Curso de Educao Fsica, Faculdades Metrocamp, Grupo IbmecApostila da Disciplina de Bioqumica do Exerccio - 2 semestre de 2014Autores: Prof. Bernardo Neme Ide e Prof. Mrio Ferreira SarraipaCronograma curso diurnoAulaData (ms/dia/ano)Tema e AtividadesPreparao prvia do aluno

18/6/2014Apresentao da disciplina, plano de aulas, critrios de avaliao e introduo a bioqumica do exerccio

28/13/2014Bioqumica do Exerccio - Substratos energticos e as vias de ressntese de ATPLeitura do tpico na apostila e referncias da disciplina

38/20/2014Metabolismo anaerbio alticoLeitura do tpico na apostila e referncias da disciplina

48/27/2014Fadiga muscular, pH e equilbrio cido bsicoLeitura do tpico na apostila e referncias da disciplina

59/3/2014Metabolismo anaerbio ltico - via glicoltica - Aula no laboratrio de informticaLeitura do tpico na apostila e referncias da disciplina

69/10/2014Aula prtica - produo de lactato frente a intensidade e volume dos exerccios

79/17/2014Apresentao e discusso dos resultados das prticas e reviso BM1 Leitura do tpico na apostila e referncias da disciplina

89/24/2014UPALeitura do tpico na apostila e referncias da disciplina

910/1/2014BM1

1010/8/2014Metabolismo aerbio - ciclo de Krebs - Aula no laboratrio de informtica e correo da provaLeitura do tpico na apostila e referncias da disciplina

1110/15/2014Dia do professor

1210/22/2014Metabolismo aerbio - ciclo de Lynen - Aula no laboratrio de informticaLeitura do tpico na apostila e referncias da disciplina

1310/29/2014Aula prtica - Limiar de lactato - lactato mnimoLeitura do tpico na apostila e referncias da disciplina

1411/5/2014Apresentao e discusso dos resultados das prticasLeitura do tpico na apostila e referncias da disciplina

1511/12/2014Metabolismo aerbio - cadeia de transporte de eltrons - Aula no laboratrio de informtica.

1611/19/2014Reviso BM2Leitura do tpico na apostila e referncias da disciplina

1711/26/2014BM2

1812/3/2014Reviso de provas

1912/10/2014Substitutiva

Cronograma curso noturnoAulaData (ms/dia/ano)Tema e AtividadesPreparao prvia do aluno

18/12/2014Apresentao da disciplina, plano de aulas, critrios de avaliao e introduo a bioqumica do exerccio

28/19/2014Bioqumica do Exerccio - Substratos energticos e as vias de ressntese de ATPLeitura do tpico na apostila e referncias da disciplina

38/26/2014Metabolismo anaerbio alticoLeitura do tpico na apostila e referncias da disciplina

49/2/2014Fadiga muscular, pH e equilbrio cido bsicoLeitura do tpico na apostila e referncias da disciplina

59/9/2014Metabolismo anaerbio ltico - via glicoltica - Aula no laboratrio de informticaLeitura do tpico na apostila e referncias da disciplina

69/16/2014Aula prtica - produo de lactato frente a intensidade e volume dos exercciosLeitura do tpico na apostila e referncias da disciplina

79/23/2014Reviso BM1Leitura do tpico na apostila e referncias da disciplina

89/30/2014BM1

910/7/2014Apresentao e discusso dos resultados das prticas e correo da prova

1010/14/2014Metabolismo aerbio - ciclo de Krebs - Aula no laboratrio de informticaLeitura do tpico na apostila e referncias da disciplina

1110/21/2014Metabolismo aerbio - ciclo de Lynen - Aula no laboratrio de informticaLeitura do tpico na apostila e referncias da disciplina

1210/28/2014Aula prtica - Limiar de lactato - lactato mnimoLeitura do tpico na apostila e referncias da disciplina

1311/4/2014Metabolismo aerbio - cadeia de transporte de eltrons - Aula no laboratrio de informtica e Apresentao e discusso dos resultados das prticasLeitura do tpico na apostila e referncias da disciplina

1411/11/2014Apresentaes TCC

1511/18/2014Reviso BM2Leitura do tpico na apostila e referncias da disciplina

1611/25/2014BM2Leitura do tpico na apostila e referncias da disciplina

1712/2/2014Reviso de provas

1812/9/2014Substitutiva

SUMRIOIntroduo5Conceitos bsicos sobre treinamento fsico exerccio6Capacidades biomotoras ou fsicas6Fora e potncia e taxa de desenvolvimento de fora6Fadiga neuromuscular um processo multifatorial6Resistncia6Flexibilidade6Adaptaes ao treinamento6Variveis do exerccio6Intensidade volume e pausas6Estmulos contnuos e intermitentes6Modalidades de carter intermitente6Mtodos de treinamento6Treinamento de fora e potncia6Treinamento de resistncia (endurance)6Transformao biolgica da energia6Carboidratos7Adenosina tri fosfato (ATP)7As vias metablicas de ressntese de ATP8Roteiro de estudos10Metabolismo anaerbio altico10Via fosfagnia10Via da mioquinase ou adenilato quinase11Roteiro de estudos metabolismo anaerbio altico11Fadiga muscular, acidose e tamponamento12Roteiro de estudos fadiga, pH e tamponamento12Metabolismo anaerbio ltico12A formao de lactato proporciona queda de pH e fadiga? Formamos cido ltico ou lactato?15Roteiro de estudos do metabolismo anaerbio ltico16Aula prtica - Intensidade e volume dos exerccios e contribuio metablica17Metabolismo aerbio18Ciclo de Krebs18Roteiro de estudos ciclo de Krebs19Ciclo de Lynen ou Beta-oxidao20Roteiro de estudos ciclo de Lynen23Aula prtica - Limiar de lactato e lactato mnimo23Remoo de lactato e regulao de pH23Lactato mnimo um teste para observamos a remoo de lactato25Cadeia de transporte de eltrons27Roteiro de estudos cadeia de transporte de eltrons29Roteiro para a apresentao dos resultados das aulas prticas30Reviso para BM131Reviso para BM232Referncias34

IntroduoBem vindos a disciplina de Bioqumica do Exerccio!Nessa disciplina estudaremos os processos de transferncia de energia no nosso organismo. Veremos a dinmica de reaes bioqumicas no nosso organismo, cujo conjunto e integrao denominado de metabolismo energtico. Tais conceitos so importantes para o entendimento da degradao dos substratos energticos, bem como o papel da intensidade e volume do exerccio nesse processo. um dos primeiros passos para entendermos o treinamento de fora, potncia e endurance (resistncia).Estratgias de ensino e critrios de avaliaoDurante o semestre faremos pequenas leituras da apostila, aulas prticas na M17 e roteiros de estudo. Utilizaremos tambm alguns softwares de ensino desenvolvidos na Unicamp pelo prof. Mrio Ferreira Sarraipa.As notas da M1 e M2 sero advindas da apresentao dos resultados das aulas prticas. Cada grupo dever fazer uma apresentao com os principais resultados da prtica de acordo com o roteiro para a apresentao descrito no final da apostila. O grupo dever discriminar a contribuio que cada integrante teve, portanto, apesar do trabalho ser realizado em grupo, a nota ser individual.A BM1 ser uma avaliao com questes dissertativas. Ela ser individual e sem consulta. J a BM2 ser uma avaliao realizada em grupos e com consulta. A tabela abaixo mostra a participao de cada avaliao na nota final.AvaliaesPeso na notaFormas de avaliao

Mensal 1 (M1)15%Apresentao dos resultados da aula prtica

Bimestral 1 (BM1)25%Avaliao individual e sem consulta - questes dissertativas

Mensal 2 (M2)25%Apresentao dos resultados da aula prtica

Bimestral 2 (BM2)35%Avaliao em grupos e com consulta - questes dissertativas

Independentemente da rea de atuao que venham a escolher, os conceitos aqui abordados sobre o metabolismo humano so muito importantes para o professor de educao fsica. Esperamos que a disciplina auxilie na atuao profissional de todos.Um timo semestre a todos!Obrigado e abrao!Bernardo

Conceitos bsicos sobre o treinamento fsicoTransformao biolgica da energiaNo sculo IXX, muitas observaes quantitativas feitas pelos fsicos e qumicos sobre a interconverso das diferentes formas de energia, levaram a formulao de duas leis fundamentais da termodinmica. A primeira lei a chamada de princpio da conservao da energia: Para qualquer mudana qumica ou fsica, o montante de energia no universo permanece constante; ela pode mudar de forma, ou ser transportada de uma regio para outra, mas no pode ser criada ou destruda. Em outras palavras isso significa que No universo nada se cria, nada se destri, tudo se transforma. Por isso, estudamos como os estoques de energia que possumos em nosso organismo so transformados em energia para a prtica do exerccio.Possumos reservas de dois principais macronutrientes que servem como estoque de energia no nosso organismo: os carboidratos e os lipdios. Os lipdios (cidos graxos e gorduras), representam a maior forma de armazenamento de energia para o trabalho biolgico. CarboidratosOs estoques de carboidratos no nosso organismo representam uma fonte rpida de energia. Os carboidratos so encontrados em 3 formas: monossacardeos, dissacardeos e polissacardeos. Monossacardeos so acares simples como a glicose, frutose (acar das frutas) e galactose (acar do leite). Todos os acares simples contm 6 molculas de carbono (ver figura 1). Para fins metablicos a glicose o mais importante acar simples e o nico carboidrato que pode ser diretamente utilizado na obteno de energia. O processo de degradao da glicose chamado de gliclise.

Figura 1: Estrutura qumica da molcula de glicose.Outro importante carboidrato o glicognio. Ele composto de centenas de molculas de glicose. Aps a absoro pelo trato digestivo, a glicose pode ser liberada para a corrente sangunea e processada no fgado e/ou msculo para formar o glicognio em um processo chamado gliconeognese. J durante o exerccio, o glicognio muscular degradado em um processo chamado de glicogenlise.Adenosina tri fosfato (ATP)A energia contida nos alimentos no pode ser diretamente transferida para os processos biolgicos (McArdle, Katch et al. 2003). O potencial energtico dos alimentos transferido para uma molcula chamada adenosina tri fosfato (ATP), cuja energia liberada pela quebra (ou hidrlise) ver reao 1 - proporciona a realizao de inmeras reaes responsveis pelo fornecimento de energia na nossa vida (Zaia 2003, Marzzoco and Torres 2007). Dentre os vrios processos que utilizam da energia liberada pela hidrlise do ATP podemos citar a contrao muscular, a secreo hormonal, a digesto, a sntese proteica e o transporte de molculas do meio intra para o extracelular.ATP + H2O ADP + Pi + H+

Reao 1: Hidrlise (ou quebra) do ATP, formando ADP (dis-fosfato de adenosina), Pi (fosfato inorgnico) e H+ (prtons hidrognio). Fonte: Robergs R. A. e colaboradores (Robergs, Ghiasvand et al. 2004).As vias metablicas de ressntese de ATPApesar do ATP ser o nico substrato energtico que utilizamos de forma direta, sua concentrao intramuscular muito baixa (~22,8 mmol/kg de tecido) e suficiente apenas para poucos segundos de contrao (Stathis, Febbraio et al. 1994). Dessa forma, todo ATP consumido deve ser constantemente ressintetizado para que suas concentraes intramusculares sejam mantidas constantes.Independentemente da intensidade e volume do exerccio, as concentraes intramusculares de ATP devem ser mantidas constantes. O que pode mudar, de acordo com o volume e intensidade do exerccio, so as concentraes de outros substratos como o glicognio muscular. A tabela 1 ilustra a mensurao da concentrao de alguns substratos energticos intramusculares no repouso e frente a realizao de um exerccio em diferentes intensidades.Tabela 1: Concentrao de substratos energticos no msculo esqueltico no repouso e em diferentes intensidades do exerccio. Fonte: Chen e colaboradores (Chen, Stephens et al. 2003).

Para mantermos as concentraes de ATP constantes, nossas clulas dispem de quatro vias metablicas. Trs citoslicas (anaerbias) e uma mitocondrial (aerbia) ver figura 2. Uma das principais diferenas entre tais vias a utilizao ou no do oxignio como mediador do processo de obteno de energia. As vias anaerbias no necessitam do oxignio para fazer a ressntese de ATP. J o metabolismo aerbio, precisa do oxignio como aceptor final de eltrons, em um processo que estudaremos mais para frente chamado de cadeia de transporte de eltrons.

Figura 2. Vias metablicas de ressntese de ATP. Fonte: Ide e colaboradores (Ide 2010).Outra diferena entre essas vias em relao a velocidade e a quantidade de ATP ressintetizado. As vias anaerbias possuem uma menor quantidade de reaes, possibilitando assim com que o processo ocorra com maior velocidade. Todavia, a quantidade de ATPs regenerados pequena. J o metabolismo aerbio muito mais complexo. Envolve uma srie de processos que fazem com que a ressntese de ATP seja muito mais lenta. Todavia, a quantidade regenerada muito maior. A tabela 2 apresenta dados sobre a velocidade de regenerao de ATP desses sistemas energticos.Tabela 2: Mxima taxa de regenerao de ATP das vias metablicas de ressntese de ATP no msculo esqueltico humano. Fonte: Sahlin, K (Sahlin 1986).

Durante exerccios de alta intensidade e curta durao, necessitamos de ATP de forma rpida, por isso observamos uma maior contribuio das vias anaerbias nessa situao. J em exerccios de baixa intensidade e longa durao, a necessidade por uma maior quantidade - e no velocidade de ressntese de ATP - por isso, nessa situao observamos uma maior contribuio do metabolismo aerbio.Ao invs de classificarmos o exerccio como aerbio ou anaerbio, o mais coerente seria classificarmos ele como de alta ou baixa intensidade. Isso sim determina a parcela de contribuio metablica. Aerbio e anaerbio no so exerccios, mas sim vias metablicas de ressntese de ATP. O exerccio pode fazer um uso maior ou menor de cada via, dependendo da intensidade com que for realizado.Roteiro de estudos1. Quais os principais substratos energticos do nosso organismo? Descreva suas composies.2. Destaque as principais diferenas entre o metabolismo aerbio e anaerbio. Qual proporciona um fornecimento de ATP com maior velocidade? Justifique.Metabolismo anaerbio alticoVia fosfagniaQuando os exerccios so intensos e de curta durao, a fosforilao do ADP feita pela ao de enzimas especficas (com atividade quinase), que catalisam a transferncia de grupos fosfato de compostos ricos em energia, como a fosfocreatina (PCr). Esse sistema chamado sistema fosfagnio e constitui o metabolismo anaerbico altico. A PCr um substrato altamente energtico e o principal dessa via metablica. Para que sua degradao ocorra, necessria apenas uma nica reao, representando assim uma fonte muito rpida de ressntese de ATP (ver reao 2 abaixo).PCr + ADP + H+ ATP + Cr

Reao 2: Degradao da PCr (fosfocreatina), formando ATP e creatina. Fonte: Robergs R. A. e colaboradores (Robergs, Ghiasvand et al. 2004).Alm de ser necessria uma nica reao, a enzima creatina quinase capaz de catalisar a reao nos dois sentidos, ou seja, quebrando fosfocreatina para produzir ATP e utilizando o ATP e a cretina para ressintetizar a PCr. A deciso da enzima de catalisar a reao para um lado ou para o outro vai depender da necessidade energtica do exerccio. Caso as concentraes intramusculares de ATP diminuam, a enzima sensvel a esse processo e engatilha a degradao de PCr para produo de ATP. Isto o que ocorre durante o exerccio. J no repouso, ou durante as pausas de um exerccio intermitente, as concentraes de ATP so altas. Assim sendo, a enzima identifica que a clula no precisa de ATP e as reservas de PCr podem ser novamente ressintetizadas (ver figura 3 abaixo).Embora represente uma fonte muito boa de energia, os estoques intramusculares de PCr so apenas 4 a 5 vezes maiores que o de ATP (McCann, Mol et al. 1995). Durante os esforos de alta intensidade, sua degradao segue um padro exponencial de aproximadamente 9mmol de ATP por kg de massa seca por segundo (McMahon and Jenkins 2002), sendo completamente depletada aps poucos segundos de atividade fsica intensa.

Figura 3: Dinmica de degradao e ressntese de fosfocreatina frente ao exerccio (figura da esquerda) e as pausas (figura da direita). Fonte: Glaister, M. (Glaister 2008).Como ilustrado na figura, a ressntese de PCr durante as pausas dependente do tempo das mesmas. Podemos observar que em 5 minutos de pausa passiva, cerca de 80% dos estoques de PCR j so ressintetizados. Se a pausa for completa (geralmente entre 3 e 8 minutos) (Bogdanis, Nevill et al. 1995), a creatina refosforilada integralmente, regenerando as reservas de PCr. Essa via de ressntese de PCr tambm se constitui em uma via de tamponamento de H+, auxiliando a clula no controle do seu pH interno. Se a pausa for incompleta (geralmente menor que 3 minutos), a PCr ressintetizada parcialmente.Via da mioquinase ou adenilato quinaseOutra fonte importante de energia durante exerccios de alta intensidade e curta durao a prpria molcula de ADP. Como estamos utilizando muito ATP, as concentraes de ADP aumentam ativando uma enzima chamada mioquinase. A mioquinase capaz de produzir ATP a partir do ADP atravs de uma nica reao (ver reao abaixo).ADP + ADP ATP + AMPComo podemos observar, para exerccios de altssima intensidade e curtssima durao (nos quais a necessidade por ATP muito grande em um espao de tempo muito curto), as vias predominantes na produo de energia so as da fosfocreatina e da mioquinase, caracterizando o que denominamos de metabolismo anaerbico altico.Roteiro de estudos metabolismo anaerbio altico1. Quais os substratos energticos e a localizao celular do metabolismo anaerbio altico?2. Cite algumas razes que tornam a fosfocreatina uma excelente fonte de energia para os exerccios de alta intensidade. Ela seria um substrato predominantemente utilizado em uma caminhada de 30 minutos? Justifique.3. Quais situaes de exerccio utilizaria a fosfocreatina como substrato energtico? Cite exemplos.4. Como ocorre e de que depende a regenerao dos estoques de fosfocreatina? Fadiga muscular, acidose e tamponamentoA fadiga muscular definida como uma queda no desempenho, causada por uma determinada atividade contrtil. um processo multifatorial, ou seja, existem vrios mecanismos que podem levar fadiga. Nesse contexto, o aumento da acidose intra e extra celular, considerada como apenas um desses possveis mecanismos (Allen, Lamb et al. 2008). Um ambiente muito cido onde a concentrao de H+ encontra-se muito elevada. Uma das formas de mensurarmos o nvel de acidose atravs da mensurao do pH (potencial hidrogeninico) desse ambiente. Durante o repouso, o pH intramuscular em torno de 7,0. No sangue arterial e venoso um pouco maior (em torno de 7,4 e 7,3, respectivamente). Este o pH ideal de funcionamento das nossas enzimas e caso ocorra uma queda muito acentuada no mesmo, elas se desnaturam e no conseguimos produzir ATP com tanta eficincia. Entretanto, durante o exerccio de alta intensidade a principal via de produo de H+ na musculatura (ocasionando a queda de pH e provavelmente um dos mecanismos de fadiga) seria a prpria hidrlise do ATP (Robergs 2001, Robergs, Ghiasvand et al. 2004). Dependendo da intensidade e do mtodo de determinao, o pH muscular pode cair para 6,5 ou at 6,0 (Pan, Hamm et al. 1991). Para a manuteno do pH, seja no meio intra ou extracelular, temos um sistema chamado de tampo. Ele responsvel por retirar os H+ que so liberados por diversas reaes. Os principais tampes biolgicos presentes no meio intracelular so: fosfocreatina (PCr), fosfato (Pi), bicarbonato (HCO3-) e algumas protenas intramusculares como a carnosina. Outro tampo intracelular em estudo a prpria mitocndria (Brooks 2002). J os principais tampes biolgicos presentes fora da clula (no sangue) so: bicarbonato e fosfato. A reao abaixo mostra o tampo bicarbonato retirando H+ do sangue e formando CO2 e H2O, que ao chegar aos pulmes ser expirado para o meio ambiente.HCO3- + H+ H2CO3 CO2 + H2ORoteiro de estudos fadiga, pH e tamponamento1. Defina e diferencie fadiga de exausto voluntria.2. Qual a definio de pH? O que significa estarmos com um pH baixo em um determinado ambiente?3. Qual a principal causa de queda de pH no msculo esqueltico durante o exerccio? Justifique.4. O que seria o sistema tampo? Quais os principais tampes biolgicos do nosso organismo?Metabolismo anaerbio lticoOs estoques intramusculares de ATP tambm podem ser recompostos pelo metabolismo anaerbio a partir da degradao do glicognio muscular ou da glicose sangunea. Essa via metablica denominada anaerbia ltica, pois tem como produto final um dos compostos mais estudados na literatura: o lactato. O lactato um produto inevitvel da gliclise anaerbia, pois enzima lactato desidrogenase (LDH) possui uma velocidade maior do que qualquer outra enzima da via glicoltica e a constante de equilbrio da reao piruvato lactato muito mais tendente para a formao de lactato (Brooks 2000).A via possui uma sequncia de reaes de degradao das molculas de glicose e/ou do glicognio muscular. Ela didaticamente dividida em duas fases: a de investimento e a de pagamento. Na fase de investimento, embora estejamos precisando de energia, inicialmente gastamos ATP para adicionar fosfato na molcula de glicose. na fase de pagamento que ressintetizamos o ATP.A tabela 4 apresenta uma srie de enzimas utilizadas para catalisar as reaes da via glicoltica, bem como suas funes. J a tabela 5 apresenta algumas dicas para auxiliar o preenchimento da via glicoltica no software que utilizaremos.Tabela 3: enzimas e suas funesEnzimasFuno

QuinasesCatalizam a transferncia de um grupo fosfato de alta energia (em geral do ATP) para uma molcula aceptora

DesidrogenasesCatalizam reaes de xido-reduo por transfrncia de H+ do substrato para uma coenzima (NAD ou FAD)

IsomerasesCatalisam reaes de isomerao (troca de elementos qumicos na molcula)

AldolasesCidem acares fosforilados dando origem a di-hidroxiacetona fosfato e a outro acar

FosfatasesCatalisam reaes de hidrlise de steres de fosfato

EnolasesRemovem uma molcula de gua

MutasesSo isomerases que catalisam a transferncia de grupos fosfato de baixa energia de uma posio para outra dentro da mesma molcula

Tabela 4. Dicas para preencher a via glicoltica no softwareReaoO que ocorre nela

1Nessa reao a molcula de glicose fosforilada pelo ATP

2Reao de isomerao da glicose 6-fosfato

3Reao de fosforilao da frutose 6-fosfato

4Reao que d origem a uma di-hidroxiacetona fosfato e a outro acar

5Reao de isomerao da gliceraldedo 3-fosfato

6Reao de xido reduo de co-enzimas

7Reao de transferncia de um fosfato para o ADP formando um ATP

8Reao de transferncia de grupos fosfato de baixa energia de uma posio para outra dentro da mesma molcula

9Reao que remove uma molcula de gua

10Reao de transferncia de um fosfato para o ADP formando um ATP

11Reao de xido reduo de coenzimas

A figura 4 apresenta o mapa da via glicoltica. Use esse mapa para visualizar as reaes e fazer com que elas aconteam no software. Bom divertimento!

Figura 4: Reaes da gliclise. A degradao da glicose ressintetiza 2 molculas de ATP. J a degradao do glicognio ressintetiza 3 ATPs, pois para convertermos o glicognio em glicose 6-fosfato no temos a ao da enzima hexoquinase, mas sim da glicognio fosforilase e da fosfoglicomutase. Fonte: Gleeson, M. (Gleeson 2013).

A formao de lactato proporciona queda de pH e fadiga? Formamos cido ltico ou lactato?Vrios textos, ainda desatualizados de conceitos mais atuais, reportam que frente ativao do metabolismo anaerbio ltico, nossas clulas formam cido ltico e que esse processo seria o principal responsvel pela fadiga muscular. A diferena entre o lactato e o cido ltico a presena de um hidrognio na sua estrutura qumica (ver figura 5). O fato do hidrognio se ligar ou no a estrutura da molcula depende do pH no qual ele se encontra. Com um pKa (o pH de uma soluo onde o cido encontra-se 50% dissociado) de 3,6, o cido ltico quase que totalmente dissociado em nions lactato. Para que a molcula de cido ltico exista, nossa musculatura teria que ter um pH de aproximadamente 3,2, ou seja, a formao de um composto cido seria praticamente impossvel ocorrer. Por este motivo ento, conclumos que a nossa musculatura produz lactato e no cido ltico (Robergs and Roberts 2002, Robergs, Ghiasvand et al. 2004).

Figura 5: estrutura qumica do cido ltico e do lactato. Fonte: Robergs R. A. e colaboradores (Robergs, Ghiasvand et al. 2004).Pesquisas passadas realmente consideravam o lactato como um dos causadores da fadiga e tambm das dores musculares de incio tardio (Robergs, Ghiasvand et al. 2004). Entretanto, a partir dos trabalhos de Robergs (Robergs 2001, Robergs, Ghiasvand et al. 2004) ficou esclarecido na literatura que a principal via de produo de H+ na musculatura (ocasionando a queda de pH e provavelmente um dos mecanismos de fadiga) seria a prpria hidrlise do ATP. A produo de lactato, atravs da ao da enzima lactato desidrogenase (ver reao 3 abaixo), na realidade contribuiria para a no acidificao intramuscular (Robergs 2001, Robergs, Ghiasvand et al. 2004), desfazendo o mito da acidose ltica como uma das responsveis pela fadiga em exerccios de alta intensidade.

Reao 3: Reao catalisada pela enzima lactato desidrogenase que leva a produo de lactato. Fonte: Robergs R. A. e colaboradores (Robergs, Ghiasvand et al. 2004).Alm da no acidificao intracelular, a formao de lactato permite com que a via glicoltica continue funcionando com eficincia. A reao reoxida a coenzima NAD+ (Robergs, Ghiasvand et al. 2004), necessria para ajudar a catalisar a reao da enzima gliceraldedo 3-fosfato desidrogenase (ver reao 5). Caso a coenzima NADH no fosse reoxidada na reao de piruvato lactato, a via glicoltica perderia eficincia, desencadeando assim um processo de fadiga por falta de ATP. Dessa forma, observamos que a formao de lactato um processo benfico e extremamente necessrio para a continuidade do funcionamento da via glicoltica.

Reao 4: Reao da enzima gliceraldedo 3-fosfato. Fonte: Robergs R. A. e colaboradores (Robergs, Ghiasvand et al. 2004).Roteiro de estudos do metabolismo anaerbio ltico1. Quais reaes da via glicoltica consomem e quais produzem ATP? Quais enzimas so responsveis por catalisar tais reaes?2. Qual substrato energtico fornece um saldo maior de ATP, a glicose ou o glicognio muscular? Justifique.3. Durante muito tempo a produo de lactato foi considerada como um processo indutor de fadiga. Quais evidncias atuais j no suportam mais essa relao?

Aula prtica - Intensidade e volume dos exerccios e contribuio metablicaObjetivo da prtica: compreender como as variveis do exerccio (intensidade, volume e pausas) podem modular as respostas metablicas.Roteiro da aula: dividiremos a sala em 5 grupos que realizaro as seguintes atividades:Caminhada de 10 minutos

Voluntrio

Velocidade (km/h)44

Lactato Pr (mmol/L)

Lactato Ps (mmol/L)

Salto horizontalCorrida de 30 segundos

VoluntrioVoluntrio

Distncia (m)Distncia (m)

Durao (seg)Velocidade (km/h)

Lactato Pr (mmol/L)Lactato Pr (mmol/L)

Lactato Ps (mmol/L)Lactato Ps (mmol/L)

3x10 mov no supino 1' de pausa3x10 mov no supino 5' de pausa

VoluntrioVoluntrio

Peso (kg)Peso (kg)

Tempo (seg)Tempo (seg)

Lactato Pr (mmol/L)Lactato Pr (mmol/L)

Lactato Ps (mmol/L)Lactato Ps (mmol/L)

Cada grupo dever ter pelo menos 1 voluntrio para realizar a prtica. Dosaremos lactato sanguneo nos momentos pr e ~2 minutos ps cada atividade. Os dados sero anotas para serem discutidos na aula seguinte com a apresentao dos grupos (vejam o roteiro da apresentao no final da apostila).

Metabolismo aerbioDurante exerccios prolongados e de intensidades submxima, o ATP ressintetizado atravs da energia das reaes de xido-reduo que acontecem nas mitocndrias, num processo conhecido como fosforilao oxidativa. Quem impulsiona essas reaes so as coenzimas NADH e FADH2 formadas no ciclo de Krebs. Durante a prevalncia do metabolismo aerbio, tanto os carboidratos, como os cidos graxos (tecido adiposo ou intramusculares) e os aminocidos, fornecem o acetil CoA que alimenta a produo de coenzimas reduzidas pelo ciclo de Krebs. Todos os produtos da hidrlise do ATP (ADP + Pi + H+) so aproveitados pela mitocndria para a sntese de ATP na membrana mitocondrial interna.

Figura 6: Resumo das principais vias do metabolismo energtico usando os carboidratos, cidos graxos e protenas como fontes energticas. Os carboidratos podem participar de ambas as vias aerbia e anaerbia. Fonte: Gleeson, M. (Gleeson 2013).Ciclo de KrebsO acetil CoA formado tanto pela degradao de cidos graxos (AcilCoA) quanto do glicognio sero completamente oxidados por uma srie de reaes chamadas de ciclo de Krebs. A funo do ciclo produzir um grande nmero de coenzimas NAD+ e FAD reduzidas, ou seja, com hidrognio na sua estrutura (NADH + H+ e FADH2). Outra funo do ciclo de Krebs a formao de CO2, proporcionando assim o destino aos esqueletos carbnicos tanto da glicose quanto dos cidos graxos.Comment by Bernardo Neme Ide: Lembrar que na reao da succinil coa no entra guaFigura 7: Esquema representando o Ciclo de Krebs, algumas reaes foram suprimidas bem como as enzimas. Para cada AcetilCoA degradado so formados pelo ciclo de Krebs: 2CO2, 3NADH, FADH2 e 1GTP. Fonte: Gleeson, M. (Gleeson 2013).Roteiro de estudos ciclo de Krebs0. Aps observar as reaes do ciclo de Krebs, identifique e aponte quais enzimas catalisam as reaes onde h produo ou consumo de: Citrato, CO2, GTP, NADH, FADH2 e H2O.0. Assinale verdadeiro ou falso e justifique sua escolha.a) Uma das funes do ciclo de Krebs oxidar a glicose a CO2.b) O ciclo de Krebs envolve diretamente consumo de O2.c) O ciclo de Krebs est em alta atividade quando a razo NADH/NAD+ est alta.Ciclo de Lynen ou Beta-oxidaoA necessidade de ressntese de ATP em exerccios de longa durao e intensidades mdia so atendidas preferencialmente pela utilizao de cidos graxos atravs do metabolismo aerbio. Para ser utilizado como fonte de energia pela clula muscular, o triacilglicerol presente no tecido adiposo deve ser quebrado pela enzima lipase em glicerol e trs cidos graxos. A atividade e a quantidade da enzima lipase pode ser modulada pelo treinamento ou pelo destreinamento (Simsolo, Ong et al. 1993). Os cidos graxos agora denominados cidos graxos livres (AGL) podem ser transportados at a musculatura. Como so molculas de gordura, o transporte pelo sangue possvel atravs da ligao do cido graxo a protena albumina (McArdle, Katch et al. 2003, Marzzoco and Torres 2007).Chegando ao msculo, os cidos graxos so transportados para o interior da clula muscular atravs de uma protena transportadora de cidos graxos presente na membrana. Dentro da clula, cada cido graxo ligado a uma coenzima A (CoASH) e em seguida so transportados para dentro da matriz mitocondrial onde sero completamente degradados pelo ciclo de Lynen. Ao mesmo tempo, o glicognio muscular degradado pela via glicoltica, contudo, neste momento o piruvato, ao invs de ser reduzido a lactato, tem como destino entrar na mitocndria e ser degradado pelo ciclo de Krebs.

Figura 8: Sistema de Transporte de cidos graxos do tecido adiposo para a musculatura.Para entrar na mitocndria o cido graxo necessita do sistema da carnitina. Esse peocesso ocorre da seguinte forma: Primeiro o cido graxo se desliga da coenzima A e se liga a carnitina - este passo feito pela enzima carnitina aciltransferase I. Em seguida, o cido graxo ligado a carnitina transferido para a matriz mitocondrial atravs de uma protena presente na membrana chamada de translocase. Na matriz da mitocndria o cido graxo se desliga da carnitina e volta a se ligar a uma coenzima A. Isto feito pela enzima carnitina aciltransferase II.

Figura 9: Esquema de transporte do AcilCoA para o interior da mitocndria.Uma vez dentro da matriz mitocondrial, o cido graxo (AcilCoA) ser degradado a acetilCoA pelo ciclo de Lynen ou beta oxidao (ver figura 10).

Figura 10: Ciclo de Lynen ou beta oxidao. Ao final de cada volta do ciclo o AcilCoA ficar com 2 carbonos a menos e os produtos finais de cada volta sero: AcetilCoA, NADH + H+ e FADH2. A quantidade de produtos finais ser dependente do nmero de carbonos do AcilCoA. Adaptado de (Marzzoco and Torres 2007).

Figura 11: Representao esquemtica das rotas de transporte de cidos graxos (FA) e da glicose sangunea dos capilares para a oxidao na mitocndria, ou para estocagem em triacilglicerol intramuscular (IMTG) e glicognio no msculo esqueltico. Alb-FA: Albumina ligante aos cidos graxos; AlbR: receptor de albumina; ACS: Acil-CoA sintetase. Fonte: Kiens e Jeppesen (Kiens and Jeppesen 2013).

Roteiro de estudos ciclo de Lynen1. Qual a funo do ciclo de Lynen?2. Como ocorre o transporte de cidos graxos para a mitocndria?3. Por que o cido graxo considerado um composto altamente energtico?Aula prtica - Limiar de lactato e lactato mnimoO limiar anaerbio, limiar ventilatrio e o limiar de lactato so comumente apresentados nos livros de treinamento como sendo fenmenos completamente distintos. No entanto, todos ocorrem simultaneamente na mesma intensidade de exerccio (Loureno, Tessutti et al.). Esta intensidade indica basicamente o incio de uma maior participao do metabolismo anaerbio na produo de ATP. Para o limiar de lactato, essa intensidade determinada durante um exerccio incremental (aumento de intensidade a cada intervalo de tempo conhecido). Neste exerccio, o aumento abrupto da concentrao de lactato sanguneo em relao s concentraes basais caracteriza o limiar de lactato.Remoo de lactato e regulao de pHO lactato tambm considerado como um importante substrato energtico para diversas clulas e tecidos. Entre elas destacam-se as fibras musculares do tipo I, o corao e o fgado (Gladden 2001, Gladden 2004). Para ser utilizado por estas clulas, primeiramente o lactato produzido na fibra muscular precisa ser transportado para a corrente sangunea. Para isto, uma protena presente na membrana da clula muscular chamada transportador de monocarboxilato, ou MCT, transporta o lactato de dentro da clula para o sangue (Bonen, McCullagh et al. 1998, Bonen 2000, Gladden 2000, Gladden 2000, Gladden 2001, Gladden 2004, Gladden 2006, Gladden 2007).Existem vrias isoformas de MCTs (numeradas de 1 a 8), cuja distribuio e quantidade predominante tecido analisado dependente (Juel 1996, Juel 2008). Dados da literatura apontam que para o transporte de lactato muscular, as isoformas mais relevantes so as do tipo 1 (MCT1) e 4 (MCT4) (Dubouchaud, Butterfield et al. 2000). Os MCTs 1 so mais presentes nas fibras do tipo I, enquanto que os MCTs 4 so mais presentes nas fibras do tipo II. O MCT4 possui a nica funo de realizar o co-transporte lactato/H+ de dentro da fibra do tipo II para o sangue. J o MCT 1, alm de realizar esse co-transporte de dentro da fibra do tipo I para o sangue, tambm tem a funo de retirar o lactato do sangue para demais tecidos (Brooks, Brown et al. 1999). Consequentemente, como o transporte de lactato para o sangue leva consigo um H+ na proporo 1:1 (Juel 1996, Juel 1997), este processo tambm acaba contribuindo para a manuteno do pH intracelular, constituindo outro aspecto que torna a remoo do lactato para a corrente sangunea um processo extremamente benfico (Gladden 2000, Gladden 2000, Gladden 2001, Gladden 2004, Gladden 2006, Gladden 2007) ver figura 12 abaixo.

Figura 12: Cintica de produo, remoo msculo-sangue. O transporte realizado por protenas de transporte de membrana e a reutilizao do lactato como substrato energtico realizado por diversos tecidos, entre eles o prprio msculo esqueltico (predominantemente as fibras do tipo I), o corao e o fgado adaptado de Gladden (2004).Recentes evidncias mostram que a enzima lactato desidrogenase (LDH) localizada tanto no citosol, como nas membranas internas da mitocndria e que um MCT pode tambm transportar lactato para dentro da mesma (Brooks, Dubouchaud et al. 1999). Dessa forma, podemos observar que o lactato produzido no citosol tambm pode ser diretamente captado pela mitocndria e que durante o exerccio - com a elevao da participao da gliclise anaerbia e o incremento das concentraes de lactato - a lanadeira intracelular de lactato pode tambm contribuir para a reduo dos equivalentes de NADH para a mitocndria (ver figura 13).

Figura 13: Remoo de lactato pela mitocndria atravs dos MCTs 1. LDH: lactato desidrogenase; MCT: transportador de monocarboxilato; CK: Ciclo de Krebs; CTE: cadeia de transporte de eltrons; lanadeira malato-aspartato e lanadeira glicerol-fosfato NAD+ e NADH. Adaptado de Kemper e colaboradores (2001).Lactato mnimo um teste para observamos a remoo de lactatoEm 1993, Tegtbur e colaboradores (Tegtbur, Busse et al. 1993) configuraram um teste para determinao de um ponto de equilbrio entre a capacidade de produo e remoo de lactato durante o exerccio. Durante o teste, inicialmente observamos as concentraes de lactato diminuindo, mas devido ao incremento de intensidade, as concentraes voltam a aumentar, proporcionando uma curva ajustada em forma de U (ver figura 14) - o protocolo foi denominado de lactato mnimo. No Laboratrio de Bioqumica do Exerccio da Unicamp, nossa orientadora a Prof. Dra. Denise Vaz de Macedo realizou um experimento com o teste de lactato mnimo em cavalos de corrida (Gondim, Zoppi et al. 2007). Assim como ns, os cavalos so animais vertebrados, mamferos e o metabolismo energtico celular praticamente o mesmo! Primeiramente, o teste consistiu de um sprint de 500m para elevar as concentraes de lactato dos cavalos. Aps esse sprint, foram retiradas amostras de sangue a cada um minuto, at que fossem encontradas as concentraes pico de lactato e o tempo para alcanar tais concentraes. Na tabela 5 abaixo vejam as caractersticas dos 5 cavalos avaliados, assim como as concentraes pico de lactato e o tempo para alcanarem tais valores aps o sprint de 500m.Tabela 5: Raa, idade, sexo (S-G), massa, concentrao de lactato pico (LP) e tempo para lactato pico dos 5 cavalos avaliados. * Stallion: garanho; Gelding: castrado.

A figura 14 ilustra uma curva de remoo de lactato do cavalo 4 aps o sprint de 500m. Observe que imediatamente aps o sprint (I.A.), as concentraes no so elevadas, mas que nos minutos subsequentes ela vai se elevando na corrente sangunea. Esse comportamento se d devido ao transporte msculo-sangue atravs dos MCT4.

Figura 14: Curva de determinao da concentrao pico de lactato aps o sprint de 500m do cavalo 4.36 horas aps a determinao da curva das concentraes pico de lactato, os pesquisadores submeteram os animais a outro sprint de 500m. Todavia, aps esse estmulo e no tempo previamente determinado para alcanarem a concentrao pico de lactato, cada cavalo iniciou um protocolo de exerccio com intensidade incremental. Eles foram submetidos a corridas com incremento gradativo de intensidade (2 km/h a cada 1000m). Antes de cada incremento de velocidade foi mensurado o lactato, at que as concentraes fossem caindo e voltassem a aumentar (ver figura 15). A intensidade relacionada a menor concentrao de lactato encontrada seria o limiar anaerbico.

Figura 15: Perfil da curva individual de determinao do lactato mnimo do cavalo 3.Procedimentos para o teste de lactato mnimo:1. Aquecimento do voluntrio;2. Estmulos de intensidade alta, com a finalidade de aumentar a concentrao do lactato no sangue;3. Repouso de 6 a 8 minutos; 4. Realizar estmulos de 3 minutos, aumentando gradativamente a intensidade do exerccio (aumento de 2 km/h). 5. Aps cada estmulo, uma nova coleta de sangue ser feita. 6. O teste termina aps encontrarmos a menor concentrao de lactato frente a incrementos subsequentes. Roteiro de estudos lactato mnimo1. Como realizada a remoo do lactato produzido na musculatura para o sangue? Esse processo benfico ou malfico para as clulas musculares? Justifique.2. Quais os destinos do lactato no nosso organismo?Cadeia de transporte de eltronsUma vez produzidas (tanto pelo ciclo de Lynen quanto pelo ciclo de Krebs), as coenzimas NADH + H+ e FADH2 precisam ser reoxidadas, ou seja, precisam novamente ficar sem os hidrognios na sua estrutura para continuar participando das reaes dos ciclos de Krebs e de Lynen. Este processo ocorre na cadeia de transporte de eltrons (CTE) presente na membrana interna das mitocndrias.A CTE composta por 5 complexos que so protenas presentes na membrana interna das mitocndrias. As coenzimas NADH + H+ e FADH2 doam seus hidrognios para os complexos I e II, respectivamente. Ao doar seus hidrognios, os prtons da sua estrutura so bombeados pelos complexos para fora da mitocndria, enquanto que os eltrons so transportados at o complexo IV. O bombeamento de prtons para fora da mitocndria acaba criando um gradiente de H+ na membrana. Esses H+ tendem a voltar para a matriz da mitocndria pela enzima ATP sintase que serve como um canal. Quando isto acontece, a enzima capaz de sintetizar o ATP a partir de ADP + Pi + H+. Ao mesmo tempo, os eltrons que chegam ao complexo IV so recebidos pelo oxignio que respiramos que ao se ligar com 2 hidrognios se transforma em gua.Para cada hidrognio que bombeado por um complexo, um ATP formado. Sendo assim, para cada NAD reoxidado 3 ATPs so formados, pois trs hidrognios so bombeados pelos complexos I, III e IV. Para cada FAD reoxidado 2 ATPs so formados, pois 2 hidrognios so bombeados nos complexos III e IV. Repare que o complexo II no atravessa toda a membrana e por isto, no capaz de bombear hidrognio.

Esquema representando a cadeia de transporte de eltrons. O complexo I o responsvel pela re-oxidao da coenzima NADH + H+, o complexo II re-oxida a coenzima FADH2, o complexo III bombeia prtons (H+) e no complexo IV ocorre o consumo de O2 e a formao de H2O. No complexo V ocorre a ressntese de ATP pela atividade da ATP sintetase.A atividade contrtil proporcionada pelo exerccio de baixa intensidade exige uma alta demanda de energia (ATP), porm inferior a necessidade do exerccio de alta intensidade. Mesmo assim, estamos hidrolisando bastante ATP por unidade de tempo, ou seja, estamos liberando prtons no citosol da clula. Contudo, agora o grande tampo do nosso msculo a prpria mitocndria. Os prtons formados pela hidrlise do ATP, so capazes de passar pela ATP sintetase e retornar mitocndria evitando a queda de pH na clula muscular.

Figura 16: Relaes entre o ciclo de Krebs (TCA) e a cadeia de transporte de eltrons. Fonte: Gleeson, M. (Gleeson 2013).Roteiro de estudos cadeia de transporte de eltrons1. Quais os complexos proteicos responsveis pela reoxidao das coenzimas NADH e FADH2?1. Qual enzima responsvel pela produo de ATP? Quais seus substratos e produtos?1. Qual o papel do O2 no processo de produo de energia?1. Qual o efeito produzido pela adio de qualquer um dos inibidores da cadeia de transporte de eltrons? Qual seria o mais potente?1. Qual o efeito produzido pela adio dos desacopladores?

Roteiro para a apresentao dos resultados das aulas prticasCada grupo dever apresentar os resultados da prtica que realizou para os demais colegas de sala. A apresentao ser de aproximadamente 30 minutos e dever conter os seguintes slides:1. Descrio da prtica realizada;2. Avaliaes;3. Resultados e discusso substratos energticos predominantemente utilizados;4. Concluses sobre a intensidade e volume do exerccio e metabolismo utilizado;

Reviso para BM11. As figuras abaixo ilustram as respostas das concentraes de lactato nos momentos Pr e Ps diferentes exerccios. Baseado nos resultados responda as questes.a. O exerccio de salto horizontal um exerccio intenso? Qual via metablica estaria contribuindo mais para a ressntese de ATP? Justifique os valores de lactato observados.b. A caminhada de 10 minutos foi o exerccio mais intenso ou mais volumoso? Justifique os valores de lactato observados.c. Frente aos valores de lactato encontrados, podemos afirmar que a corrida de 30'' requisita a ativao de que via metablica? Justifique.

2. As figuras abaixo ilustram as respostas das concentraes de lactato nos momentos pr e ps treinamentos de fora no exerccio de supino. Qual o carter metablico e os substratos energticos predominantemente utilizados nos treinamentos? Explique como as variveis do treinamento interferiram no resultado.

Reviso para BM21. Wahl e colaboradores (2010) submeteram dois grupos a um exerccio intermitente de alta intensidade. Durante o exerccio e atravs de uma infuso intravenosa, o grupo HIT (B) foi suplementado com uma soluo de bicarbonato. J o grupo HIT (P), foi suplementado com uma soluo placebo. As figuras abaixo ilustram as concentraes de lactato (A) e o pH (B) sanguneo mensurados durante o exerccio. Qual grupo apresentou maiores concentraes de lactato e uma melhor regulao de pH? Justifique os resultados encontrados baseado na estratgia de suplementao.

2. A tabela abaixo ilustra a velocidade de ressntese de ATP pelos principais sistemas energticos do msculo esqueltico.

a. A velocidade de fornecimento da respirao mitocondrial alta ou baixa? Quais substratos energticos utilizados por essa via?b. Faa um esquema geral dessa via metablica em questo com todos os processos necessrios para ressntese de ATP.

3. Observe o esquema abaixo e responda as questes.

a. Qual enzima presente no citosol e na mitocndria que permite que o lactato seja reoxidado? Quais os substratos e produtos da sua reao?b. Qual a funo desse processo como um todo?

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