mensurando o metabolismo energético: calorimetria e
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Mensurando o Metabolismo Energético: calorimetria e
quociente respiratório
Prof. Dr. Tiago R. Figueira
Bioquímica do Exercício- 2019
EEFERP/USP
A Energia do Nutrientes
Calorímetro de Combustão
Fora do organismo (kCal/g)
No organismo (kCal/g)
Carboidrato 4,2 4,0
Lipídio 9,0 9,0
Proteína 5,7 4,0
Δ = 26%
Início dos estudos sobre o Metabolismo
Anos 1600: •O que acontece com a comida que ingerimos?
•Por que a soma das massas das nossas excreções é menor do que a massa do alimento ingerido?
Primeiro Experimento “Controlado” Santorio Santorio (1561-1636) em 1614, no seu livro Ars de Statica Medecina
He weighed himself in a chair suspended from a steelyard balance before and after eating, sleeping, working, sex, fasting, depriving from drinking, and excreting. He found that by far the greatest part of the food he took in was lost from the body through perspiratio insensibilis (insensible perspiration).
Metabolismo produz calor!
O metabolismo total de um organismo inclui todos os processos bioquímicos que nele ocorrem
As reações bioquímicas transformam a matéria e parte da energia liberada nestas reações está na forma de calor.
Medir o calor gerado é inferir sobre a “atividade” das reações químicas – quanto maior a atividade metabólica,
maior o calor liberado
Calorímetro de Atwater&Rosa Séc. XIX
•Liberação de calor
•Consumo de O2
•Produção de CO2
Calorimetria Direta
Calorimetria Indireta
Primeira Metade do Séc. XX
Amostragem de gases expirados
•Consumo de O2
•Liberação de CO2
E o que se faz com estas medidas de Consumo de Oxigênio e de Liberação de CO2?
Equivalente Calórico (kCal/L O2)
Quociente Respiratório (VCO2/VO2)
Carboidrato 5.05 1,00
Lipídio 4,7 0,70
Proteína 4,5 0,83
Δ = 6,4 %
Base teórica: • Relações entre calor e consumo de O2
• Manipulações dietéticas e estequiometria de vias metabólicas
O Quociente Respiratório (QR = VCO2/VO2) metabólico varia de 0,7 a 1,0
Percentual de Carboidrato Oxidado
0,7
1,0
100 % 0
Percentual de Lipídio Oxidado
*Desconsiderando as proteínas neste momento
QR estima a contribuição energética relativa de CHO e Gorduras, permitindo estimativa do gasto energético
do QR e o
Limitações do Uso da Razão VCO2 : VO2
•QR vs. R ou RER
•Quando se analisa em nível pulmonar (i.e corpo todo), usa-se o termo abreviado RER (ou simplesmente R)
•Em algumas situações, podemos produzir CO2 independentemente do metabolismo energético e gerar R > 1,0
•Durante Exerc. Intenso
• Quando a oxidação de Proteínas não for negligível •Jejum muito prolongado •Diabetes
Quais são as bases teóricas para o QR (VCO2:VO2 ) de 1,0 representar
oxidação de carboidratos e o QR de 0,7 representar oxidação de lipídios ?
Degradação de Glicose e Ácidos Graxos
Balanço da Glicólise
Degradação de Glicose = 10NADH + 2FADH2 + 6CO2
Degradação do palmitato = 31NADH + 15 FADH2 + 16 CO2
Balanço da β–oxidação de FFA
NADH/FADH2 = 5
NADH/FADH2 = ~2
Cada piuvato pela PDH = 1NADH + 1CO2 + Acetil-CoA
Balanço do Ciclo de Krebs: Cada Acetil-CoA =
3NADH + 1FADH2 + 1 ATP + 2CO2
Guarde isso, por hora.
Oxidação de Glicose e Ácidos Graxos têm diferentes razões entre O2 consumido e CO2 produzido
Degradação de Glicose (C6H12O6) = 10NADH + 2FADH2 + 6CO2
Degradação do Palmitato (C16H32O2) = 31NADH + 15 FADH2 + 16 CO2
Quantidades Razão
Substrato O2 CO2 CO2 : O2
1 Glicose 6 6 1,00
1 Palmitato 23 16 0,70
A origem da diferença entre o equivalente calórico de glicose e ácidos graxos
Degradação de Glicose (C6H12O6) = 10NADH + 2FADH2 + 6CO2
Degradação do Palmitato (C16H32O2) = 31NADH + 15 FADH2 + 16 CO2
Consumo de Oxigênio
O2 ATP:O2
6 4,67
23 4,35
4H+
Δ = 7,3 %
ATPs pela Fosforilação Oxidativa
NADH FADH2 Total
Glicose 25 3 28
Palmitato 77,5 22,5 100
O Nitrogênio (N) das Proteínas não é oxidado pelas células, sendo excretado na urina
O N representa ~17% da massa da molécula da proteína Excreção (urinária) de 1g de N ocorre quando há oxidação de ~5,9 g de Proteínas
Quantidades (L)
O2 CO2
1g N 5,9 g Proteínas
~5,9 ~4,72
Um Indivíduo foi avaliado metabolicamente por 24 h. Temos:
Calorimetria Indireta (VO2, VCO2) Excreção de Nitrogênio na urina
Variável Quantidade por 24h
VO2 634 L
VCO2 453 L
Nitrogênio na Urina
14,7 g
Quantidades (L)
O2 CO2
1g N 5,9 g Proteínas
~5,9 ~4,72
69 L
86,7 L 547 L
384 L
R (VCO2/VO2) não proteico = 384 L/547 L = 0,70
No organismo (kCal/g)
Equivalente Calórico (kCal/L O2)
Quociente Respiratório (VCO2/VO2)
Carboidrato 4,0 5.05 1,00
Lipídio 9,0 4,7 0,70
Proteína 4,0 4,0
Gasto Energético: Proteína: 14,7 x 5,9 x 4,2 = 347 kCal Total 2919 kCal Não Proteína: 547,3 x 4,7 = 2572 kCal