IES CONSELLERIA – DEPARTAMENT D’EDUCACIÓ FÍSICA FONAMENTS BIOLÓGICS I BASES DEL CONDICIONAMENT FÍSIC

METABOLISMO ENERGÉTICO Concepto de metabolismo El metabolismo es el conjunto de reacciones bioquímicas y procesos físico-químicos que ocurren en una célula y en el organismo con el objetivo de mantenernos vivos Estos complejos procesos interrelacionados son la base de la vida a escala molecular, y permiten las diversas actividades de las células: crecer, reproducirse, mantener sus estructuras, responder a estímulos, etc. Cuando abastecemos al cuerpo de oxígeno, agua, combustible y todos los nutrientes esenciales que requiere, las células del organismo pueden cumplir eficientemente su trabajo de mantenernos vivos, sanos y con un peso ideal El metabolismo se divide en dos procesos conjugados: catabolismo y anabolismo. •

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Las reacciones catabólicas son aquellas que liberan energía; en ejemplo es la glucólisis, un proceso de degradación de compuestos como la glucosa, cuya reacción resulta en la liberación de la energía retenida en sus enlaces químicos. Las reacciones anabólicas, en cambio, utilizan esta energía liberada para recomponer enlaces químicos y construir componentes de las células como lo son las proteínas y los ácidos nucleicos.

El anabolismo y el catabolismo son procesos acoplados que hacen al metabolismo en conjunto, puesto que cada uno depende del otro.

Los fosfágenos de alta energía: la vía metabólica anaeróbica aláctica Los fosfágenos de alta energía permiten realizar acciones de alta intensidad durante unos pocos segundos. Estos compuestos químicos son, principalmente los siguientes: el adenosintrifosfato (ATP), el adenosindifosfato (ADP) el adenosinmonofosfato(AMP), el guanasintrifosfato(GTP) y el uridintrifosfato (UTP) El ATP es el compuesto generalmente utilizado para proveer de energía a nuestras células La cantidad de ATP que podemos almacenar en nuestros músculos para ser utilizado de forma inmediata es muy limitada, aproximadamente 5 mmol/gr músculo , lo que supone energía para unos pocos segundos (4-5 segundos, si bien pueden realizarse acciones de màxima intensidad). Cuando el ATP se hidroliza para obtener energía, se transforma en ADP + Pi. En nuestro organismo disponemos de otro compuesto , la fofocreatina (PC) con el que podemos resistetizar ATP desde el ADP. La cantidad de PC almacenada en músculo es unas 5-6 veces superior a la cantidad de ATP almacenada (unos 25 mmol/gr músculo ) lo que posibilita que podamos mantener actividades de alta intensidad durante 20-30 segundos .

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ADP + PC = ATP + C Una vez gastados estos fosfágenos, vuelven a resintetizarse pasado un determinado tiempo de reposo. Estos tiempos de recuperación son enormemente importantes en la organización de los entrenamientos. Está aceptado que recuperación de fosfágenos opera como sigue: • • •

Tras 2’ de recuperación, se han repuesto el 60% de los fosfágenos gastados Tras 5’ de recuperación, se han repuesto el 95% de los fosfágenos gastados Tras 8’10’ de recuperación, se han repuesto el 100% de los fosfágenos gastados.

Los alimentos: fuente de energía Todas las unidades biológicas se alimentan, con la finalidad de proveerse tanto de energía como de materia prima para su crecimiento y desarrollo. Los alimentos pueden agruparse en tres grandes grupos: Carbohidratos, Proteinas y Lípidos. Estos tres tipos de alimentos al final se metabolizan para obtener energía para el organismo. Grupo alimenticio

Unidad metabolizada

Carbohidratos Lípidos

Glucosa Acidos grasos

Proteínas

Aminoácidos

Transformación convergente ENERGÍA En forma de ATP Y otros fosfágenos

El ATP: la "moneda universal de Energía" en los sistemas biológicos El ATP pertenece al grupo de los nucleótidos, por lo tanto esta compuesto por una base nitrogenada (adenina), una pentosa (ribosa) y un grupo fosfato (en el caso del ATP, tres radicales fosfato con enlaces de alta energía).

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Liberación de energía del ATP: La energía almacenada en los enlaces de fosfato se libera a través de un proceso catabólico. El ATP libera su grupo fosfato para transformarse en Adenosina Di Fosfato (ADP) Esta reacción es reversible, o sea que el ATP del organismo se reconstituye a partir de ADP para almacenar la energía presente en los alimentos que consumimos. Usualmente el ATP se transforma en ADP para liberar energía, y el ADP en ATP para almacenar energía. Sin embargo bajo ciertas condiciones el ADP se transforma en AMP (Adenosina Mono Fosfato), liberando así un excedente de energía al romper el segundo enlace fosfato, pero esta condición no es muy usual. Usos comunes del ATP El ATP a parte que sirve para el almacenamiento de energía, es utilizado por el organismo para diversos procesos: • •

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Transporte activo en las membranas celulares: para el movimiento de solutos en contra del gradiente de concentración. Síntesis de compuestos químicos (anabolismo): muchos de los procesos bioquímicos requieren energía para ejecutarse. El ATP provee la energía para la ejecución de dichas reacciones. Trabajo mecánico, específicamente movimiento muscular

Síntesis de ATP El lugar donde se sintetiza el ATP radica en la mitocondria celular, concretamente en las crestas mitocondriales. En el citoplasma también se produce ATP, pero en proporciones considerablemente menores o muy poco significativas. Todos los grupos alimenticios (carbohidratos, lípidos y proteínas) pueden transformarse en ATP. Sin embargo los procesos que atraviesan son diferentes. Vea el siguiente esquema que acontece en el citoplasma celular:

En un primer paso, todos los grupos alimenticios se simplifican al dividirse en sus compuestos más sencillos, tal es el caso de los diversos carbohidratos que acaban simplificándose en glucosa, o las proteínas en aminoácidos.

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Posteriormente estas "unidades menores" o simplificadas sufren transformaciones para convertirse en piruvato (o ácido pirúvico) pirú ) para el caso de los carbohidratos y en acetoacetato para el caso de los lípidos y las proteínas. Al final de este proceso que ocurre en el citoplasma celular, tanto el piruvato como el acetoacetato se transforman en acetil CoA, compuesto que ingresa a las mitocondrias para participar en la síntesis de ATP. En un segundo paso, que ocurre en las mitocondrias, el acetil CoA es utilizado en un proceso denominado "Ciclo de Krebs" (en honor a Hans Krebs su descubridor), del cual resultan principalmente dos tipos de compuestos denominados NADH y FADH, los cuales son "vehículos biológicos de transferencia de electrones". Es pues durante este ciclo de Krebs que se libera bastante energía en procesos de oxido-reducción, oxido de la cual concluyen estos "transportadores de electrones". Posteriormente el NADH y FADH ingresan a un proceso denominado "cadena respiratoria" del cual ya resulta la síntesis de ATP.

Carbohidratos Los carbohidratos pueden ueden ser: ser – – –

Monosacáridos (Triosas – Tetrosas – Pentosas – Hexosas, Hexosas como la glucosa, fructosa fruct y la galactosa...) Disacáridos : Unión de dos monosacáridos (maltosa, lactosa, sacarosa...) Polisacáridos: Cadenas largas de monosacáridosn (glucógeno, almidón...)

SACAROSA ACAROSA

MALTOSA

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La glucosa es el monosacárido que utiliza el músculo esquelético, esquelético, así pues, todos los carbohidratos que tomemos de los alimentos serán transformados en glucosa para de esta forma ser utilizada para la obtención de energía. Esta glucosa podremos encontrarla trarla finalmente en el organismo: organismo • • •

Almacenada en forma de Glucógeno (muscular o hepático) Glucosa sanguínea circulante Podremos obtener glucosa mediante el proceso denominado Gluconeogénesis hepática (obtención de glucosa a partir de sustratos no glucídicos:lactato, piruvato,aminoácidos, glicerol)

Metabolismo de los carbohidratos Glucolisis anaeróbica Podemos definirla como la conversión metabólica de los carbohidratos en compuestos más sencillos,, para este caso en ácido pirúvico o piruvato. Todos odos los carbohidratos que se consumen se transforman en glucosa, la cual es almacenada en los animales, como ya hemos dicho, en forma de glucógeno. Este glucógeno (que no es ni más ni menos que enormes cadenas de glucosa), mediante el proceso de la glucogenolisis, cederá glucosas que serán utilizadas para la obtención obtenci de energía en las células que lo requieran. Hay que resaltar que este proceso proc es propio de los carbohidratos, no de las proteínas ni de los lípidos. Aquí podemos observar un esquema de este proceso

La ganancia neta de energía por cada molécula de glucosa por esta vía anaeróbica láctica es de 2 ATP. Aunque pueda parecer poca energía, debemos comprender que el mecanismo de obtención es muy rápido, por lo que todas aquellas actividades de intensidad ntensidad alta que deban mantenerse durante unos pocos segundos, utilizarán preferentemente esta a vía metabólica. La limitación de utilización de la glucolisis anaeróbica radica en la capacidad de resistencia al metabolito final nal de dicha vía que es el ácido láctico. Aquellos individuos que son capaces de soportar mayores tasas de AL en sangre, diremos que tienen mejor Resistencia Anaeróbica Láctica. Láctica. Los entrenamientos sistemáticos que se lleven a cabo bajo estas condiciones metabólicas metabólicas serán propios de actividades de alta intensidad (submáxima) y de una duración de entre 30” 30 y 90”.

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Hay que decir que el ácido láctico tiene una gran influencia sobre la lipólisis o degradación de las grasas, por ello, los deportistas que practican especialidades anaeróbicas lácticas (corredores de 400 m lisos , por ejemplo) tienen una gran definición muscular y cuerpos con bajos niveles de grasa) El Ciclo de Krebs El producto final del proceso anaeróbico (el cual ocurre en el citoplasma de la célula), bajo condiciones aerobias es el acetil CoA.

El acetil CoA ingresa entonces a las mitocondrias para participar en una serie de reacciones bioquímicas de oxidación, cuya finalidad es producir coenzimas reducidas de NADH y FADH. Esta serie de reacciones es el Ciclo de Krebs. Este proceso también es conocido como el "ciclo del ácido cítrico" o el "ciclo de los ácidos” tricarboxílicos". También se lo podría definir como una "cadena de oxidaciones", debido a que recibe AcetilCoA para "impulsar" una serie de cuatro oxidaciones cuyo producto final son las coenzimas NADH y FADH reducidas al ser cargadas de electrones.

Y estas coenzimas reducidas por el ciclo de Krebs (FADH y NADH) son las que irán a participar en el último eslabón de la cadena del metabolismo energético aeróbico: el transporte de electrones, también llamado “cadena respiratoria” La ganancia neta de cada ciclo de Krebs es de 36 ATP (hay que tener en cuenta que de cada molécula de glucosa se obtienen 2 de piruvato y por lo tanto cada glucosa dará lugar a 2 ciclosd e Krebs, con una ganancia neta de 36 ATP por ciclo).

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Metabolismo de los lípidos Los lípidos son compuestos solubles en solventes orgánicos y no lo son en agua. Tienen varias y diversas funciones, entre las que podemos destacar: – – –

Formar parte de la estructura de las células (concretamente de las membranas celulares) reserva energética (en forma de triglicéridos) aislantes térmicos (en forma de grasa subcutánea)

Se clasifican en tres grupos: 1. Triglicéridos:(conformados por tres ácidos grasos y glicerol) Se almacenan como gotas en el citoplasma celular y sirven como fuente de energía. En la célula existen tres tipos de triglicéridos tales como los aceites, ceras y grasas. La síntesis de triglicéridos tiene lugar en el retículo endoplásmico de casi todas las células del organismo, pero es en el hígado y en el tejido adiposo donde este proceso es más activo y de mayor relevancia metabólica. Las grasas, los aceites y las ceras son triglicéridos. Las grasas provienen de los alimentos de origen animal y normalmente se presentan sólidas a temperatura ambiente, mientras que los aceites suelen ser de origen vegetal (también pueden provenir de algunos pescados) y se presentan líquidos a temperatura ambiente 2. Fosfolípidos: Son similares a los triglicéridos; constituyen el componente principal de las membranas celulares. También tienen una importante función como activadores enzimáticos. 3. Esteroides: Forman estructuras de soporte y actúan como hormonas (colesterol) Metabolismo de los lípidos Gran parte de los lípidos de la dieta se encuentran como triglicéridos. Como promedio, un 40% de los requerimientos energéticos de la dieta de los humanos de los países industrializados son proporcionados por los triglicéridos, aunque la recomendación más saludable es que representen entre el 20% y el 30% del aporte energético de la dieta. Estos triglicéridos se hidrolizan en el intestino a ácidos grasos y a monoglicéridos, moléculas que se absorben, se reesterifican y se transportan por la sangre, llegando al hígado y al tejido adiposo. Absorción de los triglicéridos En las células de la mucosa intestinal los trigliceridos, los digliceridos, los monogliceridos, el glicerol y los ácidos grasos libres se reconvierten en triglicéridoss y se unen con el colesterol de la dieta, junto con una proteína específica, formando los quilomicrones. Estos compuestos, salen de la mucosa intestinal hacia el sistema linfático, pasan a la sangre y llegan al músculo y al tejido adiposo. En los capilares de estos tejido, una enzima (la lipoproteína lipasa) hidroliza los

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trigliceridos a ácidos grasos y glicerol, siendo ambos productos captados por las células en los tejidos. En el músculo, los ácidos grasos se oxidan para obtener energía, y en el tejido adiposo se reesterifican para ser almacenados como triglicéridos. Los quilomicrones remanentes, que contienen colesterol y apolipoproteínas van por la sangre llegan hasta el hígado donde pueden oxidarse para proporcionar energía o bien ser precursores de cuerpos cetónicos. Las tasas de cuerpos cetónicos en sangre aumentan cuando predomina la degradación de grasas sobre la de carbohidratos, lo que produce un cuadro denominado “cetosis” que puede ser perjudicial para la salud, según muchos estudios. Ante exigencias energéticas, las hormonas adrenalina y glucagón estimulan a los depósitos de triglicéridos del tejido adiposo a liberar ácidos grasos, los cuales se transportan a otros tejidos (como músculos y corteza rena) en donde pueden ser oxidados. El transporte se realiza en unión de la albúmina sérica, de la que luego se disocian, y se difunden en el citosol celular. Puesto que las enzimas que oxidan los ácidos grasos se encuentran en el interior de las mitocondrias, previamente tienen que pasar la membrana mitocondrial, transporte que se realiza con ayuda de enzimas, entre las que se encuentra la carnitina. Beta-oxidación de los ácidos grasos La oxidación de los ácidos grasos genera acetil-CoA y tiene lugar preferentemente en la mitocondria. Durante este proceso, la cadena de ácidos grasos experimenta una degradación cíclica. Estas fases de la oxidación se repiten hasta que el ácido graso está completamente degradado a acetil-CoA A continuación incluimos un esquema gráfico de los procesos que se han ido mencionando.

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El estado metabólico del organismo ejerce influencia sobre la velocidad de la oxidación de las grasa. Situaciones como hambre y ejercicio de larga duración favorecen un aumento de la lipolisis y de la oxidación. Por el contrario, niveles elevados de glucosa e insulina la limitan.

Metabolismo de las proteínas Las proteínas son moléculas formadas por cadenas de aminoácidos. Las proteínas son indispensables para la vida, sobre todo por su función plástica y también por sus funciones biorreguladoras (forma parte de las enzimas) y de defensa (los anticuerpos son proteínas). Así pues, hablando de las funciones de las proteínas podemos resaltar las siguientes • • • • • •

Función estructural: esta es la función más importante de una proteína (colágeno) Función Inmunológica (anticuerpos), Función enzimática (sacarasa, pepsina…) Función contráctil (actina y miosina). Función homeostática: colaboran en el mantenimiento del pH (ya que actúan como un tampón químico) Protectora o defensiva ( trombina y fibrinógeno)

Las proteínas están formadas por aminoácidos Los aminoácidos son biomoléculas conformadas por C, H, O, N y ocasionalmente azufre (S) , fósforo (P) y hierro (Fe). Todos los aminoácidos tienen dos grupos funcionales unidos al mismo átomo de carbono: un grupo ácido (-COOH) y un grupo amino (-NH2). Forman cadenas muy largas (cientos de aminoácidos) dando origen a las proteínas, las cuales son biomoléculas de las que dependen la estructura y muchas funciones celulares como ya hemos mencionado.

ESENCIALES

NO ESENCIALES

Isoleucina

Alanina

Leucina

Tirosina

El origen de las proteinas puede ser animal o vegetal; en ambos casos están formados por la combinación de 20 aminoácidos. Cada proteínastiene un distinto número y porcentaje de aminoácidos.

Lisina

Aspartato

Metionina

Cisteina

Fenilalanina

Glutamato

Treonina

Glutamina

Los aminoácidos esenciales son necesarios para la vida y no los podemos sintetizar. Para el ser humano hay 9 aminoácidos esenciales y 10 en los lactantes, por lo tanto hay que consumirlos en la dieta. Si estos aminoácidos esenciales no están

Triftófano

Glicina

Valina

Prolina

Histidina

Serina

Arginina *

Asparagina

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presentes al mismo tiempo y en proporciones específicas, los otros aminoácidos, todos o en parte, no pueden utilizarse para construir las proteínas humanas. Los no esenciales pueden ser sintetizados por el organismo a partir de otras sustancias por lo que no es necesario consumirlos. Los aminoácidos esenciales se encuentran en carnes, pescados, huevos y leche, así como en cereales o la soja. Normalmente los vegetales no tienen todos los aminoácidos esenciales, por lo que hay que combinarlos para evitar carencias. Desde hace años, entre los deportistas de especialidades de fuerza se han puesto muy de moda los llamados “aminoácidos ramificados”. ¿Qué son? Los aminoácidos ramificados (Branched-Chain Amino Acids) se refiere a un tipo de aminoácidos. Entre ellos se encuentran la leucina, la valina y la isoleucina. La combinación de estos tres aminoácidos esenciales compone casi la tercera parte de los músculos esqueléticos en el cuerpo humano y desempeñan un papel muy importante en la síntesis de proteínas. Usos Se suele ingerir como suplemento dietético (frecuentemente como suplemento de musculación) con el objeto de evitar el denominado “sobreentrenamiento” en los atletas de levantamiento de pesos y de musculación. El uso como suplemento en deportes anaeróbicos suele hacerse en tomas con protocolos de dos tomas, generalmente media hora antes y después del ejercicio. Los compuestos comercializados suelen tener un ratio de 2:1:1 (leucina:valina:isoleucina). Se aconseja tomar los aminoácidos ramificados junto con suplementos de proteína o con carne magra, así como con vitaminas del grupo B y minerales. Efectos secundarios No se han detectado problemas o efectos secundarios en dosis por debajo de los seis gramos diarios. Consumir grandes cantidades de BCAA durante el ejercicio puede hacer disminuir la absorción de agua en el intestino lo que puede inducir a problemas gastrointestinales. Además tenemos que tener presente que el exceso de ingesta de proteínas, puede suponer que se conviertan en grasas si no son realmente utilizadas. Además el exceso en el consumo de proteínas se relaciona con problemas de acidosis, ya que se incrementa la tasa de ácido úrico y urea almacenados en sangre, lo que puede llevar a diversos problemas metabólicos.

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En cuanto a la relación de todo lo visto anteriormente respecto al metabolismo de los principios inmediatos, sus vías metabólicas y el entrenamiento deportivo, adjuntamos la siguiente tabla que pone en relación estos aspectos: