En la degradación de dichos compuestos obtengo ATP (Adenisina unida a 3 fósforos inorganicos), que aportan 7,6 kcal por mol. Cada molécula de ATP dura de entre 2'' y 3'', luego debe resintetizarse.
1. SISTEMA DEL FOSFÁGENO, ATP-PC:
- Es anaerobico alactacido ( es decir que no tiene acumulación de ácido láctico. El ácido láctico es un desecho metabólico que produce fatiga muscular ),
- Produce gran aporte de energía, pudiendo realizar un ejercicio a una intensidad máxima
( 90 al 100 % de la capacidad máxima individual
- El combustible químico para la producción de ATP es la PC (fosfocreatina)
- Sus reservas son muy limitadas, su aporte de energía dura hasta 30"
- Produce gran deuda de oxigeno.
2. SISTEMA DEL GLUCILISIS (Rápida), ÁCIDO LÁCTICO:
- Es anaerobico lactacido ( es decir con acumulación de ácido láctico )
- Produce alto aporte de energia pudiendo realizar un ejercicio a una intensidad sub-maxima 80 al 90 % de la CMI -capacidad máxima individual-.
- El combustible químico para la producción de ATP es el glucógeno y como desecho metabólico acumula ácido láctico en los músculos, por esa razón origina gran fatiga muscular.
- Sus reservas son limitadas, su aporte de energía es limitada, dura desde los 30" a 1' ó 3'
- Produce deuda de oxigeno
3. SISTEMA DEL OXIGENO, Respiración celular o Glucolisis lenta:
- Es aeróbico ( es decir con aporte de oxigeno )
- Produce leve aporte de energía pudiendo realizar un ejercicio a un intensidad media
(hasta el 75% de la CMI)
- El combustible químico para la producción de ATP son: Glucógeno, Grasas yProteínas
- Su aporte de energía es ilimitado, y dura desde los 3' en adelante
Una molécula de ATP se compone de adenosina (una molécula de adenina unida a una molécula de ribosa) combinada con tres grupos de fosfatos (Pi) inorgánicos.
Cuando la enzima ATPasa actúa sobre ellos, el último grupo fosfato se separa de la molécula ATP, liberando rápidamente una gran cantidad de energía (7.6 kcal/mol de esto reduce el ATP a ADP (difosfato de adenosina) y Pi. El proceso de almacenaje de energía formando ATP a partir de otras fuentes químicas recibe el nombre de fosforilación. Mediante varias reacciones químicas, un grupo fosfato se añade a un compuesto relativamente bajo en energía, el difosfato de adenosina (ADP), convirtiéndose en trifosfato de adenosina (ATP). Cuando estas reacciones se producen sin oxígeno, el proceso recibe el nombre de metabolismo anaeróbico. Cuando estas reacciones tienen lugar con la ayuda de oxígeno, el proceso global se denomina metabolismo aeróbico, y la conversión aeróbica de ADP a ATP es la fosforolización oxidativa.
Sistema ATP-PC.
El ATP se forma rápidamente a través de otro componente energético que también está almacenado en el músculo y se denominada fosfocreatina o PC (llamada también fosfato de creatina). A diferencia del ATP, la energía liberada por la descomposición del PC no se usa directamente para realizar trabajo celular. En vez de esto, reconstruye el ATP para mantener un suministro relativamente constante. La liberación de energía por parte del PC es facilitada por la enzima creatinkinasa (CK), que actúa sobre el PC para separar el Pi de la creatina. La energía liberada puede usarse entonces para unir Pi a una molécula de ADP, formando ATP. En la figura N° 03, se representa este proceso. Con este sistema, cuando la energía es liberada por el ATP mediante la división de un grupo fosfato, nuestras células pueden evitar el agotamiento del ATP reduciendo PC, proporcionando energía para formar más ATP.
Este proceso es rápido y puede llevarse a cabo sin ninguna estructura especial dentro de la célula. Aunque puede ocurrir en presencia del oxígeno, este proceso no lo requiere, por lo cual se dice que el sistema ATP-PC es anaeróbico.
Durante los primeros pocos segundos de actividad muscular intensa, como puede ser el sprint, el ATP se mantiene a un nivel relativamente uniforme, pero el nivel de PC declina de forma constante cuando se usa el compuesto para reponer el ATP agotado. Cuando se llega al agotamiento, no obstante, tanto el nivel de ATP como el de PC es muy bajo, y no pueden proporcionar energía para más contracciones y relajaciones.
Los esfuerzos que caracterizan este sistema de producción de energía son los que se ejecutan a máxima intensidad en un período muy corto (10 segundos o menos). También se denomina inmediato. Este sistema es de gran valor en distancias cortas.
Sin embargo, es necesario tener en cuenta que en los músculos sólo se pueden almacenar pequeñas cantidades de ATP y PC, entre ambos compuestos en su conjunto, si la intensidad de trabajo es muy grande, el esfuerzo sólo podría mantenerse durante un tiempo no superior a 30 segundos, ya que las fuentes energéticas quedarían agotadas. Más allá de este punto, los músculos deben depender de otros procesos para la formación de ATP: la combustión de ácido láctico y oxidativa de combustibles.
PRODUCCIÓN DE ÁCIDO LÁCTICO
Este sistema es conocido como glucólisis anaeróbica. El término "glucólisis" se refiere a la degradación del azúcar. En este sistema, la descomposición del azúcar ( hidratos de carbono, una de las sustancias alimenticias) provee la energía necesaria con la cual se elabora el ATP, cuando el azúcar sólo está parcialmente descompuesto, uno de los productos finales es el ácido láctico (de ahí el nombre de "sistema del ácido láctico).
La glucosa es el 99% de la cantidad total de azúcares que circulan por la sangre. La glucosa de la sangre procede de la digestión de los hidratos de carbono y de la descomposición del glucógeno hepático. El glucógeno es sintetizado a partir de la glucosa por un proceso llamado glucogénesis. Se almacena en el hígado o en los músculos hasta que se necesita. En este momento, el glucógeno se descompone en glucosa - 1 - fosfato a través del proceso de la glucogenólisis.
Antes de que la glucosa o el glucógeno puedan usarse para generar energía, deben convertirse en un compuesto llamado glucosa-6-fosfato. La conversión de una molécula de glucosa requiere una molécula de ATP. En la conversión del glucógeno, se forma glucosa-6-fosfato a partir de glucosa-1-fosfato sin este gasto de energía. La glucólisis comienza una vez se ha formado la glucosa-6-fosfato.
La glucólisis produce al final el ácido pirúvico. Este proceso no requiere oxígeno, pero el uso de oxígeno determina el destino del ácido pirúvico formado por la glucólisis. Al referirnos al sistema glucolítico nos estamos refiriendo a los procesos de glucólisis cuando ocurre sin la intervención del oxígeno. En este caso, un ácido llamado pirúvico se convierte en ácido láctico. La glucólisis, que es mucho más compleja que el sistema ATP-PC, requiere 12 reacciones enzimáticas para la descomposición de glucógeno en ácido láctico. Todas estas enzimas operan dentro del citoplasma de las células.
Los pasos de la glucólisis
1. El grupo fosfato terminal se transfiere desde el ATP al carbono en la posición 6 de la glucosa y se forma glucosa 6-fosfato. 2. La molécula se reorganiza. La glucosa se transforma en fructosa. 3. La fructosa 6-fostato gana un segundo fosfato que proviene de otro ATP y se produce fructosa 1,6 bifosfato. 4. El azúcar de seis carbonos se escinde en dos moléculas de tres carbonos: la dihidroxiacetona fosfato y el gliceraldehído fosfato. 5. Las moléculas de gliceraldehído fosfato se oxidan, o sea, pierden los átomos de hidrógeno con sus electrones, y el NAD+ se reduce a NADH y H+. Un ion fosfato se une a la posición 1 del gliceraldehído fosfato. 6. El fosfato se libera de la molécula de bifosfoglicerato y reacciona con una molécula de ADP y se forma ATP. 7. El grupo fosfato remanente se transfiere de la posición 3 a la posición 2. 8. Se elimina una molécula de agua del compuesto de tres carbonos. 9. El fosfato se transfiere a una molécula de ADP y se forma otra molécula de ATP.
En el primer paso de la glucólisis, la glucosa se divide en dos moléculas de tres carbonos (ácido pirúvico), que pueden seguir dos vías: aeróbica o anaeróbica. El proceso se inicia con energía proveniente de dos moléculas de ATP.
En presencia de O2, la degradación de la glucosa implica la oxidación progresiva del ácido pirúvico a CO2 y agua. Durante el proceso se forman dos NADH y cuatro ATP.
La glucólisis anaeróbica ocurre en ausencia de O2. Consiste en la conversión del ácido pirúvico en alcohol etílico (fermentación alcohólica) o en ácido láctico (fermentación láctica). Estas vías generan en total dos moléculas de ATP, que representan el 5% de lo que se genera por la vía aeróbica.
El ácido pirúvico producido por la glucólisis aeróbica es transportado del citoplasma a la matriz mitocondrial. Allí participa en una reacción de oxidación que genera un grupo acetilo y una molécula de CO2, mientras que un NAD+ se reduce a NADH.
Cada grupo acetilo se une momentáneamente a la coenzima A, para formar acetil-CoA. Este paso constituye el nexo entre la glucólisis y el ciclo de Krebs.
Cada acetilo que entra en el ciclo de Krebs se combina con una molécula de cuatro carbonos (ácido oxalacético) y forma una de seis (ácido cítrico).
En el curso de este ciclo se liberan dos moléculas de CO2, que no pertenecen a la molécula de glucosa original, y se producen una de ATP, tres de NADH y una de FADH2. En este ciclo, los carbonos donados por el grupo acetilo se oxidan a CO2 y los electrones pasan a los transportadores de electrones. Al igual que en la glucólisis, en cada paso interviene una enzima específica. La coenzima A es el nexo entre la oxidación del ácido pirúvico y el ciclo de Krebs. En el curso de estos pasos, parte de la energía liberada por la oxidación de los enlaces CH y CC se usa para convertir ADP en ATP (una molécula por ciclo), y parte se usa para producir NADH y H+ a partir del NAD (tres moléculas por ciclo). Además, una fracción de la energía se utiliza para reducir un segundo transportador de electrones el FAD. Por cada giro del ciclo, se forma una molécula de FADH2 a partir de FAD. No se requiere O2 para el ciclo de Krebs: los electrones y los protones eliminados en la oxidación del carbono son aceptados por el NAD+ y el FAD. Se necesitan dos vueltas del ciclo para completar la oxidación de una molécula de glucosa. Así, el rendimiento energético total del ciclo de Krebs para una molécula de glucosa es dos moléculas de ATP, seis moléculas de NADH y dos moléculas de FADH2.
Luego de la oxidación total de la glucosa, la mayor parte de la energía almacenada permanece en los electrones del NADH y el FADH2. Esos electrones son conducidos luego a un nivel energético inferior a través de la secuencia de reacciones de oxidorreducción que constituyen la cadena respiratoria. Los pasos de esta cadena son catalizados por enzimas unidas a citocromos. Las moléculas que se indican, mononucleótido de flavina (FMN), coenzima Q (CoQ) y los citocromos b, c, a y a3, son los principales transportadores de electrones de la cadena. Al menos otras nueve moléculas transportadoras funcionan como intermediarias además de las que se muestran aquí. Los electrones transportados por el NADH entran en la cadena cuando son transferidos al FMN, que entonces se reduce. Casi instantáneamente, el FMN cede los electrones a la CoQ. El FMN vuelve así a su forma oxidada, lista para recibir otro par de electrones, y la CoQ se reduce. La CoQ entonces pasa los electrones al siguiente aceptor, y vuelve a su forma oxidada. El proceso se repite en sentido descendente. Los electrones, al pasar por la cadena respiratoria, van saltando a niveles energéticos sucesivamente inferiores. Los electrones que son transportados por el FADH2 se encuentran en un nivel energético ligeramente inferior que los del NADH. En consecuencia, entran en la cadena de transporte más abajo, a la altura de la CoQ. Los electrones finalmente son aceptados por el oxígeno, que se combina con protones (iones hidrógeno) en solución, y se forma agua.
La fosforilación oxidativa es la síntesis de ATP con el uso de la energía liberada por los electrones a lo largo de la cadena respiratoria. Por cada molécula de NADH se forman tres de ATP; por cada molécula de FADH2, dos de ATP. Ocurre a través del acoplamiento quimiosmótico, un proceso que abarca dos acontecimientos: el establecimiento de un gradiente de protones a través de la membrana mitocondrial interna y la síntesis de ATP con el uso de la energía potencial almacenada en el gradiente.
A partir de la oxidación de una molécula de glucosa se producen a lo sumo 38 de ATP, repartidas de la siguiente manera: la glucólisis produce ocho ATP (seis provienen de la oxidación de los dos NADH, los otros dos se forman directamente); la conversión del ácido pirúvico en acetil-CoA produce seis ATP (provenientes de dos NADH); el ciclo de Krebs produce 24 ATP (18 provienen de seis NADH; cuatro, de dos FADH2; los dos restantes se forman directamente).
El 40% de la energía libre producida en la oxidación de la glucosa se retiene en forma de moléculas de ATP. En otras palabras, el proceso tiene una eficiencia del 40%.
La ganancia neta de este proceso es de 3 moles de ATP formado por cada molécula de glucógeno descompuesto. Si se usa glucosa en lugar de glucógeno, el beneficio es de sólo 2 moles de ATP porque se usa 1 mol para la conversión de glucosa en glucosa-6-fosfato.
Este sistema de energía no produce grandes cantidades de ATP. A pesar de esta limitación, las acciones combinadas de los sistemas ATP-PC y glucolítico permiten a los músculos generar fuerza incluso cuando el aporte de oxígeno es limitado. Estos dos sistemas predominan durante los primeros minutos de ejercicio de intensidad elevada.
Otra importante limitación de la glucólisis anaeróbica es que ocasiona una acumulación de ácido láctico en los músculos y en los fluidos corporales.
La energía que se produce a través del metabolismo anaeróbico láctico requiere esfuerzos de gran intensidad y de una duración de uno a tres minutos. Por otro lado, se ha comprobado que el entrenamiento de distancias largas disminuye ligeramente la acción de las enzimas anaeróbicas en el músculo.
Una buena dieta de hidratos de carbono compuestos (papas, frutas, cereales, harinas no refinadas, etc.) facilitará un mejor almacenamiento de glucógeno en el músculo. Los carbohidratos sencillos como la miel, el azúcar, las bebidas gaseosas y las harinas refinadas deben evitarse. Los entrenadores que aconsejan a sus DEPORTISTAS la eliminación en su dieta de todo tipo de hidratos de carbono con el fin de mantener el peso, están privando a éstos de una de las principales fuentes de energía disponible.
El ritmo de utilización de energía de una fibra muscular durante el ejercicio puede ser hasta 200 veces superior al ritmo de uso de energía en reposo. Los sistemas ATP-PC y glucolítico no pueden, por sí solos, satisfacer todas las necesidades de energía. Sin otro sistema de energía, nuestra capacidad para realizar ejercicios puede quedar limitada a unos pocos minutos.
Sistema Oxidativo.
El mismo nombre lo dice, dentro de este sistema entra a tallar el oxígeno, existe la descomposición completa del glucógeno en dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O), los cuales producen una cantidad de energía suficiente para elaborar una gran cantidad de moles de ATP.
El sistema final de producción de energía celular es el sistema oxidativo. Éste es el más complejo de los tres sistemas energéticos, El proceso mediante el cual el cuerpo descompone combustibles con la ayuda de oxígeno para generar energía se llama respiración celular.
Dado que se emplea oxígeno, éste es un proceso aeróbico. Esta producción oxidativa de ATP se produce dentro de organismos especiales de la célula: las mitocondrias. En los músculos, son adyacentes a las miofibrillas y se hallan también distribuidas por el sarcoplasma.
Los músculos necesitan un aporte constante de energía para producir continuamente la fuerza necesaria durante las actividades de larga duración.
A diferencia de la producción anaeróbica de ATP, el sistema oxidativo produce una tremenda cantidad de energía, por lo que el metabolismo aeróbico es el método principal de producción de energía durante las pruebas de resisitencia. Esto impone considerables demandas a la capacidad del cuerpo para liberar oxígeno es los músculos activos.
El sistema oxidativo de producción de energía puede generar hasta 39 moléculas de ATP a partir de una molécula de glucógeno. Si el proceso comienza con glucosa, el beneficio neto es de 38 moléculas de ATP (recordemos que antes de que la glucólisis comience se utiliza una molécula de ATP para convertirla en glucosa-6-fosfato).
Betaoxidación.
Aunque los diversos ácidos grasos libres en el cuerpo difieren estructuralmente, su metabolismo es esencialmente el mismo. Al entrar en las fibras musculares, los ácidos grasos libres son activados enzimáticamente con energía del ATP, preparándolos para el catabolismo (descomposición) dentro de las mitocondrias. Este catabolismo enzimático de las grasas por las mitocondrías recibe la denominación de betaoxidación (oxidación B ). En este proceso, la cadena de carbono de un ácido graso libre es dividida en unidades 2-carbono separadas de ácido acético. Por ejemplo, si un ácido graso libre tiene una cadena 16-carbono, la betaoxidación produce 8 moléculas de ácido acético. Cada molécula de ácido acético se convierte entonces en acetil CoA.
Importancia Relativa de las diferentes reservas de Energía.
Un peso dado de un compuesto orgánico contiene una cantidad fija de energía potencial encerrada en las ligaduras entre los átomos de sus moléculas. El conocimiento de la cantidad de esos compuestos disponibles y de su contenido energético nos suministras las reservas de energía de nuestro cuerpo.
A pesar de estas diferencias individuales, se puede recalcar algunas generalidades acerca de la importancia relativa de los distintos compuestos. Su importancia específica depende en gran medida de la intensidad y de la duración del trabajo.
Durante la etapa de máximo ejercicio, la demanda de energía puede exceder las 50 kilocalorías. El suministro proveniente de una descomposición de todo el ATP disponible sólo alcanzaría para un esfuerzo a nivel máximo de alrededor de un segundo, y la producción de ATP por descomposición de toda la fosfocreatina sólo aseguraría algunos otros segundos de esfuerzo máximo.
Está bien establecido que la velocidad máxima sólo puede mantenerse durante menos de 10 segundos, es decir, durante un período menor del que se necesita para correr los 100 metros planos, y la explicación puede residir en que ya no se dispone de "energía rápida" a causa de un agotamiento de la fosfocreatina y, con el tiempo, también el ATP. Además de la energía que proviene directamente de las reservas de ATP y fosfocreatina, una parte de la energía en una carrera de 100 metros proviene de la gluconeogénesis, que se acelera con rapidez durante el esfuerzo, originando crecientes cantidades de lactato.
Normalmente no se considera el lactato como una forma de energía almacenada. Sin embargo, cuando se ha realizado una cierta cantidad de trabajo anaeróbico, la producción concomitante de lactato no se derrocha de ningún modo.
Si se reduce la intensidad del trabajo a condiciones aeróbicas, el lactato se vuelve a convertir con rapidez en piruvato en los músculos que trabajan y se puede oxidar en las mitocondrias, reemplazando el glucógeno como combustible.
Por otra parte, si el trabajo anaeróbico es seguido por un descanso, el lactato obtenido a través del piruvato se convierte de nuevo en glucógeno en el hígado, y probablemente también en los propios músculos.
La cantidad total de energía que se puede obtener de las reservas de ATP, fosfocreatina y lactato resulta ser de importancia limitada cuando el período de trabajo excede los 15 a 30 minutos. En esta situación, la demanda de energía se puede encontrar en el orden de 20 a 40 kilocalorías, y se observa que tanto la concentración de ATP como la de fosfocreatina se reducen tan sólo en forma moderadas. Los niveles de lactato son asimismo modestos en comparación con el que se observa en el trabajo máximo.
En consecuencia, resulta evidente que durante un trabajo prolongado, la rápida y continua producción de energía a partir de la oxidación del glucógeno y de los ácidos grasos resulta sumamente importante.
En tanto que un trabajo máximo de corta duración, en esencia, depende tan sólo de las reservas de ATP y fosfocreatina, mientras que el ejercicio prolongado sólo depende de la oxidación del glucógeno y la grasa (ácidos grasos libres), el ejercicio de una duración de 1 a 10 minutos es mucho más complejo desde el punto de vista de la utilización de combustibles.
Cuando se realiza un ejercicio hasta el agotamiento durante este intervalo, probablemente todas las reservas de combustibles se utilizan al mismo tiempo, pero la cantidad relativa de cada combustible se modifica de segundo a segundo. Al comienzo de un ejercicio vigoroso, predomina la utilización de ATP y de la fosfocreatina; luego ocupa cada vez más el primer plano la conversión anaeróbica del glucógeno en lactato, y hacia el final del ejercicio predominará la oxidación del glucógeno y finalmente de la grasa.
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