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1 Bioenergética Parte 2 2 BIOENERGIA A energia é um conceito muito importante para todos os seres vivos. É graças a ENERGIA proveniente dos alimentos, por exemplo, que executamos todas as atividades do cotidiano. Como vimos na aula anterior a energia se apresenta sob diversas formas (energia mecânica, térmica, química, luminosa, elétrica, magnética e etc). E é bastante comum a conversão de uma dessas formas em outra. Isso significa que a diminuição em uma certa quantidade de uma forma de energia pode dar origem a outras formas de energia, porém sempre na mesma quantidade. Quando essas conversões ocorrem dentro de um sistema isolado, como veremos logo mais, a energia total do sistema se conserva. Este é o PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DA ENERGIA1. Desde que este conceito foi formulado, na metade do século passado, não se observou nenhum processo no qual esse princípio tenha sido violado. A transformação de um tipo de energia em outro e a eficiência da conversão de energia em trabalho e vice-versa são questões de fundamental importânica por ocorrerem em qualquer processo físico, químico e biológico. Na Física e na Química, as transformações de energia envolvendo sistemas de muitas partículas são estudadas na Termodinâmica2. Essa divisão é puramente formal e didática, pois apesar das transformações de energia na matéria viva serem mais complexas, os princípios envolvidos são os mesmos que os da matéria inanimada2. O termo BIOENERGÉTICA é usado para designar a área que estuda essas transformações em organismos vivos. 3 Podemos iniciar nossa aula com a seguinte pergunta: Primeiramente, cabe ressaltar que a energia é necessária para os organismos vivos executarem diversas funções biológicas, tais como: movimentar, transportar e síntese. Baseada nesta importância podemos pensar em três questões importantes relacionadas à energia: Qual é a fonte da energia? Como obter a energia? Como utilizar a energia? Como a energia move a vida? 4 ✓ FONTE DE ENERGIA No organismo humano a fonte de energia provém dos NUTRIENTES encontrados em nossa alimentação. ✓ COMO OBTER ENERGIA A energia nos seres humanos é proveniente dos carboidratos, proteínas e lipídeos. ✓ COMO UTILIZAR A ENERGIA Podemos utilizar esta energia para realizarmos todas as atividades de nosso dia- a-dia! 1. ENERGIA QUÍMICA E BIOLÓGICA Quando começamos a estudar forças vimos que toda molécula possui uma energia potencial, de origem eletromagnética, cujo valor depende da interação entre seus átomos. As forças que originam essa energia são de natureza elétrica. Quando juntamos várias moléculas, é possível originar Para que possamos compreender como se dá todo o processo de atuação da enegia precisamos estudar um tipo de energia conhecida como “energia química”. 5 uma reação química devido à absorção ou emissão de alguma outra forma de energia. Logo, todas as formas de energia química têm basicamente uma natureza elétrica1. Na queima da gasolina, ou na explosão da dinamite (Fig. 1), por exemplo, parte da energia potencial armazenada (energia química) nessas substâncias é convertida em calor e em energia de movimento. Quando se queima gás metano (𝐶𝐻4), ocorre a reação de oxidação representada por2: 𝐶𝐻4 + 2𝑂2 → 𝐶𝑂2 + 2𝐻2𝑂 Figura 1. Representação de uma explosão de dinamite A combustão de metano2 produz uma energia de aproximadamente 55 000 𝐽/𝑔, pois a quantidade de eneriga potencial armazenada nas moléculas 𝐶𝐻4 e 2𝑂2, antes da reação, é maior que nas moléculas de 𝐶𝑂2 e 2𝐻2𝑂. Como a manutenção de qualquer forma de vida envolve transformações moleculares, a necessária transferência de energia para um ser vivo é realizada através de algumas reações químicas1. As plantas armazenam energia liberada em reações químicas produzidas pela absorção de energia. Essa energia pode posteriormente ser transferida aos animais na forma de alimento. Uma grande parte desses processos de transferência de energia é realizada através de algumas reações químicas básicas. Uma dessas é a que envolve as moléculas de difosfato de adenosina (ADP) e de trifosfato de adenosina (ATP) (Fig. 2)2. 6 Figura 2. Molécula de ATP em sua forma ionizada3 Estas moléculas envolvem uma grande quantidade de energia potencial armazenada2 (em especial a ATP, já que a ADP é menos rica em energia)1. Quando uma molécula de ATP perde um grupo de fosfato transformando-se numa molécula de ADP uma grande quantidade de energia é fornecida ao organismo2. Vamos a um exemplo. Como comentamos anteriormente, a energia adquirida através dos alimentos, precisa ser transformada em um composto chamado trifosfato de adenosina (ATP) antes que possa ser aproveitada pelo organismo para a ação muscular. Esta molécula contém uma grande quantidade de energia potencial armazenada nela fazendo com que ela funcione como o maior portador de energia química das células de todos os organismos vivos. E o qual a quantidade de ATP que os alimentos liberam no organismo? Esta resposta depende do tipo de alimento ingerido! 1. Carboidratos Sua função primária é fornecer energia para o trabalho celular. Os carboidratos (Fig. 3) são os únicos nutrientes cuja energia armazenada pode ser usada para gerar ATP anaerobicamente, ou melhor, são utilizados nos exercícios vigorosos que requerem a liberação de energia rápida4. 1 MOL DE CARBOIDRATO → 38 ATP ADP ATP 7 Figura 3. Exemplos de carboidratos 2. Proteínas As proteínas (Fig. 4) podem desempenhar um papel importante como substrato energético durante os exercícios constantes e treinamento pesado. No entanto elas não são capazes de fornecer mais do que 10 % a 15 % da energia fornecida na atividade. Elas são transformadas em aminoácidos de modo que possam penetrar nas vias para liberação da energia4. 1 MOL DE PROTEÍNA → 15 ATP Figura 4. Exemplos de proteínas 3. Lipídios Os lipídios são também chamados de “gordura” (Fig. 5). A gordura armazenada representa a fonte mais abundante de energia potencial. Essa fonte, comparada com as demais é quase ilimitada. Existe alguma gordura armazenada em todas as células, porém seu maior fornecedor são os 8 adipócitos, os quais são células gordurosas especializadas na síntese e armazenamento de triglicerídeos (90 % das células). Os ácidos graxos (um tipo de lipídio) se difundem para dentro da circulação e são entregues aos tecidos onde são removidos do tecido adiposo, sendo transferido para os músculos onde a gordura é desintegrada e transformada em energia, dentro das mitocôndrias para poderem ser utilizadas como combustível4. Figura 5. Exemplos de lipídios 1 MOL DE LIPÍDEOS → 142 ATP Vamos ver se entendemos? Para isso vamos fazer um trabalho sobre o assunto? __________________________________________________________________________________ 1. Segundo a literatura carboidratos e proteínas não são alimentos que acumulam massa corpórea. Por quê? 2. Já os lipídios e o açúcar são considerados os grandes vilões do aumento de peso. Explique por quê. ❖ Para responder as duas questões acima faça um pequeno texto (pode ser um texto de 1 página). Use a literatura. Para isso vocês podem usar livros ou informações online (caso use um site use sites de universidades cuja informação é confiável). Só não esqueça de mostrar a referência usada ao final do texto. 9 Referências bibliográficas 1. DURÁN, J. E. R. Biofísica: fundamentos e aplicações. São Paulo: Prentice, 2003. 318p. 2. OKUNO, Emico; CALDAS, Iberê Luiz; CHOW, Cecil. Física para ciências biológicas e biomédicas. In: Física para ciências biológicas e biomédicas. 1986. p. 490-490. 3. https://www.pngwing.com/pt/free-png-xapon/download 4. https://www.mundovestibular.com.br/estudos/biologia/bioenergetica/https://www.pngwing.com/pt/free-png-xapon/download https://www.mundovestibular.com.br/estudos/biologia/bioenergetica/