VIAS METABÓLICAS

Metabolismo é o conjunto das atividades metabólicas da célula relacionadas com a transformação de energia. A fotossíntese e a respiração são os processos mais importantes de transformação de energia dos seres vivos.

Todos os seres vivos gastam energia para manterem suas diversas atividades celulares e a fonte de energia mais importante para os seres vivos é a luz solar. Luz solar, água e carbono são os ingredientes necessários para os seres clorofilados realizarem a fotossíntese e produzirem moléculas orgânicas, como a glicose. Esses seres chamados de autotróficos (seres que produzem o próprio alimento) servem de alimento a diversos seres heterotróficos (seres que não são capazes de produzir o próprio alimento). Quando se alimentam, os seres heterótrofos introduzem em seus corpos a matéria orgânica que será degradada dentro das células, libertando a energia necessária para a execução das funções vitais.

Essa cadeia formada entre os seres vivos pode ser facilmente observada na natureza. Os vegetais servem de alimento para os animais herbívoros, que servem de alimentos para animais carnívoros. Nessa sequência chamada de cadeia alimentar ocorre a transferência de matéria e de energia para os seres vivos, pois como diz a primeira lei física da termodinâmica: “nos processos físicos e químicos, a energia pode ser ganha ou perdida, transferindo-se de um sistema para outro, mas não pode ser criada nem destruída”.

Geralmente, as reações metabólicas são classificadas em dois tipos, as reações de síntese e as reações de degradação.

Nas reações de síntese, moléculas mais simples são unidas formando outras moléculas de maior complexidade, como ocorre com a união de aminoácidos para formarem as proteínas. Já nas reações de degradação ocorre o contrário, as moléculas mais complexas são quebradas transformando-se em moléculas mais simples, como ocorre na quebra do glicogénio em glicose.

Todas as reações de síntese, por meio das quais os organismos vivos constroem as complexas moléculas orgânicas que formam o seu corpo, são chamadas de anabolismo e as reações de degradação de moléculas constituem o catabolismo. Dessa forma, podemos concluir que é através de reações anabólicas que o ser vivo constrói seu corpo e é através de reações catabólicas que os seres vivos conseguem a matéria prima e a energia necessárias à vida.

Todo o músculo necessita de energia para trabalhar, o que implica que qualquer exercício requer o fornecimento de energia.

Esta energia encontra-se armazenada no músculo e em outros tecidos orgânicos, associada com algumas substâncias químicas: adenosina trifosfato (ATP), fosfocreatina (CP), hidratos de carbono, gordura e proteínas. No entanto, a única fonte de energia química que o organismo consegue utilizar no processo de contração muscular provém do ATP, sendo as restantes fontes de energia utilizadas na sua síntese.

Assim, a energia para toda a atividade física, seja ela de natureza aeróbia ou anaeróbia, provém da conversão de fosfatos de alta energia, adenosina trifosfato (ATP), em fosfatos de menor energia, adenosina difosfato (ADP).

A quantidade total de ATP no organismo é limitada a aproximadamente 80 a 100 g, pelo que é necessário continuamente sintetizar o composto através de reações várias. Segundo o mesmo autor, quando estas reações ocorrem sem oxigénio, designa-se de metabolismo anaeróbio, quando ocorrem na presença de oxigénio, designa-se por metabolismo aeróbio.

Desde o início do exercício físico diversas enzimas começam a degradar cada uma daquelas substâncias para que assim possam ser utilizadas na ressíntese do ATP. Cada uma das fontes energéticas tem capacidade de reciclar ATP com uma determinada velocidade, a qual dependerá do número de passos e processos que antecedam a libertação de energia.

A intensidade e a duração do exercício determinam qual o sistema energético utilizado. Deste modo, as células produzem ATP através de três sistemas metabólicos:

1. Sistema do ATP-CP / Via Anaeróbia Aláctica;

2. Sistema Glicolítico/ Via Anaeróbia Láctica;

3. Sistema da Fosforilação Oxidativa/ Via Aeróbia.

Via Anaeróbia Aláctica

O Sistema ATP- CP também denominado de via anaeróbia aláctica ou via dos fosfagénios constitui o sistema energético mais simples e imediato de ressíntese de ATP, realizada através da energia fornecida pela fosfocreatina (CP) existente nos músculos estriados e que pode durar até cerca de 13 segundos, sem se verificar qualquer produção de ácido lático. A formação do ATP provém unicamente de um composto, a fosfocreatina (PC), que tem a função de regenerar o ATP, permitindo a continuação do trabalho muscular.

Em situações de esforço máximo, a CP é a fonte de energia mais rápida para a ressíntese do ATP muscular. Contudo, a quantidade de CP que pode ser armazenada no músculo é muito pequena, assegurando a continuidade do processo de contracção muscular apenas durante os primeiros momentos desde o início da atividade. As provas de curta duração e alta intensidade, como a corrida de 100 metros planos, os saltos e os lançamentos, no Atletismo, exigem um fornecimento imediato e rápido de energia. Essa energia é proporcionada quase exclusivamente pelos fosfatos de alta energia, ATP e CP, armazenados dentro dos músculos específicos, que por sua vez são ativados durante o exercício. A molécula de CP é semelhante à molécula de ATP pelo facto de uma grande quantidade de energia livre ser libertada quando é desfeita a ligação entre as moléculas de creatina e de fosfato.

Levando-se em conta que a CP produz mais energia livre durante a hidrólise do que o ATP, a hidrólise de CP aciona a fosforilação do ADP. Se existir energia suficiente, a creatina (C) e o fosfato (P) podem ser unidos para formar novamente CP. O mesmo acontece para o ATP.

Via Anaeróbia Láctica

A segunda via metabólica capaz de produzir rapidamente ATP, na ausência do oxigénio, é designada de via glicolítica. Neste processo, o glicogénio armazenado no músculo é desdobrado em glicose, que será então utilizada sob a forma de energia. A glicose provém da digestão dos hidratos de carbono e do glicogénio armazenado no fígado e representa cerca de 99% do total de açúcares presentes no sangue.

O glicogénio é sintetizado a partir da glicose, através de um processo designado de glicogénese. Seguidamente, é armazenado no fígado ou nos músculos até que seja novamente necessário. Sempre que necessário, este glicogénio pode funcionar como fonte de glicose para a obtenção de energia a partir de um processo designado por glicogenólise. A glicólise é um processo que envolve a desintegração rápida de uma molécula de glicose ou de glicogénio, ao longo de 10 etapas (fermentação) em duas moléculas de ácido pirúvico. Porque estas reações ocorrem na ausência do oxigénio, são denominadas de anaeróbias.

A este conjunto de reacções químicas dá-se o nome de glicólise. O ácido pirúvico resultante da glicólise, pode ter dois destinos, consoante a presença ou não de oxigénio. Na ausência de oxigénio, o NAD+ é continuamente libertado, à medida que os pares de hidrogénio excessivos se combinam com o piruvato, numa reação reversível catalizada pela enzima Desidrogenáse Láctica (LDH), formando-se assim o ácido lático.

A formação de ácido lático durante a glicólise anaeróbia, permite a libertação de energia anaeróbia adicional. De facto, após a formação de ácido láctico, este difunde-se rapidamente no sangue, permitindo que a glicólise prossiga por mais tempo do que seria possível se o ácido pirúvico e o hidrogénio (H+) não fossem removidos do meio da reação. Assim, na ausência de oxigénio, a glicólise pode fornecer ao organismo quantidades consideráveis de ATP. Quando a pessoa começa novamente a respirar oxigénio, os átomos de H+ ligados e que se acumulam são captados pelo NAD+ e acabam por ser oxidados resultando numa diminuição das suas concentrações. Em consequência, a reação química para a formação do ácido lático sofre reversão imediata e o ácido lático é transformado em ácido pirúvico. Este, por sua vez, é oxidado para fornecer mais energia às células.

De modo resumido, a glicólise envolve a quebra de 1 mólecula de glicose para a formação de 2 móleculas de NADH e 2 ATP. A glicólise é uma via anaeróbia utilizada para transferir energia de ligações de glicose para unir o fosfato (P) ao ADP. Esta reação ocorre no sarcoplasma da célula.

Para além das reservas de ATP e CP as células musculares contém igualmente reservas de glicogénio que têm por objetivo produzir energia para ressíntese das reservas de ATP e CP. Assim, quando o exercício é caracterizado por uma intensidade próximo do máximo (90 a 98%), e uma duração entre os 30 segundos e os 2 minutos este sistema energético é preferencialmente utilizado. O factor limitativo na utilização deste sistema energético é a acumulação do ácido lático.

Via Aeróbia

A via oxidativa é descrita como sendo um processo mais complexo, mais lento e de maior capacidade de formação de ATP das três vias energéticas, envolvendo o oxigénio nas suas reações metabólicas. Porque o oxigénio é usado, este é um processo aeróbio.

A respiração aeróbia é uma via catabólica realizada com consumo de oxigénio que permite a degradação total da molécula de glicose com um rendimento energético muito superior ao da fermentação. Os organismos onde este processo ocorre como via fundamental de produção de enregia designam-se por seres aeróbios.

Nos eucariontes, parte deste processo ocorre no interior das mitocôndrias.

A repiração aeróbia compreende quatro etapas:

- Glicólise – etapa comum à fermentação que ocorre no citoplasma da mitocôndria e proporcionou a formação de 2 moléculas de ATP e 2 moléculas de Ácido Pirúvico;

- Formação de acetilcoenzima A – nesta curta etapa, ocorrida no interior da mitocôndria, no citoplasma, o ácido pirúvico é convertido em acetilcoenzima A com libertação de CO2.

Conforme o esquema apresentado, ocorre:

1)Oxidação do Ácido Pirúvico

2)Descarboxilação

3)Redução do NAD

5)Formação de Acetilcoenzima A

Houve a formação de: 2 moléculas de NADH (1 por cada molécula de ácido pirúvico).

- Ciclo de Krebs – esta etapa ocorre na matriz da mitocôndria e consiste num conjunto de reações que ocorrem segundo uma sequência cíclica. Deste ciclo de reações resulta a libertação de CO2 e a produção de ATP.

Note-se que as etapas referidas correspondem a um processo contínuo de degradação da glicose. Ao longo destas etapas são também libertados H+ e eletrões que são captados por moléculas que os transportam para a etapa seguinte.

Houve a formação de: 6 moléculas de NADH, 2 moléculas de FADH2 e 2 moléculas de ATP.

- Cadeia transportadora de eletrões – esta etapa ocorre na menbrana interna da mitocôndria, onde se encontram transportadores proteicos com diferentes graus de afinidade para os eletrões provenientes das etapas anteriores. Ao longo da cadeia ocorre libertação gradual de energia, à medida que os eletrões passam de um transportador para outro. Esta energia libertada vai ser utilizada na síntese de moléculas de ATP, a partir de ADP + P, dissipando-se alguma sob a forma de calor. No final da cadeia transportadora, os eletrões são transferidos para um aceitador final – o oxigénio, formando-se uma molécula de água por cada dois protões (H+) captados.

Na respiração aeróbia, os produtos finais são: H2O e CO2, além da síntese de ATP

Balanço energético:

Então, 1 molécula de NADH equivale a 3 moléculas de ATP; e 1 molécula de FADH2 equivale a 2 moléculas de ATP.

Assim sendo, e somando os ATP, NADH e FADH2 de todas as etapas obtemos:

4 moléculas de ATP

10 moléculas de NADH

2 moléculas de FADH2

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=38 ATP teórico

No entanto, devido a dissipações de energia que ocorrem no decorrer deste processo, o balanço energético é de 36 moléculas de ATP.

Do ponto de vista energético, a respiração aeróbia é um processo de degradação da glicose mais rentável que a fermentação. A respiração aeróbia permite a obtenção de 36 moléculas de ATP, enquanto a fermentação apenas permite um saldo de 2 moléculas de ATP.