Metabolismo y Bioenergética: macronutrientes, ATP y oxidación de aminoácidos

Metabolismo y Bioenergética

HELIOS TEMA 2: METABOLISMO Y BIOENERGENÉTICA Proteínas (aminoácido), carbohidratos (glucosa) y grasas (ácidos grasos): Macronutrientes de donde se obtiene energía. La energía se utiliza para todo. Los macros no sirven, hay que convertirlos en ATP a través del metabolismo. ATP > Romper > ADP + Pi + E -> AMP + Pi + E. Romper un ATP genera 7,3 kcal/mol. Romper un ADP genera 7,2 kcal/mol. Para convertir un ADP en ATP se necesita energía (7,3 kcal/mol), ya que es un proceso endergónico.

Enlace de alta energía: Relacionado con la unión del ATP con los fosfágenos.0. Bioenergética 1º ley de la termodinámica: La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma. El ser humano almacena mejor la energía en forma de grasas.

OBTENER (alimentos) > CONVERTIR (reacciones) > UTILIZAR (trabajo) o ALMACENAR (grasas) Y ELMINAR (calor, excrementos) > ENERGÍA

Procesos de Pérdida de Energía

• Trabajo mecánico
• Reacciones de síntesis
• Transporte de membrana
• Producción de calor
• Generación y conducción de señales
• Desintoxicación y degradación

Cualquier proceso que forma algo es ANABÓLICO, y requiere energía. Cualquier proceso que rompe algo es CATABÓLICO, y libera energía.

En el ejercicio, el músculo crea energía térmica y mecánica usando sustratos (sobre todo grasas y HCO) de las reservas que el organismo tiene gracias a la ingesta de nutrientes.

Bioenergética del ejercicio: Estudia los procesos metabólicos que transforman a los sustratos energéticos en energía. La energía se transforma constantemente, y es usada por las células para distintos trabajos: Mecánico, químico, transporte, etc.

Tipos de Reacciones

Oxidación: Perdida de electrones (liberación de energía) Reducción: Ganancia de electrones (absorción de energía) Oxidar un compuesto implica reducir otro.

Metabolismo de los Fosfágenos

ATP y Fosfocreatina = Molécula + P. AMP/ADP > Energía > ATP La energía usada para volver a crear ese ATP viene de Fosfocreatina, HCO, grasas y proteínas. El primero que se utiliza es la vía de la fosfocreatina (vía anaeróbico-aláctica), que ocurre en el citosol (sin presencia de O2).

Reacción hidrolítica: Rompe moléculas usando agua. También se llama hidrólisis. La reacción que convierte energía química en mecánica está catalizada por la Adenosina-trifosfatasa (ATPasa), que se acopla a la hidrólisis del ATP Hidrólisis del ATP mediante ATPasa. Proceso anaeróbico y exergónico. Acaba produciendo Adenosina + 3 Pi.

En la célula muscular, la E liberada por este proceso provoca cambios en la ultraestructura (interacción actina- miosina), manifestados por el acortamiento del sarcómero o el aumento de tensión. Cuando se despolariza una motoneurona, esta se transmite a la célula muscular, provocando la contracción muscular.

El ADP obtenido volverá a incorporar un Pi para convertirse en ATP con una reacción endergónica que usa E desde distintos sustratos energéticos.

• Vía anaeróbico-aláctica (Fosfocreatina > Creatina)
• Vía anaeróbico-láctica (Glucosa > Lactato)
• Vía aeróbica (Glucosa + AG -> H2O + CO2)

Músculo esquelético: Mal almacenador de ATP. Solo almacena 5 x10- mol/ AP. Con ax.20 mú se almacenan 10-1 moles de ATP, que aporta 1 kcal de energía (0,5 seg. de ejercicio máx.), y por eso se necesita la resíntesis de ATP.

Siempre hay presencia de oxígeno en el ejercicio.

• Si es anaeróbico, el metabolismo predominante es ausente de O2, y gasta más ATP.
• Si es aeróbico, el metabolismo predominante es el ciclo de Krebs, que es oxidativo y gasta menos ATP.La tasa de regeneración de ATP desde las distintas fuentes es diferente, además de la cantidad disponible desde cada una. La selección de estas vías depende de la tasa de uso de ATP. Todos los metabolismos a la vez, al hablar de tasa, se habla de cuál es el predominante.

Necesidad de energía por unidad de tiempo = Intensidad del ejercicio. 1L O2 > 5 kcal aprox.

Clasificación de Sistemas Energéticos

• Metabolismo de fosfágenos (anaeróbico aláctico)
• Metabolismo de HCO (glucolisis citosólica y oxidación)
• Metabolismo de grasas: B-Oxidación, Ciclo de Krebs y Fosforilación Oxidativa. .
• Metabolismo de proteínas (oxidación)

Sistema de fosfágenos: Primero en actuar durante el ejercicio, pero se gasta rápido. Fosfocreatina: Manera más rápida de regenerar ATP. Se necesitan 2,5 fosfocreatinas aprox. Para regenerar 1 ATP. Es una vía anaeróbico-aláctica. La reposición de ATP durante el ejercicio es mucho mayor que en reposo.

Metabolismo de los Fosfágenos: Fosfocreatina (PCr)

Fuente de síntesis de ATP. Inmediata y anaeróbica. Reacción reversible, durante la recuperación cambia el sentido para regenerar PCr. CK se activa al aumentar [ADP] y se inhibe al aumentar [ATP]. La E liberada por hidrolisis de PCr es menor que la E liberada por hidrolisis de ATP. PCr disminuye rápidamente ante una demanda alta de ATP. Hay entre 3 y 5 veces más PCr que ATP. La PCr se agotaría en 2 segundos de esfuerzo máximo si no hubiese reposición simultánea. Las fibras tipo II gasta 15-20% más que las fibras tipo I. El músculo almacena más PCr (15 x 10-6mol/g) que ATP (5 x 10-6 mol/g). El acoplamiento de los sistemas de ATP y PCr hace que disminuya la [PCr] en el ejercicio, y solo cuando se está cerca del agotamiento se reduce la [ATP]. La resíntesis de PCr tras el ejercicio es muy rápida:

• 50% de los niveles iniciales a los 30 segundos.
• 90 % a los 120 segundos.

Hay una capacidad de resíntesis similar entre ejercicios de alta o baja intensidad.

Paradoja: La reacción de síntesis de PCr (Pi + Creatina, endergónica) utiliza E procedente de la hidrolisis de ATP generada por rutas aérobicas. Esto eleva el metabolismo (consumo de O2) después del ejercicio (durante resíntesis de PCr): "Exceso de consumo de oxígeno postejercicio" o EPOC/ After Burn. El EPOC no solo ocurre en la reposición de PCr sino también por factores como hipertermia, hormonas, aclaramiento lactato ...

Base de la pérdida de peso: Gasto calórico > Ingesta calórica

Metabolismo de los Hidratos de Carbono

Utiliza dos procesos secuenciales: Glucolisis citosólica > Glucolisis mitocondrial. Sin la primera, no ocurriría la segunda. Glúcidos = Hidratos de carbono = Carbohidratos = Sacáridos # Azúcares.

Clasificación de Carbohidratos

• Simples
• Complejos
  • Digeribles
  • No digeribles

Solubles Insolubles Glucosa: C6H 1206 Azúcares simples: Monosacáridos y Disacáridos. Hidratos de carbono complejos: Polisacáridos y No Absorbibles.

Monosacáridos

• Glucosa
• Fructosa
• Galactosa

Disacáridos

• Sacarosa: Fructosa + Glucosa
• Lactosa: Galactosa + Glucosa
• Maltosa: Glucosa + Glucosa

Polisacáridos

• Almidón
• Glucógeno

No Absorbibles

• Celulosa

Índice glucémico: Cantidad de glucosa en un alimento. El índice glucémico del organismo aumenta al ingerir un alimento. Cuanto más complejo sea el hidrato, menor amplitud, pero mayor duración. Si se necesita glucosa con urgencia, se ingerirá un hidrato poco complejo, si se quiere mantener la energía, un hidrato más complejo. El índice glucémico de un alimento varía según la cocción, la madurez del alimento, etc.

HCO (glucosa): Único sustrato que las células pueden usar con o sin oxígeno. Según la necesidad energética se activará la tasa de glucolisis y la capacidad oxidativa mitocondrial:

• Glucosa en piruvato/lactato (glucolisis citosólica/anaeróbica)
• Piruvato -> Acetil-CoA (Ciclo de Krebs + Fosforilación oxidativa/aeróbico)

Para que una glucosa aporte energía, hay que fosforilarla. Una vez fosforilada, se obtienen 2 piruvatos. Ácido pirúvico = Piruvato. Los HCO de la dieta se absorben como monosacáridos en células intestinales (amilasas y disacaridasas), y estos monosacáridos se convierten en glucosa (algunos en fructosa y galactosa). La glucosa va a la sangre para que las células la usen. La glucosa entra a las células unida a insulina, menos en 2 casos:

• Célula muscular viva (el trasportador es el GLUT-4)
• Neuronas

Al liberar insulina, se reduce la hiperglucemia introduciendo glucosa sobre todo en hepatocitos y células musculares en reposo. Al atravesar la membrana, la glucosa se fosforila a G6P, teniendo carga energética. Esto gasta 1 ATP. Si la célula no necesita glucosa, se isomeriza a GIP, almacenándose como glucógeno por la glucógeno-sintetasa.

Glucosa > G6P > Glucosa-1-Fosfato (GIP) > Glucógeno-sintetasa > Glucógeno Maneras de obtener glucosa: HCO (comida), glucógeno, lactato, digerir aminoácidos, glucogenogénesis ... Glucosa -> G6P -> Glucolisis o Almacenaje.

Glucogenosintetasa: Une glucosas GIP para formar glucógeno. Es importante en el ejercicio. Pico de activación máx. a los 30-120 mins después de terminar el ejercicio.

Glucógeno Hepático

Glucógeno hepático (100g aprox.):

• Mantiene glucemia estable.
• Si la glucosa absorbida excede la capacidad de almacenaje de glucógeno hepático, el hígado lo metaboliza a AG, enviados al tejido adiposo, donde se almacenan como triglicéridos.

Glucógeno muscular (350-400g aprox.):

• Suministra glucosa a las células musculares

Glucogenólisis

El aumento de demanda energética mueve el glucógeno para desprender glucosas -> Glucogénesis. Está regulado por fosforilasas, activadas por adrenalina, aumento de [AMP] o reducción de [ATP].

Glucogenólisis hepática: Mantenimiento de glucemia. Parte será captada por músculo activo. Glucogenólisis muscular: G6P del glucógeno entra en glucolisis. Activado por adrenalina, AMP y calcio.

Estímulos que Activan la Fosforilasa

• Aumento de [AMP]
• Catecolaminas
• Aumento de Ca2+

El entrenamiento de resistencia reduce la oxidación de HCO, reduciendo la glucogenólisis, favoreciendo el uso de AG. La tasa de glucogenólisis depende de la cantidad inicial de glucógeno almacenado > + glucógeno, + glucogenólisis. Ejercicio con bajos depósitos de glucógeno > Biogénesis mitocondrial

Factores que Activan la Glucogenólisis

• Adrenalina
• Contracción muscular .
• ADP

Factores que Inhiben la Glucogenólisis

• Hiperglucemia
• ATP

Glucolisis Citosólica

Conversión de glucosa en piruvato (catabolismo). Vía de Embden-Meyerhof. La glucosa usada en la célula muscular tiene 2 fuentes:

• Glucógeno almacenado (fosforilado) .
• Glucosa de la sangre (primero se activa en G6P)

La glucosa (hexosa) se divide en dos triosas que se convertirán en Ac. Pirúvico. 1 glucosa = 2 Ac. Pirúvicos. Primero, hay fosforilación directa de 2 ATP a ADP, y después se forman 4 ATP, dando un balance positivo de 2 ATP. Se forman 2 NADH (reducidos desde NAD):

• Si la mitocondria acepta los 2 e- con el H+ transportado por NADH, se usará la cadena respiratorio- mitocondrial para formar ATP. Entonces, el piruvato entra a la mitocondria para seguir su catabolismo (glucolisis mitocondrial).
• Si la mitocondria no acepta los reductores, el NADH se oxida a NAD por LDH y el piruvato se reduce, formando lactato (glucolisis citosólica).

Resumen de Glucolisis Citosólica

• Glucosa se transforma en 2 piruvato/lactato.
• Ocurre en el citoplasma
• Aporta 2 ATP.
• No requiere oxígeno
• Conservación de intensidad > Mayor PFK/fosforilasa sobre PDH

A medida que aumenta la intensidad del ejercicio, la tasa glucolítica aumenta por la activación de enzimas reguladoras de la glucolisis:

• Fosfofructokinasa (PFK)
• Fosforilasa

La producción de lactato depende del balance entre fosforilasa y PFK frente a piruvato-deshidrogenasa (PDH), que introduce el piruvato a la mitocondria. A más intensidad, más PFK/fosforilasa sobre PDH