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CONFERENCIA 3

LAS BIOENERGÉTICA EN LA ACTIVIDAD FÍSICA

SUMARIO

1

El ATP como compuesto energético intermediario.

Vía anaerobia alactácida.

2

3

Consideraciones generales sobre las

transformaciones energéticas en el organismo.

4 Vía anaerobia lactácida.

Vía aerobia de obtención de energía.5

OBJETIVO

Identificar las diferentes vías

energéticas que suministran la energía

necesaria para la actividad física

deportiva.

TRANSFORMACIÓN ENERGÉTICA EN EL ORGANISMO

LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA plantea que la energíano puede crearse ni destruirse. Por tanto los organismos vivos nopueden consumir o crear energía, solamente transformar unaforma de energía en otra, por ejemplo la energía que se utiliza enun salto, se transforma en calor.

ENERGÍA LIBRE: La forma útil en que las células toman la energía ypuede definirse simplemente como el tipo de energía capaz derealizar trabajo a temperatura y presión constantes.

FLUJO DE ENERGÍA EN LA NATURALEZA

Los organismos fotosintéticosutilizan la energía radiante de laluz solar, mientras que losorganismos heterótrofos utilizanla energía inherente a laestructura de las moléculasorgánicas nutrientes obtenidasdel entorno.

ORGANISMOS FOTOSINTÉTICOS

Son aquellos organismos capaces deatrapar la luz solar formando biomasao energía. Los organismosfotosintéticos asimilan compuestosinorgánicos de carbono, nitrógeno yazufre, generando a partir de ellos lamayor parte de la materia orgánicaque sirve de sustento al resto de losseres vivos.

ORGANISMOS HETERÓTROFOS

Los organismos heterótrofos (delgriego hetero, otro, desigual,diferente; y trofo, que sealimenta) —en contraste conlos organismos autótrofos— sonaquellos que transforman lamateria orgánica (procedente deotros seres vivos) en nutrientes yenergía que utilizan para vivir.

BIOSÍNTESIS

La biosíntesis o anabolismo;proceso del metabolismo quetiene como resultadola síntesis de componentescelulares a partir de losprecursores de baja masamolecular. La biosíntesis proteicao biosíntesis de proteínas;proceso anabólico mediante elcual se forman las proteínas.

EL ADENOSINTRIFOSFATO(ATP) COMO COMPUESTO ENERGÉTICO INTERMEDIARIO

ADENOSINTRIFOSFATO(ATP) Definición

• El ATP es la molécula que interviene entodas las transacciones de energía quese llevan a cabo en las células; por ellose le califica como "moneda universalde energía".

• El ATP está formado por adenina,ribosa y tres grupos fosfatos, contieneenlaces de alta energía entre losgrupos fosfato; al romperse dichosenlaces se libera la energíaalmacenada.

ADENOSINTRIFOSFATO(ATP) Estructura

REACCIONES QUÍMICAS

1. Transferencia de los grupos fosfatos de alta energía de un donante al ATP.

• CrP + ADP Cr + ATP

(CPK)

2. Transferencia de los grupos fosfatos desde el ATP a un aceptor.

• C6H12O6 + ATP Glucosa-6P + ADP

FUNCIONES DEL ATP

1. Este nucleótido se utiliza en variadas funciones del organismo,por ejemplo para realizar trabajo químico durante la biosíntesisde compuestos.

2. Participa en la realización de trabajo osmótico o transporteactivo de las sustancias y durante los trabajos mecánicos en losque podemos mencionar las contracciones musculares.

3. La cantidad de ATP almacenada en el músculo sólo posibilitaactividad durante fracciones de segundo (la relación de ATP es de5 micromoles por gramo de músculo) por tanto su resíntesis,constituye la piedra angular de la energética.

VÍA ANAEROBIA ALACTÁCIDA

VÍA ANAEROBIA ALACTÁCIDA(Definición)

• Es el sistema de aporte energético másinmediato cuando se inicia una actividadfísica. Se obtiene energía sin necesidadde oxígeno, y sin producir sustanciasresiduales. Permite la máxima intensidad(95-100%), pero su potencia máximaoscila entre los 8-10 segundos, ya que losdepósitos de fosfocreatina son limitados.

• Se le conoce como vía de los Fosfágenos o Fosfogénica.

ESTRUCTURA Y ECUACIÓN QUÍMICADE LA VÍA DE LOS FOSFÁGENOS

CrP + ADP Cr + ATP (CPK)

• CrP. Creatin fosfato: es una molécula de creatina fosfolizada la cual es muyimportante, que almacena la energía en el músculo esquelético. Es usado paragenerar, de forma anaeróbica, ATP del ADP, formando creatina para los 15segundos siguientes de un esfuerzo intenso.

• ADP: El Adenosín difosfato (ADP) es un nucleótido difosfato, es decir, uncompuesto químico formado por un nucleósido y dos radicales fosfato unidosentre sí. En este caso el nucleósido lo componen una base púrica, la adenina, y unazúcar del tipo pentosa que es la ribosa. Se puede considerar como la partesin fosforilar del ATP.

• CPK: Creatin-fosfoquinasa, enzima catalizadora de la reacción química, poseegran afinidad química por el Cr-P y el ADP, o sea, que mientras estas sustancias seencuentren en determinadas concentraciones ella manifestará su mayor actividadquímica, lo cual intensifica la velocidad de esta reacción.

ENZIMA Creatín-Fosfoquinasa (CPK)

• La enzima (CPK) es muy sensible a las variacionesde pH en el medio.

• Su actividad máxima se manifiesta en un mediodébilmente alcalino y se inhibe bruscamente si elpH intracelular disminuye mucho. Los iones Ca2+

que se liberan durante la contracción muscular,también incrementan la actividad de esta enzima.

• Esta enzima (CPK) se activa a partir del propioproducto de la reacción, la creatina libre que seforma, esto previene una brusca caída de lareacción en el proceso, que debe ocurrir al iragotándose las cantidades de Cr-P en losmúsculos.

La CreatinaEl aporte energético durante la

contracción muscular

• La Creatina es un compuesto que se encuentra ennuestro cuerpo (95 % del total de Creatina seencuentra en los músculos y el resto en el corazóny cerebro), y es formada a partir de tresaminoácidos precursores: Glicina, Arginina yMetionina.

• La concentración normal de Creatina en el plasmaes de 50-100 Mmol/L y el valor de la misma en unhombre promedio de 70 kg está estimado en 2grs. diarios, esta puede ser suplida con una dietabalanceada y rica en carnes.

¿Crea un aumento de la masa muscular el consumo de

CREATINA?

1. Intervención de la CPK después de iniciada la actividad muscular, para suaceleración en la máxima obtención de energía.

2. Cuando la vía llega a su máxima expresión de obtención de ATP (a los 8-10 seg),con un agotamiento del CPr; se produce un aumento de la concentración deADP, y un descenso de la cantidad de ATP, se producirá, en la reacción de la CPK,un desplazamiento compensador hacia la izquierda, con lo que se obtendráfosforilación neta de ADP hasta ATP.

3. Debido a estas particularidades esta es la primera vía que se activa pararesintetizar ATP en los músculos para así mantener el suministro energéticonecesario y suficiente, para la actividad deportiva en cuestión. Esta reacción semanifiesta como un tampón energético, que asegura cantidades de ATP enmúsculos en caso de cambios bruscos en la velocidad de su utilización.

4. El contenido de Cr-P en músculo supera una tres veces el contenido de ATP. Estareacción química da un aporte energético para la realización de eventosdeportivos de potencia máxima aproximadamente hasta los 10 segundos.

FUNCIONAMIENTODE LA VÍA DE LOS FOSFÁGENOS

5. La reacción de la CPK es reversible, cuando realizamos unejercicio físico predomina el sentido directo de la reacción parala formación del ATP necesario, pero cuando cesa el trabajo seintensifica el sentido inverso de la reacción, para eliminarentonces los excesos de ATP y recuperar los niveles de Cr-P aexpensas de la energía de las transformaciones oxidativas, porlo que aunque no se logre el estado de reposo, la recuperacióndel Cr-P es posible parcialmente durante la realización deejercicios duraderos en condiciones aerobias.

FUNCIONAMIENTODE LA VÍA DE LOS FOSFÁGENOS

VELOCIDAD DE LA VÍAANAERÓBICA ALACTÁCIDA

CONCEPTOS CLAVES

• Potencia : máxima cantidad de energía (ATP)disponible por unidad de tiempo.

• Capacidad : cantidad máxima de ATP quepotencialmente puede generar el sistemaenergía a partir de los substratos.

RELACIÓN ENTRELA POTENCIA Y LA CAPACIDAD DE

LAS VÍAS ENERGÉTICAS

POTENCIA ALACTICA 0 –10´´ Punto máximo de la degradación del Pcr

CAPACIDAD ALÁCTICA 0-20´´Duración máxima en que la potencia aláctica

se mantiene a nivel muy alto.

POTENCIA GLUCOLOÍTICA 0-45´´ Máximo ritmo de producción de lactato.

CAPACIDAD GLUCOLOÍTICA 60´´- 90´´Duración máxima en que la glucólisis opera

como fuente de principal de suministros de

energía.

POTENCIA AEROBICA 120´´- 180´´ Duración mínima para lograr VO2 máx.

CAPACIDAD ANAEROBICA 120´´- 360´´Mantenimiento del VO2 max. En un cierto

numero de repeticiones.

EFICIENCIA AEORIBICA 600´´- 1800´´Steady state. Mantenimiento de la velocidad

correspondiente al umbral anaeróbico.

TIEMPO DE RESTAURACIÓNDEL CPr

Tiempo % de Restitución de CPr

30 segundos 30-50 %

60 segundos 50-75%

90 segundos 75-87%

120 segundos 87-93%

150 segundos 93-97%

180 segundos 98%

DEPORTES QUE DEPENDEN DEL SUMINISTRO DE

ENERGÍA DE LA VÍA ANAERÓBICA ALACTÁCIDA

Todos los deportes donde los esfuerzos oscilen entre 0 hasta 15 segundos con potencias de

ejecución máxima entre 8-10 segundos.

VÍA ANAEROBIA LACTÁCIDA

OBTENCIÓN A TRAVÉS DE LA GLUCOSA

OBTENCIÓN A TRAVÉS DEL GLUCÓGENO

VÍA ANAEROBIA LACTÁCIDA(Definición)

Es el sistema de aporte energético tambiéndenominado Glucólisis anaeróbica, queconsiste en la que la metabolización de laglucosa sin presencia de oxígeno, que va aaportar energía direccionada a la resíntesisde ATP. A este sistema lodenominamos ANAEROBICO LACTICO;Anaeróbico porque tampoco utiliza Oxígeno, yLáctico porque en su funcionamiento seproduce ácido láctico; como sustratoenergético se utiliza la Glucosa.

CARACTERÍSTICAS GENERALESDE LA GLUCÓLISIS

La glucólisis tiene lugar en elcitoplasma celular. Consiste enuna serie de diez reacciones,cada una catalizada por unaenzima determinada, quepermite transformar unamolécula de glucosa en dosmoléculas de un compuesto detres carbonos, el ácido pirúvico.

CARACTERÍSTICAS GENERALESDE LA VIA GLUCOLÍTICA

Mientras mayor sea la acumulación de ácidoláctico mayor será el desarrollo de la fatigamuscular en los músculos. Este proceso esimportante para aquellos eventos de intensidadsubmáxima en condiciones de un abastecimientono adecuado de oxígeno a los músculos, nosaporta energía desde los 30 segundosaproximadamente hasta los 2.5 minutos,alcanzando su máximo de velocidad entre los 20 y40 segundos, para realizar eventos deportivostales como natación 100 y 200 metros, 400 y 800metros planos, tiempos de un juego debaloncesto, acciones del béisbol, fútbol, entreotros.

GLUCÓLISIS. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO QUÍMICO

1. En la primera parte se necesita energía, que essuministrada por dos moléculas de ATP que serviránpara fosforilar la glucosa y la fructosa.

2. En la segunda fase, que afecta a las dos moléculasde PGAL, se forman cuatro moléculas de ATP y dosmoléculas de NADH. Se produce una ganancia netade dos moléculas de ATP.

3. Al final del proceso la molécula de glucosa quedatransformada en dos moléculas de ácido pirúvico,es en estas moléculas donde se encuentra en estosmomentos la mayor parte de la energía contenidaen la glucosa.

4. De este proceso se obtiene como producto finalácido láctico, debido a que las concentracionesmusculares de oxígeno no son suficientes comopara que ocurra unas oxidación aerobia en estosinstantes.

ÁCIDO LÁCTICO

• El Ácido Láctico (C3 H6 O3) es una molécula monocarboxílica orgánica que se produce en el curso del metabolismo anaeróbico láctico.

• Se encuentra prácticamente en su totalidad en forma disociada (Lactato).

• El lactato sanguíneo depende del nivel de lactato en músculo, y a su vez los niveles musculares dependen de la glucólisis.

¿ÁCIDO LÁCTICO VS FATIGA MUSCULAR?

El aumento de las concentraciones deácido láctico en el sarcoplasma varía lapresión osmótica, por lo que llega aguaal interior de las fibras muscularesprocedente del medio intercelular,provocando su hinchamiento y rigidez.Grandes cambios de la presión osmóticaen los músculos originan sensaciones dedolor.

Mientras mayor sea la acumulación deácido láctico mayor será el desarrollo dela fatiga muscular en los músculos.

EL CLICLO DE CORI(glucólisis y gluconeogénesis)

RELACIÓN ENTRE LOS SISTEMASENERGÉTICOS

APORTE ENERGÉTICO FINALDE LA VIA GLUCOLÍTICA

• Una molécula de glucosa degradada en ausencia de O2 aporta2 ATP.

• Una molécula de glucosa degradada completamente enpresencia de suficiente O2 intracelular se generan hasta 39moles de ATP.

POTENCIA GLUCOLOÍTICA 0-45´´ Máximo ritmo de producción de lactato.

CAPACIDAD GLUCOLOÍTICA 60´´- 90´´Duración máxima en que la glucólisis opera

como fuente de principal de suministros de

energía.

VÍA AEROBIA DE OBTENCIÓN DE ENERGÍA

Ciclo de Krebs Vía de utilización

de lípidos Vía de utilización

de Proteínas Steady State

CICLO DE KREBS

En el año 1931 H. A. Krebs descubremediante experimentos bioquímicos unproceso metabólico importantísimo para laobtención de energía a nivel celular, procesometabólico al cual le llamó Ciclo del ÁcidoCítrico, pues este compuesto se encontrabapresente en estos experimentos. Más tardese le llamó Ciclo de los Ácidos Tricarboxílicos(CAT) precisamente tomando comoreferencia al ácido cítrico, por presentar ensu estructura química tres gruposcarboxílicos (COOH).Hans Adolf Krebs

1990-1981

CICLO DE KREBS

CICLO DE KREBSBALANCE ENERGÉTICO

BALANCE ENERGÉTICOTOTAL DE UNA MOLÉCULA

DE GLUCOSA

¿Dónde ocurre el ciclo de Krebs?

Las Mitocondrias poseen doble compartimentación membranosa, es decir, presentan dos membranas una externa que delimita al orgánulo del resto del citoplasma (MME) y una interna (MMI) que garantiza una mayor selectividad de los compuestos que se transportan a través de ella delimitando el medio acuoso del interior mitocondrial (Matriz mitocondrial). Es precisamente en este medio donde ocurre el Ciclo de Krebs

UTILIZACIÓN DE LÍPIDOS

Los ácidos grasos permiten una concentración de energía porgramo muy superior a la de la glucosa.

Los lípidos se almacenan, principalmente, en tejido adiposo, loque no significa que no existan en músculo o en hígado, dondeocupan un 99% del peso seco de la célula en una gran vacuola quedesplaza a un pequeño huso polar el citoplasma, núcleo yorganelas.

La utilización por parte del músculo de ácidos grasos como fuentealternativa de energía, inhibe la entrada de glucosa en la célula,con lo que se ahorra glucosa y este empleo inhibe la glucólisis.

DEPÓSITOS DE ENERGÍAHombre 80 Kg

Tabla 2. Los depósitos de energía de un hombre de 80 kg

β-oxidación del Ácido PalmíticoBALANCE ENERGÉTICO

1. Ácido Palmítico =8 moléculas de Acetil CoA,

2. Acetil CoA = (En un Ciclo de Krebs )12 ATP,

3. Por lo tanto multiplicamos las ocho moléculas de Acetil CoA por la producción del Ciclo de Krebs (8x12 = 96 ATP)

4. Las coenzimas reducidas pasan directamente a la CTE (Cadena de Transporte Electrónico) acopladas a la PO (Fosforilación oxidativa), por esta razón se generan un total de 35 ATP.

5. Se le restan los 2 moles de ATP invertidos en la activación del ácido graso.

6. Balance energético total= 129 ATP

METABOLISMO DE LAS GRASAS

1. Movilización de ácidos grasos desde el tejido adiposo.2. El transporte de ácidos grasos hacia el músculo.3. El consumo de ácidos grasos por parte de la célula

muscular.a- El consumo de ácidos grasos plasmáticos.b- El consumo de ácidos grasos desde la unión lipoproteína- TG

circulante en plasma.

4. Movilización de ácidos grasos de los “pools” de TGIM.5. El transporte de ácidos grasos dentro de la mitocondria.6. La oxidación de ácidos grasos en la mitocondria.

¿Cuándo comienza la

degradación de los lípidos

cuando se realiza ejercicio físico?

A los 30 min comienza el cross-over,

disminución de la utilización de

carbohidratos y aumento de la

utilización de grasas

TIEMPO DE UTILIZACIÓNGRASA vs CARBOHIDRATOS

CROSS-OVER

STEADY STATE

El estado estable (steady state) también se le denomina como estado de equilibrio.El consumo de oxígeno aumenta progresivamente en la medida que aumenta lapotencia del trabajo de estructura cíclica que se está realizando. Hasta cierto nivel,la relación entre el consumo de oxígeno, la frecuencia cardíaca y la potencia deltrabajo presenta un carácter lineal. En el caso de seguir aumentando la potencia detrabajo, la relación lineal entre los factores señalados se rompe, lo que significa queel consumo de oxígeno sigue creciendo, pero ya el mecanismo aeróbico en laproducción de energía no tendrá exclusividad.

STEADY STATE

ESTUDIO INDEPENDIENTE #1

PROFUNDIZAR EN EL ESTUDIO DE LA UTILIZACIÓN

DE LAS PROTEINAS COMO FUENTE DE ENERGÍA

DURANTE EL EJERCICIO FÍSICO

DETALLAR:• Proteólisis intracelular • Ciclo de la Urea• Aporte energético

ESTUDIO INDEPENDIENTE #2

Seleccionar un evento

deportivo y caracterizarlo,

según la vía energética

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ESCUELA INTERNACIONAL DE EDUCACIÓN FÍSICA Y DEPORTE. CUBA