NAD⁺ e flexibilidade metabólica: queima de glicose e gordura
Introdução
O corpo humano utiliza energia continuamente. Mesmo em repouso, estão ativos processos que dependem de energia, incluindo a respiração, a circulação sanguínea, a atividade cerebral, a regulação da temperatura e a manutenção das células.
No entanto, as necessidades energéticas estão em constante mudança. Após uma refeição, estão disponíveis fontes de energia diferentes das existentes durante o jejum. Durante o exercício intenso, os músculos utilizam vias metabólicas diferentes das utilizadas durante um exercício prolongado de baixa intensidade.
A capacidade de alternar eficientemente entre diferentes fontes de energia é designada por flexibilidade metabólica.
Uma molécula importante nestes processos é o dinucleótido de nicotinamida e adenina, mais conhecido como NAD⁺.
O NAD⁺ apoia a transferência de eletrões durante a decomposição da glicose, dos ácidos gordos e dos aminoácidos. Por isso, desempenha um papel central na produção de energia celular.
Os investigadores estudam a relação entre o metabolismo do NAD⁺ e:
-
função mitocondrial;
-
oxidação da glicose;
-
vetzuuroxidatie;
-
sensibilidade à insulina;
-
atividade física;
-
adaptação metabólica.
Neste artigo, abordamos o que é a flexibilidade metabólica, como as células alternam entre fontes de energia e qual o papel desempenhado pelo NAD⁺ nesse processo.
O que é a flexibilidade metabólica?
A flexibilidade metabólica é a capacidade das células e dos tecidos para adaptar a utilização de combustíveis às circunstâncias.
As principais fontes de energia são:
-
glicose;
-
ácidos gordos;
-
aminoácidos;
-
corpos cetónicos.
Após uma refeição rica em hidratos de carbono, a disponibilidade de glicose aumenta.
A hormona insulina estimula, entre outros processos:
-
captação de glicose;
-
armazenamento de glicogénio;
-
utilização da glicose como fonte de energia;
-
armazenamento do excesso de energia.
Durante o jejum, a disponibilidade de glicose diminui.
O organismo pode então utilizar mais:
-
ácidos gordos armazenados;
-
glicogénio hepático;
-
corpos cetónicos;
-
gluconeogénese.
Um sistema metabolicamente flexível consegue alternar de forma relativamente eficiente entre estas condições.
O que é a inflexibilidade metabólica?
A inflexibilidade metabólica significa que a capacidade de adaptar a utilização de energia está reduzida.
Isto é estudado em relação a:
-
resistência à insulina;
-
obesidade;
-
síndrome metabólica;
-
inatividade física;
-
alterações mitocondriais;
-
alterações metabólicas relacionadas com a idade.
A inflexibilidade metabólica não é uma doença independente.
É um conceito fisiológico que os investigadores utilizam para descrever alterações na utilização de combustíveis.
Uma flexibilidade reduzida pode, por exemplo, significar que os músculos alternam com menos eficiência entre a oxidação dos ácidos gordos e a da glicose.
O papel do NAD⁺ no metabolismo energético
O NAD⁺ é uma coenzima presente em praticamente todas as células humanas.
Existe principalmente sob duas formas:
-
NAD⁺: a forma oxidada;
-
NADH: a forma reduzida.
Durante a decomposição dos nutrientes, o NAD⁺ capta eletrões.
Deste modo, o NAD⁺ é convertido em NADH.
O NADH transporta estes eletrões para a cadeia de transporte de eletrões nas mitocôndrias.
A energia dos eletrões é utilizada para a produção de ATP.
O ATP é o principal transportador de energia diretamente utilizável pela célula.
Deste modo, o NAD⁺ constitui uma ligação essencial entre:
nutrientes → transferência de eletrões → mitocôndrias → ATP
NAD⁺ e metabolismo da glicose
A glicose pode ser convertida em energia através de várias etapas.
A primeira via importante é a glicólise.
Durante a glicólise, a glicose é degradada em piruvato.
Parte deste processo depende do NAD⁺.
O NAD⁺ aceita eletrões e é convertido em NADH.
Quando estão disponíveis oxigénio suficiente e capacidade mitocondrial, o piruvato pode ser convertido em acetil-CoA.
A acetil-CoA entra depois no ciclo do ácido cítrico.
Durante o ciclo do ácido cítrico formam-se mais moléculas de NADH.
Estes fornecem eletrões à cadeia mitocondrial de transporte de eletrões.
Deste modo, o NAD⁺ apoia várias fases da produção de energia a partir da glicose.
NAD⁺ e oxidação dos ácidos gordos
Os ácidos gordos constituem uma importante fonte de energia.
Sobretudo durante o repouso, o jejum e o exercício prolongado, a contribuição da oxidação dos ácidos gordos pode aumentar.
Os ácidos gordos são degradados nas mitocôndrias através da beta-oxidação.
Durante esta via formam-se, entre outros:
-
acetil-CoA;
-
NADH;
-
FADH₂.
A acetil-CoA pode entrar no ciclo do ácido cítrico.
NADH e FADH₂ fornecem eletrões à cadeia de transporte de eletrões.
A disponibilidade de coenzimas oxidadas também é importante na oxidação dos ácidos gordos.
Quando o NAD⁺ aceita eletrões, forma-se NADH.
As mitocôndrias têm de voltar a oxidar NADH em NAD⁺.
Deste modo, o ciclo metabólico continua a funcionar.
A proporção NAD⁺/NADH
A proporção entre NAD⁺ e NADH é designada por proporção redox celular.
Esta proporção pode influenciar:
-
atividade das enzimas metabólicas;
-
oxidação da glicose;
-
vetzuuroxidatie;
-
formação de lactato;
-
mitochondriale energieproductie.
Uma quantidade elevada de NADH significa que estão disponíveis muitos eletrões.
A cadeia de transporte de eletrões tem de processar estes eletrões.
Quando a capacidade oxidativa é limitada, a proporção entre NAD⁺ e NADH pode alterar-se.
As células dispõem de vários mecanismos para regular o equilíbrio redox.
A proporção ideal varia entre:
-
citoplasma;
-
mitocôndrias;
-
tipo de célula;
-
estado metabólico.
Mitocôndrias e flexibilidade metabólica
As mitocôndrias são essenciais para a oxidação da glicose e dos ácidos gordos.
Uma boa função mitocondrial apoia a capacidade de adaptar a produção de energia.
Os fatores importantes são:
-
número de mitocôndrias;
-
atividade das enzimas mitocondriais;
-
fornecimento de oxigénio;
-
capacidade de transporte de eletrões;
-
dinâmica mitocondrial;
-
qualidade das mitocôndrias.
As mitocôndrias podem adaptar-se a alterações nas necessidades energéticas.
Por exemplo, o treino físico pode levar a:
-
maior densidade mitocondrial;
-
maior capacidade oxidativa;
-
oxidação melhorada dos ácidos gordos;
-
utilização mais eficiente da energia.
Estas adaptações são reguladas por várias vias de sinalização.
As enzimas dependentes de NAD⁺ podem fazer parte destes processos.
NAD⁺ e SIRT1
A SIRT1 é uma enzima dependente de NAD⁺.
É estudada em relação a:
-
adaptação metabólica;
-
metabolismo da glicose;
-
metabolismo dos ácidos gordos;
-
biogénese mitocondrial;
-
resposta ao stress celular.
A SIRT1 pode influenciar a proteína reguladora PGC-1α.
A PGC-1α desempenha um papel importante na regulação de genes envolvidos em:
-
mitocôndrias;
-
vetzuuroxidatie;
-
metabolismo oxidativo;
-
adaptação à atividade física.
Deste modo, existe uma possível linha de investigação:
NAD⁺ → SIRT1 → PGC-1α → adaptação metabólica
Esta via é apenas uma parte de uma rede reguladora mais ampla.
NAD⁺ e SIRT3
A SIRT3 encontra-se principalmente nas mitocôndrias.
A enzima pode influenciar várias proteínas mitocondriais.
Os processos estudados incluem:
-
vetzuuroxidatie;
-
citroenzuurcyclus;
-
transporte de eletrões;
-
reações antioxidantes;
-
metabolismo energético.
A SIRT3 utiliza NAD⁺ durante as reações enzimáticas.
Deste modo, investiga-se se as alterações na disponibilidade mitocondrial de NAD⁺ podem influenciar a atividade de determinadas enzimas metabólicas.
Os efeitos biológicos diferem provavelmente consoante o tecido e o estado metabólico.
AMPK e adaptação metabólica
AMPK significa proteína cinase ativada por AMP.
A AMPK é por vezes descrita como um sensor celular de energia.
Quando a energia disponível diminui, a AMPK pode ser ativada.
A AMPK pode estimular processos que disponibilizam energia.
Exemplos:
-
captação de glicose;
-
vetzuuroxidatie;
-
adaptação mitocondrial.
Ao mesmo tempo, determinados processos que consomem energia podem ser temporariamente reduzidos.
A AMPK e as vias dependentes de NAD⁺ podem influenciar-se mutuamente.
Estas interações são estudadas no âmbito da biologia metabólica.
Insulina e alternância entre combustíveis
A insulina desempenha um papel importante na regulação da utilização de energia.
Após uma refeição, a glicemia aumenta.
O pâncreas pode então libertar insulina.
A insulina estimula, entre outros:
-
captação de glicose pelas células musculares e adiposas;
-
armazenamento de glicogénio;
-
armazenamento de gordura;
-
inibição da degradação das gorduras.
Durante o jejum, o nível de insulina diminui.
Deste modo, a disponibilidade de ácidos gordos livres pode aumentar.
Um sistema metabólico saudável adapta a utilização de combustível a estas alterações hormonais.
Na resistência à insulina, esta adaptação pode alterar-se.
Flexibilidade metabólica nos músculos esqueléticos
Os músculos esqueléticos são importantes utilizadores de glicose e ácidos gordos.
Em repouso, os músculos utilizam uma proporção relativamente elevada de ácidos gordos.
Durante o exercício intenso, aumenta a utilização de hidratos de carbono.
A escolha do combustível é influenciada por:
-
intensidade do treino;
-
duração do treino;
-
disponibilidade de oxigénio;
-
estado nutricional;
-
reserva de glicogénio;
-
capacidade mitocondrial.
Os músculos treinados apresentam frequentemente uma maior capacidade mitocondrial.
Deste modo, podem utilizar os ácidos gordos de forma mais eficiente durante determinados níveis de exercício.
O NAD⁺ apoia as reações redox necessárias tanto para a oxidação da glicose como dos ácidos gordos.
Flexibilidade metabólica durante o exercício físico
Durante o exercício, as necessidades energéticas podem aumentar significativamente.
A intensidades baixas a moderadas, uma parte relativamente grande da energia pode provir da oxidação dos ácidos gordos.
A intensidades mais elevadas, a utilização de hidratos de carbono geralmente aumenta.
Os hidratos de carbono podem fornecer ATP mais rapidamente quando as necessidades energéticas são elevadas.
O treino pode causar várias adaptações:
-
aumento do número de mitocôndrias;
-
melhor utilização do oxigénio;
-
maior armazenamento de glicogénio;
-
maior atividade das enzimas oxidativas;
-
alterações na utilização de substratos energéticos.
Estas adaptações são causadas por uma rede de sinais metabólicos.
O NAD⁺ é um cofator bioquímico necessário neste processo, mas não é o único regulador.
Flexibilidade metabólica durante o jejum
Durante o jejum, a disponibilidade das fontes de energia altera-se.
As reservas de glicogénio hepático diminuem gradualmente.
A decomposição da gordura armazenada pode aumentar.
Os ácidos gordos ficam disponíveis para vários tecidos.
Em determinadas condições, o fígado pode produzir corpos cetónicos.
O NAD⁺ e o NADH estão envolvidos em várias reações metabólicas durante estas alterações.
A resposta ao jejum varia de pessoa para pessoa.
Os fatores incluem:
-
duração do jejum;
-
leeftijd;
-
spiermassa;
-
saúde metabólica;
-
atividade física;
-
medicatiegebruik.
O jejum prolongado não é adequado para todas as pessoas e pode acarretar riscos para a saúde.
NAD⁺ e alterações metabólicas relacionadas com a idade
Durante o envelhecimento podem ocorrer alterações na:
-
spiermassa;
-
função mitocondrial;
-
sensibilidade à insulina;
-
atividade física;
-
distribuição da gordura;
-
regulação metabólica.
A investigação sugere que os níveis de NAD⁺ em determinados tecidos podem alterar-se durante o envelhecimento.
Os possíveis fatores incluem:
-
aumento da atividade das enzimas que consomem NAD⁺;
-
alterações na biossíntese do NAD⁺;
-
inflamação crónica de baixo grau;
-
danos no ADN;
-
alterações na função mitocondrial.
Ainda não é claro qual o contributo de cada fator para a flexibilidade metabólica nos seres humanos.
O que revelam os estudos em seres humanos?
Os estudos em seres humanos analisam diferentes precursores do NAD⁺.
Exemplos:
-
ribosídeo de nicotinamida;
-
mononucleótido de nicotinamida;
-
nicotinamida.
Alguns estudos mostram alterações nos metabolitos relacionados com o NAD.
Os efeitos sobre a flexibilidade metabólica são menos claros.
Os resultados estudados incluem:
-
sensibilidade à insulina;
-
metabolismo da glicose;
-
função muscular;
-
consumo de energia;
-
oxidação dos ácidos gordos.
Os resultados diferem entre os estudos.
São necessários estudos mais abrangentes e de longa duração.
Um nível mais elevado de NAD⁺ pode restaurar a flexibilidade metabólica?
Isso ainda não foi determinado.
A flexibilidade metabólica é influenciada por muitos fatores.
Exemplos:
-
mitochondriale capaciteit;
-
spiermassa;
-
atividade física;
-
sensibilidade à insulina;
-
sono;
-
alimentação;
-
leeftijd;
-
regulação hormonal.
O NAD⁺ é essencial para o metabolismo energético, mas constitui apenas uma parte deste sistema complexo.
Uma alteração nos biomarcadores relacionados com o NAD⁺ não significa automaticamente que o metabolismo global tenha melhorado.
Estilo de vida e flexibilidade metabólica
Regelmatige beweging is een belangrijke factor bij metabole aanpassing.
Onderzochte strategieën zijn:
-
duurtraining;
-
krachttraining;
-
intervaltraining;
-
dagelijkse lichamelijke activiteit.
Training kan invloed hebben op:
-
spiermassa;
-
mitochondriale capaciteit;
-
glucoseopname;
-
vetzuuroxidatie;
-
insulinegevoeligheid.
Ook slaap, voeding en de energiebalans kunnen de metabole gezondheid beïnvloeden.
Geen enkel molecuul vervangt deze gecombineerde factoren.
Beperkingen van het huidige onderzoek
Veel mechanistische kennis is afkomstig uit:
-
celonderzoek;
-
diermodellen;
-
biochemische studies.
Deze modellen zijn waardevol, maar kunnen niet rechtstreeks worden vertaald naar klinische effecten bij mensen.
Daarnaast is het NAD⁺-metabolisme weefselspecifiek.
Een verandering in bloedwaarden hoeft niet overeen te komen met veranderingen in:
-
spierweefsel;
-
lever;
-
hart;
-
hersenen.
Langetermijngegevens zijn nog beperkt.
Veiligheid en onderzoeksstatus
NAD⁺-gerelateerde verbindingen worden onderzocht binnen de metabole wetenschap.
Biologische effecten kunnen afhankelijk zijn van:
-
gebruikte verbinding;
-
concentratie;
-
onderzoeksduur;
-
toedieningsvorm;
-
leeftijd;
-
gezondheidstoestand;
-
medicatiegebruik.
Onderzoeksproducten zijn niet bedoeld als vervanging voor medische diagnose of behandeling.
Mensen met metabole aandoeningen of die medicatie gebruiken, moeten gezondheidsbeslissingen bespreken met een bevoegde arts.
Conclusie
Metabole flexibiliteit beschrijft het vermogen van cellen en weefsels om efficiënt te schakelen tussen verschillende energiebronnen.
Glucose en vetzuren worden via verschillende metabole routes afgebroken.
NAD⁺ speelt hierbij een centrale rol als elektronendrager.
Het ondersteunt:
-
glycolyse;
-
citroenzuurcyclus;
-
vetzuuroxidatie;
-
mitochondriale energieproductie.
Daarnaast gebruiken sirtuïnes NAD⁺ voor enzymatische reacties die worden onderzocht in relatie tot metabole aanpassing.
Hoewel NAD⁺ biologisch essentieel is, wordt metabole flexibiliteit bepaald door een uitgebreid netwerk van mitochondriën, hormonen, enzymen en leefstijlfactoren.
Er is meer onderzoek bij mensen nodig om vast te stellen in welke mate veranderingen in het NAD⁺-metabolisme invloed hebben op metabole flexibiliteit.
Samenvatting
NAD⁺:
-
ondersteunt het glucosemetabolisme;
-
speelt een rol bij de vetzuuroxidatie;
-
transporteert elektronen tijdens de energieproductie;
-
is verbonden met de NAD⁺/NADH-redoxbalans;
-
ondersteunt de mitochondriale ATP-productie;
-
wordt gebruikt door SIRT1 en SIRT3;
-
wordt onderzocht in relatie tot metabole flexibiliteit;
-
vormt één onderdeel van een uitgebreid metabool netwerk.
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Suggesties voor interne links:
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