Biogénesis mitocondrial y capacidad oxidativa

La biogénesis mitocondrial es el proceso mediante el cual las células aumentan su contenido mitocondrial, y la capacidad oxidativa es la habilidad resultante de un tejido para generar energía aeróbicamente. En el músculo esquelético, el ejercicio de resistencia repetido estimula la síntesis de nuevas proteínas mitocondriales y el crecimiento de la red mitocondrial, lo que aumenta la capacidad del músculo para oxidar combustibles y mantener un trabajo prolongado.

Definition

La biogénesis mitocondrial es la expansión coordinada del número y contenido proteico mitocondrial a través de la expresión integrada de los genomas nuclear y mitocondrial, y la capacidad oxidativa es la capacidad consecuente del tejido para la producción aeróbica de ATP mediante fosforilación oxidativa.

Scope

El tema abarca el control transcripcional de la biogénesis mitocondrial, la señalización de detección de energía que la desencadena durante el ejercicio, el papel del coactivador PGC-1 alpha como regulador maestro, y la forma en que el aumento resultante de la capacidad oxidativa apoya la resistencia. Se enmarca como un tema de referencia fisiológica más que como una guía de ejercicio.

Core questions

• ¿Cómo una sesión de ejercicio le indica a la célula que produzca más mitocondrias?
• ¿Por qué se describe a PGC-1 alpha como un regulador maestro de la biogénesis mitocondrial?
• ¿Cómo se traduce el aumento del contenido mitocondrial en una mayor capacidad de resistencia?

Key concepts

• Biogénesis mitocondrial
• Fosforilación oxidativa
• Coactivador PGC-1 alpha
• AMPK y detección de energía
• Señalización calcio-calmodulina
• Coordinación núcleo-mitocondrial
• Actividad enzimática oxidativa

Key theories

PGC-1 alpha como regulador maestro de la biogénesis

La señalización de energía y calcio inducida por el ejercicio converge en el coactivador transcripcional PGC-1 alpha, que coordina los programas de expresión génica nuclear y mitocondrial necesarios para construir nuevas mitocondrias, convirtiéndolo en un nodo central que vincula el estímulo del ejercicio con la expansión de la capacidad oxidativa.

Mechanisms

Durante el ejercicio, el aumento de la demanda de ATP y los cambios concomitantes en la carga energética celular, la concentración de calcio y el estado redox activan vías de señalización, notablemente AMPK y la señalización dependiente de calcio-calmodulina, que aumentan la actividad y expresión del coactivador transcripcional PGC-1 alpha. PGC-1 alpha coactiva factores de transcripción que impulsan la expresión de proteínas mitocondriales codificadas nuclearmente y coordina esto con el genoma mitocondrial, de modo que los dos genomas actúan conjuntamente para ensamblar nuevas mitocondrias. Cada sesión de ejercicio produce un aumento transitorio en la señalización y expresión génica relevantes, y la repetición de estas sesiones se acumula en un aumento sostenido del contenido mitocondrial y la actividad enzimática oxidativa, la adaptación periférica demostrada bioquímicamente por primera vez por Holloszy. La magnitud de la respuesta de señalización es sensible a la intensidad del ejercicio, lo que ayuda a explicar por qué diferentes formatos de resistencia e intervalos pueden diferir en su efecto sobre la biogénesis.

Clinical relevance

La capacidad oxidativa del músculo esquelético está estrechamente ligada a la resistencia, la flexibilidad metabólica y aspectos de la salud metabólica, razón por la cual la adaptación mitocondrial es un foco de la fisiología del ejercicio. Esta entrada explica los mecanismos subyacentes como material de referencia y no proporciona prescripciones de ejercicio ni asesoramiento médico individualizado.

Evidence & guidelines

La comprensión mecanicista se basa en estudios de fisiología celular y humana, incluyendo trabajos fundamentales que identifican a PGC-1 alpha como un regulador de la biogénesis mitocondrial y demostraciones de que el ejercicio aumenta rápidamente su abundancia, junto con revisiones que sintetizan cómo las mitocondrias musculares se adaptan al entrenamiento. Estos describen evidencia fisiológica en lugar de guías clínicas.

History

El reconocimiento de que el entrenamiento de resistencia aumenta el contenido mitocondrial muscular y la actividad enzimática respiratoria, establecido en la década de 1960, abrió el estudio de la biogénesis inducida por el ejercicio. La posterior identificación de la familia PGC-1 de coactivadores transcripcionales proporcionó un interruptor maestro molecular que coordina la expresión génica mitocondrial, y las demostraciones de que una sola sesión de ejercicio eleva rápidamente PGC-1 alpha vincularon la señal aguda del ejercicio con la expansión a largo plazo de la capacidad oxidativa.

Debates

¿El entrenamiento aumenta la cantidad mitocondrial, la calidad intrínseca o ambas?

Si la mejora de la capacidad oxidativa muscular refleja principalmente más mitocondrias, cambios en la función por unidad de mitocondrias, o una combinación, sigue siendo una pregunta activa, con implicaciones sobre cómo se miden e interpretan las adaptaciones oxidativas.

Key figures

• John Holloszy
• Bruce Spiegelman
• Keith Baar
• Carsten Lundby
• Brendan Egan

Seminal works

• holloszy-1967
• baar-esser-2002
• lin-2005

Frequently asked questions

¿Qué es la biogénesis mitocondrial?

Es el proceso mediante el cual una célula aumenta su contenido mitocondrial al producir nuevas proteínas mitocondriales y expandir la red mitocondrial, coordinando para ello los genomas nuclear y mitocondrial.

¿Por qué el ejercicio de resistencia aumenta la capacidad oxidativa de un músculo?

Las sesiones repetidas de resistencia activan la señalización de detección de energía y calcio que involucra al coactivador PGC-1 alpha, impulsando la síntesis de nuevas mitocondrias y enzimas oxidativas para que el músculo pueda producir más energía aeróbicamente.