribuição relativa para o exercício é
distinta.

-Considere o gráfico abaixo e preencha os espaços em branco com os nomes dos
sistemas de transferência de energia correspondentes com cada curva. Após isso
estabeleça: Que sistemas operam em forma anaeróbia e quais em forma aeróbia?
Que sistemas liberam energia mais rapidamente? Existem atividades que sejam
feitas em foram anaeróbia ou aeróbia exclusivamente?
contribuição dos sitemas de energia (%)

120

100

80

60

40

20

0
10 30 2 5
s s min min
duração do exercício

2. Segundo a gráfica em baixo, o lactato sangüíneo não se acumula a todas as
intensidades de exercício. Porque o lactato aumenta a medida que aumenta a
intensidade do exercício? Observe as diferenças entre treinados e não treinados e
discuta quais seriam as vantagens dessa diferença no caso de um atleta e possíveis
explicações para essa diferença. Que significam os pontos que estão sendo
indicados pelas setas? Com que tipo de atleta (ou seja, praticando que tipo de
esporte) se corresponde a curva dos “treinados”?


ADAPTAÇÕES NA UTILIZAÇÃO DE DIFERENTES SUBSTRATOS DURANTE O TREINAMENTO

Concentração de lactato sangüíneo
exercício
extenuante
exercício
moderado
exercício
fraco

0 25 50 75 100
VO2 max. (%)
Não treinados Treinados

3) Treino de intervalo: intercalar exercícios de alta intensidade com descanso
permite realizar exercícios de alta intensidade que não seriam possíveis se foram
feitos continuamente. Baseado no metabolismo energético, justifique se há ou não
base para esse treino.


TREINAMENTO DE LONGA DURAÇÃO E ALTA INTENSIDADE

11. Treinamento de longa duração e alta intensidade

Treinamento de longa duração e alta intensidade

1. Os atletas que fazem esportes de alta intensidade, freqüentemente
experimentam uma sensação de fadiga crônica, na qual dias sucessivos de
treinamento extenuante chegam a ser mais difíceis de suportar, progressivamente.
Essa fadiga, pode-se relacionar com uma gradual diminuição das reservas de CHO
corporais. Na Figura 1 mostra-se a mudança na concentração de glicogênio
intramuscular em seis atletas ingerindo uma dieta com as doses recomendadas de
CHO, lipídeos e proteínas, antes e depois de corridas de 16,1 km realizadas em três
dias sucessivos.

Figura 1. Mudanças na concentração de glicogênio intramuscular em seis atletas homens antes
e depois de corridas de 16,1 km realizadas em três dias sucessivos. O glicogênio muscula r também foi
medido 5 dias após a última corrida.

Observe as variações na concentração e na velocidade de degradação e
discuta como está sendo utilizado o glicogênio ao longo dos três dias de
competição. Estão sendo utilizadas outras fontes de energia ao longo dos três dias?
Como varia a utilização dessas outras fontes em relação com a variação nos níveis
de glicogênio? Que pode dizer respeito da recuperação nos níveis de glicogênio (5º
dia pós)?

2. Em uma experiência para avaliar o efeito da dieta sobre as reservas de
glicogênio intramuscular e sobre a duração do exercício, três grupos de pessoas
foram alimentados de forma diferente durante três dias, e após essa dieta
diferenciada, foram submetidos a uma sessão de ciclismo até o limite das suas
forças (tempo de fadiga o de extenuação) (Figura 1). A quantidade de calorias
ingeridas foi a recomendada normalmente nos três casos, mas em uma condição a
maior parte das calorias foi dada como lipídeos, na segunda as porcentagens
diárias recomendadas de CHO, lipídeos, e proteínas foram mantidas, e na terceira,
a dieta foi rica em CHO.

Figura 1. Efeitos da dieta no conteúdo de glicogênio no quadriceps femoris e na duração do
exercício feito sobre uma bicicleta


TREINAMENTO DE LONGA DURAÇÃO E ALTA INTENSIDADE

Discuta:
-O que pode dizer ao respeito da relação entre a dieta, as reservas de glicogênio no
músculo e a resistência ao exercício?
-Para que tipo de competições você recomendaria uma dieta rica em CHO?


EXERCÍCIOS DE INTENSIDADE BAIXA E MODERADA

12. Exercícios de intensidade baixa e moderada

1. Em condições de treinamento moderado, que tipo de substrato você espera que
seja degradado preferencialmente e porque? Como espera que essa degradação
evolua ao longo do tempo do exercício?

2. Observe os gráficos inseridos em baixo e discuta as seguintes afirmações:

a. O consumo de lipídeos aumenta na medida que o tempo do exercício
aumenta.

b. A contribuição relativa de cada substrato (o fonte de carbono) ao exercício
que está sendo feito depende da intensidade do exercício, da duração do
exercício, e da aptidão física.

c. Como resultado do treinamento as reservas de glicogênio são preservadas.

18
entrada de oxigênio (mM/min)

16
14
12
Fontes não sangüíneas
10
FFA
8
glicose
6
4
2
0

tempo do exercicio (min)

Figura 1. Consumo de oxigênio e nutrientes durante o exercício prolongado em
condições moderadas. As Fontes não sangüíneas são glicogênio, triglicerídeos e
proteínas do músculo.


EXERCÍCIOS DE INTENSIDADE BAIXA E MODERADA

350

Gasto de energia (kcal/kg/min)
300

250
glicogênio do músculo
200 triglicerídeos dos músculos
FFA do plasma
150
glicose do plasma
100

50

0
25 65 85
porcentagem do VO2max

Figura 2. Utilização do substrato em diferentes intensidades de exercício
Observação: 25% do VO2 max equivale a exercício suave
65% do VO2 max equivale a exercício moderado
85% do VO2 max equivale a exercício intenso

250
ácidos graxos
200
livres no plasma
triglicerídeos
150
glicogênio
100
glicose
50 sangüínea

0
sedentário treinado

Figura 3. Contribuição estimada de vários substratos ao metabolismo energético em
músculos dos membros treinados e não treinados, considerando exercícios de
intensidade moderada.

3. A glicose é transportada para dentro das células mediante difusão facilitada.
Uma família de transportadores denominados GLUT1-7 é responsável pelo
transporte. Nos músculos esqueléticos dos humanos adultos há três isoformas
presentes. Dessas, GLUT 1 é responsável pelo transporte basal e GLUT 4 é o maior
transportador de glicose. Na presença de insulina ou por efeito da contração
muscular, GLUT 4 é translocado de depósitos intracelulares para a membrana
plasmática.
Discuta quais seriam as diferenças entre o uso da glicose proveniente da
degradação dos depósitos de glicogênio muscular, hepático ou da ingestão de
sacarose, pelo s músculos em atividade.


PROTEÍNAS

13. Proteínas

Proteínas na dieta

Alguns aminoácidos devem ser fornecidos através da dieta porque sua
síntese no organismo é inadequada para satisfazer as necessidades metabólicas.
Eles são chamados aminoácidos essenciais. Esses aminoácidos são: treonina,
triptofano, histidina, lisina, leucina, isoleucina, metionina, valina e fenilalanina. A
ausência ou ingestão inadequada de qualquer desses aminoácidos resulta em
balanço nitrogenado negativo, perda de peso, crescimento menor e crianças e
m
pré-escolares e sintomas clínicos. As necessidades de aminoácidos essenciais estão
na tabela 1.

Tabela 1: Estimativas das exigências nutricionais (mg/kg/dia) de aminoácidos por grupo de idade
Aminoácido Lactentes, idade Crianças, idade Crianças, idade Adultos
3-4 meses ~2 anos 10-12 anos
Histidina 28 ? ? 8-12
Isoleucina 70 31 28 10
Leucina 161 73 44 14
Lisina 103 64 44 12
Metionina + 58 27 22 13
Cisteína
Fenilalanina + 125 69 22 14
tirosina
Treonina 87 37 28 7
Triptofano 17 12,5 3,3 3,5
Valina 93 38 25 10

Os demais aminoácidos são chamados não essenciais e são igualmente
importantes na estrutura protéica. Se ocorrer deficiência na ingestão desses
aminoácidos, eles podem ser sintetizados em nível celular a partir de aminoácidos
essenciais ou de precursores contendo carbono e nitrogênio.
Aminoácidos conhecidos como condicionalmente essenciais são aqueles que
se tornam indispensáveis sob certas condições clínicas. Acredita-se que a cisteína, e
possivelmente a tirosina, podem ser condicionalmente essenciais em crianças
prematuras. A arginina pode se tornar indispensável em indivíduos mal nutridos,
sépticos ou em recuperação de lesão ou cirurgia.

Fontes de proteína

As proteínas estão amplamente distribuídas na natureza, mas poucos
alimentos contêm proteínas com todos os aminoácidos essenciais, como as
proteínas do ovo e do leite utilizadas como referência.
Alimentos de origem animal, como carnes, aves, peixes, leite, queijo e ovo,
possuem proteínas de boa qualidade, suficiente para serem considerados as
melhores fontes de aminoácidos essenciais.
Os dados sobre consumo de alimentos de 1985 e 1987 do departamento de
Agricultura do Estados Unidos (USDA) revelaram que os alimentos de origem
animal fornecem 65% da proteína consumida. No Brasil esse valor é de
aproximadamente 40% dependendo do poder econômico da população.
As leguminosas (10 a 30% de proteínas) são os alimentos mais ricos em
proteínas, mas são deficientes em metionina. Os cereais (6 a 15% de proteínas)
apresentam um conteúdo protéico menor do que as leguminosas e são deficientes
em lisina, mas contribuem mais para a ingestão protéica da população, pois são


PROTEÍNAS

consumidos em grandes quantidades. Frutas e hortaliças fornecem pouca proteína
(1 a 2% do seu peso).

Tabela 2: Composição de aminoácidos em alguns alimentos.
Aminoácidos Queijo, Milho Cereal Legumes Grão Nozes, Sementes Amendoim Vegetais, Gelatina Levedura
essenciais ovo, integral óleos de de “folhas
leite e (com sementes, gergelim verdes”
carne germe) soja e girassol
Metionina X _ X _ X _ _ _ X
Isoleucina X
Leucina X
Lisina X _ _ X X X _ _ _
Fenilalanina _
Treonina X _ _ X _ X _ X
Triptofano _ _ X _
Valina X
X = Altas quantidades de aminoácidos presentes no alimento
_
= Baixas quantidades de aminoácidos presentes no alimento

Recomendações nutricionais para proteínas

O aumento da ingestão de proteínas mais que três vezes o nível
recomendado não aumenta o desempenho durante o treinamento intensivo. Para
atletas, a massa muscular não aumenta simplesmente através de uma alimentação
rica em proteína. Por exemplo, o aumento do consumo extra de proteína de 100g
(400 calorias) para 500g diárias não aumenta a massa muscular. Calorias
adicionais na forma de proteínas são depois da desaminação (remoção do
nitrogênio) usadas diretamente como componentes de outras moléculas incluindo
lipídeos que são estocados em depósitos subcutâneos. Assim, se numa dieta com
excesso de proteínas o músculo não tiver condições de utilizar os aminoácidos para
síntese de tecido muscular, as cadeias carbônicas serão usadas na gliconeogênese
e o nitrogênio excedente excretado pela urina. O aumento da excreção de
nitrogênio leva a uma maior necessidade de água, uma vez que ele é incorporado à
uréia e esta à urina. Isto, a longo prazo pode sobrecarregar os rins e causar
desidratação.
A tabela 3 mostra as recomendações nutricionais de proteínas para
adolescente e adultos homens e mulheres. Em média, o consumo diário de proteína
recomendado por kg d massa corpórea é 0,83g (para determinar o requerimento
e
de homens e mulheres com idade de 18 a 65 multiplicou-se a massa corpórea em
kg por 0,83. Por exemplo, para um homem com 90 kg, a necessidade diária de
proteína é 90 x 83 ou 75 g).
Geralmente, a necessidade e a quantidade de aminoácidos essenciais
diminuem com a idade. A recomendação protéica diária para lactentes e crianças
em crescimento é de 2 a 4g por kg de massa corpórea, enquanto para mulheres
grávidas é 20 g e para mães em fase de amamentação é 10g. Stress e doenças
aumentam a necessidade protéica.
É tema de debate a grande necessidade de proteínas para atletas
adolescentes que estão em crescimento moderado, atletas envolvidos em
programas de desenvolvimento de força e resistência. Em geral, o aumento no
consumo de proteínas desses atletas serve mais para compensar o aumento no
gasto de energia. Homens e mulheres fisiculturistas e halterofilistas e outros atletas
de força costumam ingerir entre 0,5 a 4 vezes o RDA para proteína por dia. Esse
excesso é consumido na forma de líquido, pó ou pílulas de “proteínas” purificadas.
Essas preparações que contém proteínas são “predigeridas” quimicamente em
aminoácidos em laboratórios.


PROTEÍNAS

Tabela 3: Recomendação nutricional (RDA) de proteínas para adolescentes e adultos homens e mulheres.
Quantidade Adolescente homem Adulto homem Adolescente mulher Adulto mulher
recomendada
Gramas de proteína 0,9 0,8 0,9 0,8
por kg de peso
corpóreo
Gramas de proteína 59 56 50 44
por dia (baseada na
média de peso *)
*A média de peso é baseada numa “referência” para homens e mulheres. Para adolescentes (idade 14-18) a
média de peso é aproximadamente 65,8 kg para homens e 55,7kg para mulheres. Para homem adulto essa
média é 70 kg e mulher é 56,8 kg.

Proteína exercício 1
Revisão metabolismo de aminoácidos

Explique como é originado o pool de aminoácidos e o que ocorre com os
aminoácidos excedentes.

No organismo não existe uma grande reserva de aminoácido livres e
qualquer quantidade acima da necessária para a síntese de pro teínas de tecidos e
os vários compostos não protéicos, contendo nitrogênio, é metabolizada. Nas
proteínas celulares existe um “pool” metabólico de aminoácido (figura 1) num
estado de equilíbrio dinâmica que pode ser solicitado em qualquer situação para
satisfazer uma necessidade. O contínuo estado de síntese e degradação de
proteínas, fenômeno denominado “turnover”, é necessário para manter o “pool”
metabólico e a capacidade de satisfazer a demanda de aminoácidos nas várias
células e tecidos do organismo quando esses são estimulados a produzir novas
proteínas. Os tecidos mais ativos responsáveis pelo “turnover” protéico são plasma,
mucosa intestinal, pâncreas, fígado e rins, enquanto tecido muscular, pele e
cérebro são os menos ativos.

Figura 1: pool de aminoácidos originado pela degradação das proteínas endógenas
e pelas da dieta.

Antes da oxidação do esqueleto de carbono da molécula de aminoácido o grupo
amino deve ser removido. Essa remoção é catalizada por enzimas chamadas
aminotransferases ou transaminases. Na maioria dos aminoácidos o grupo ? -amino
é transferido para o átomo de carbono ? do ? -cetoglutarato produzindo o ? -


PROTEÍNAS

cetoácido e glutamato. Esse processo ocorre principalmente no fígado. Esse grupo
amino é convertido e, NH4 + e aspartato que são precursores do ciclo da uréia.

Figura 2: Ciclo da uréia

Os esqueletos de carbono são convertidos a algumas das formas intermediárias
(figura 3), formadas durante o catabolismo de glicose e ácidos graxos. Assim,
podem ser transportados para os tecidos periféricos, onde entram no ciclo de Krebs
para produzir adenosina trifosfato (ATP). Esses fragmentos podem ser usados
também nas síntese de glicose ou gorduras.

Figura 3: Destino da cadeia carbônica dos aminoácidos

A maioria dos aminoácidos, particularmente alanina, são potencialmente
glicogênicos. O piruvato, a partir da oxidação da glicose no músculo, é aminado
para formar alanina que é transportada para o fígado, onde sofre desaminação e o
esqueleto de carbono é convertido à glicose. Esse ciclo da alanina (figura 4) é
importante como fonte de glicose durante o período de baixo suprimento exógeno.


PROTEÍNAS

Figura 4: Ciclo alanina-glicose. A alanina transporta a amônia e o esqueleto
carbônico do piruvato do músculo até o fígado. A amônia é excretada e o piruvato é
utilizado na produção de glicose (gliconeogênese)

Existe um balanço de nitrogênio, quando o consumo de nitrogênio (proteína) é
igual à excreção de nitrogênio. O organismo apresenta um balanço de nitrogênio
positivo se o consumo de nitrogênio for maior do que a sua excreção. Assim, a
proteína é retida como um novo tecido que começa a ser sintetizado. Isso é
freqüentemente observado em crianças, durante a gravidez, em recuperação de
doença e durante exercícios de resistência quando a síntese de proteínas ocorre nas
células do músculo.
O balanço de nitrogênio negativo pode ocorrer quando o organismo cataboliza
proteínas devido a falta de outros nutrientes que forneçam energia. Por exemplo,
um indivíduo que consome quantidades adequadas ou excesso de proteína, mas
pequena quantidade de carboidratos ou lipídeos. Conseqüentemente a proteína é
usada como a principal fonte de energia, o resultado é um balanço negativo de
proteína (nitrogênio). Em períodos de jejum também é observado um balanço
negativo de nitrogênio.

Questões
Qual o principal produto de excreção do metabolismo nitrogenado no homem?
Quais são os outros compostos nitrogenados excretados pelo homem?
Qual é a origem dos dois átomos de nitrogênio presentes na molécula de uréia?
Discuta o balanço energético no ciclo da uréia (balanço de ATP)?
Quais são os destinos das cadeias carbônicas dos aminoácidos?
Discuta a importância do ciclo da alanina-glicose.
Onde ocorre a síntese da uréia?


PROTEÍNAS

Exercício 2

Para o estudo da dinâmica de proteínas no exercício é utilizado o método clássico
de determinação da quebra de proteínas através da excreção da uréia. No
experimento da figura 1 a excreção do nitrogênio foi medida a partir do suor.
Discuta, a partir do gráfico, as conseqüências de uma dieta com restrições de
carboidratos.
O balanço de nitrogênio é a medida mais utilizada para avaliar o metabolismo
protéico de um indivíduo. Sabendo que o balanço de nitrogênio é a diferença entre
a quantidade de nitrogênio ingerido e a quantidade de nitrogênio excretado
explique como está o balanço de nitrogênio nas situações abaixo.

Figura 1: Excreção de uréia no suor em situações de repouso, durante o exercício
depois de grande ingestão de carboidratos (alto CHO) e diminuição de carboidrato
(baixo CHO).

Exercício 3

Algumas proteínas do organismo não podem ser utilizadas para a obtenção de
energia. As proteínas do músculo são mais lábeis e com o aumento da demanda
com os exercícios ela pode ser utilizada na obtenção de energia. A figura abaixo
mostra a liberação do aminoácido alanina (e possivelmente glutamina) a partir de
músculos da perna em diferentes situações. Por que ocorre um aumento dos níveis
de alanina nas situações apresentadas? Qual o destino dessa alanina


PROTEÍNAS

Figura 6: Influência de 40 minutos de exercícios de varias intensidades e liberação
de alanina a partir dos músculos da perna.


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