La disfunzione mitocondriale è una questione centrale nella ricerca sull'invecchiamento. Comunemente chiamati "centrali elettriche delle cellule", la forza e l'efficienza dei mitocondri diminuiscono con l'età. Come se non bastasse, i mitocondri vecchi non possono più essere scomposti correttamente e intasano le cellule fino a perdere la loro funzione. Molte delle vie metaboliche associate all'invecchiamento si svolgono nei mitocondri o coinvolgono i mitocondri. Un esempio potrebbe essere il NAD.
Vi mostriamo qui cosa succede nei mitocondri, come l'età influisce sugli organelli cellulari e cosa possiamo fare per invertire potenzialmente questo segno distintivo dell'invecchiamento.
I mitocondri: una piccola meraviglia della natura
I mitocondri si trovano in numero variabile nelle cellule dell'organismo e sono una delle tante strutture che contribuiscono al corretto funzionamento delle cellule. Le cellule muscolari, le cellule sensoriali o gli oociti sono cellule con un grande fabbisogno energetico. Di conseguenza, queste cellule contengono anche un numero di mitocondri superiore alla media. In una cellula del muscolo cardiaco, la percentuale di volume raggiunge addirittura lo straordinario 36%. Questo è già un'indicazione della grande importanza di questi organelli cellulari.
Le centrali elettriche dell'organismo hanno una caratteristica particolare: sono dotate di un proprio DNA, il cosiddetto mtDNA (dall'inglese "DNA"). DNA mitocondriale), che fluttua in un anello all'interno del mitocondrio. Tuttavia, la propagazione indipendente non è possibile. Solo 37 geni compongono il genoma mitocondriale nell'uomo. Per fare un confronto: il DNA nel nucleo della cellula contiene le informazioni per 20000-25000 geni.
Lo sapevate? A differenza del nostro DNA nei nuclei delle cellule, il mtDNA si trova senza protezione nel citoplasma dei mitocondri. Questo li rende particolarmente sensibili allo stress ossidativo. Il nostro organismo glutatione e gli antiossidanti, che troviamo principalmente in sostanze vegetali secondarie , hanno un effetto protettivo.
Catena respiratoria, produzione di energia e NAD+
È noto che l'energia viene prodotta e fornita nel mitocondrio. Questo processo è chiamato respirazione cellulare e avviene attraverso la catena respiratoria - un'interazione di 5 complessi proteici che formano una catena di trasporto degli elettroni. Gli elettroni (particelle cariche negativamente) svolgono quindi un ruolo importante nel processo di generazione dell'energia. All'inizio della catena respiratoria si trova la molecola NADH, che può rilasciare due elettroni come parte del processo di produzione di energia. Questo produce ATP e il "prodotto di scarto" NAD+. Il NAD+ non è altro che la molecola NADH, ma con un protone (particella carica positivamente) e due elettroni in meno.
Per farla breve: La produzione di energia nelle nostre cellule consiste nella scissione degli elettroni contenuti negli alimenti. Durante questo processo viene rilasciata energia. Alti livelli di NAD+ significa che molto NADH viene convertito in ATP, il che significa che la cellula è in grado di produrre molta energia. È un buon segno. Il NAD+ attiva successivamente le sirtuine, un gruppo di geni associati alla longevità. Più avanti, si parlerà anche di questo.
Lo sapevate? I livelli di NAD diminuiscono con l'età. Questo può essere dimostrato, ad esempio.B. einfach mit einem NAD-Test feststellen. Le ragioni sono molteplici e vanno dalla riduzione della produzione all'aumento dell'attività estrattiva. Abbiamo riassunto la presentazione dettagliata della ricerca attuale nel nostro articolo di sintesi "Che cos'è il NAD".
regeNAD è un complesso dalla formulazione innovativa per aumentare i livelli di NAD - con luteolina e apigenina.
radicali liberi - specie reattive dell'ossigeno (ROS)
Una teoria selettiva dell'invecchiamento propone che la progressiva disfunzione mitocondriale che si verifica con l'invecchiamento porti ad un'aumentata produzione di radicali liberi (= specie reattive dell'ossigeno, ROS dall'inglese. reattiva di ossigeno ). Questo danneggia ulteriormente i mitocondri e porta quindi a un danno cellulare generale. Gli antiossidanti sono di interesse in questo caso.
Numerosi studi sostengono questa connessione, ma negli ultimi anni ci sono stati risultati di ricerca sempre più controversi a questo proposito. Ad esempio, l'aumento dei radicali liberi potrebbe prolungare la durata di vita di lieviti e nematodi. Inoltre, le manipolazioni genetiche che causano danni ossidativi non accelerano l'invecchiamento nei topi. Anche la durata di vita dei topi non è stata prolungata da manipolazioni che hanno migliorato i meccanismi di protezione antiossidante.
Al tempo stesso, la ricerca di base ha fornito solide prove del ruolo dei radicali liberi nell attivare la divisione cellulare e la segnalazione della sopravvivenza in risposta allo stress. Alla luce di questi e di molti altri risultati sorprendenti, la teoria cominciò a vacillare e si rese necessaria una rivalutazione. Come nel caso della via di segnale dell'IGF-1 , è stato possibile armonizzare i risultati, a prima vista contraddittori, sotto un ombrello comune.
Secondo questo le ROS sono un segnale di sopravvivenza indotto dallo stress per compensare il deterioramento associato all'invecchiamento. Il numero di radicali liberi aumenta quindi per garantire la sopravvivenza delle cellule. Almeno fino a quando non tradiscono il loro scopo originario e aggravano, anziché alleviare, i danni dell'età causati dall'aumento massiccio. Si potrebbe anche sintetizzare in modo diverso:
Abbiamo bisogno dei ROS, che possono agire come compagni di allenamento per le nostre cellule. Ma se diventano troppi, danneggiano le nostre cellule.
Disfunzione mitocondriale e biogenesi
L'invecchiamento dovuto alla disfunzione mitocondriale non è mediato solo dai radicali liberi (ROS). Diamo un'occhiata più da vicino ad alcuni di una serie di altri fattori. Come per molti processi dell'organismo, anche in questo caso è importante la famiglia genetica delle sirtuine . SIRT1 modula la biogenesi attraverso una proteina chiamata PGC-1α. Questa proteina è il "regolatore principale" della biogenesi mitocondriale e un collegamento diretto tra gli stimoli fisiologici esterni (come l'esercizio fisico) e la regolazione del mitocondrio.
Un esempio un po' più tangibile : se i bambini piccoli praticano sport che richiedono prestazioni di resistenza, le fibre muscolari veloci (per gli sprint) vengono riprogrammate per diventare fibre muscolari lente (per la resistenza). Queste fibre muscolari possiedono un gran numero di mitocondri per garantire un rifornimento di energia duraturo.
La quantità di mitocondri è determinata da PGC-1α: un livello elevato garantisce una maggiore produzione mitocondriale. Una certa distribuzione di base delle fibre muscolari è tuttavia geneticamente predeterminata. Tuttavia, la parte variabile più piccola è guidata da requisiti fisici attraverso PGC-1α. I genitori possono quindi influenzare indirettamente lo sviluppo muscolare dei loro figli attraverso la scelta dello sport.
Sapevate che mentre l'esercizio fisico può far salire i livelli di PGC-1α, causa infiammazione che PGC-1α scende. In genere, Nf-kB viene attivato durante i processi infiammatori dell'organismo e questo può avere un effetto negativo diretto su PGC-1α. Questo dimostra ancora una volta che i vari segni dell'invecchiamento interagiscono tra loro e sono difficili da separare. L'infiammazione, il decimo segno distintivo, contribuisce quindi direttamente alla disfunzione mitocondriale.
Zurück zu den Langlebigkeitspfaden. SIRT1 controlla anche la rimozione dei mitocondri danneggiati tramite autofagia, un tipo di eliminazione dei rifiuti nell'organismo. La SIRT3 ha come bersaglio gli enzimi coinvolti nel metabolismo energetico ed è anche in grado di controllare direttamente il tasso di produzione di radicali liberi.
Da un punto di vista generale, questi risultati supportano l'ipotesi che le sirtuine agiscano come una sorta di sensore metabolico per influenzare la funzione mitocondriale e proteggere dalle malattie legate all'età. Poiché i mitocondri hanno un proprio piccolo genoma, le mutazioni nelle informazioni genetiche ne compromettono naturalmente la funzionalità.
Dalla teoria alla pratica
Quanto ai meccanismi molecolari nella struttura mitocondriale. Cosa significano queste scoperte per la nostra vita quotidiana? Alcuni studi hanno dimostrato che l'allenamento di resistenza e l'alternanza di digiuno migliorano la salute, in quanto possono prevenire la degenerazione mitocondriale. Da un lato, ciò è dovuto all'autofagia, che può essere attivata in modo potente sia dal digiuno che dall'allenamento di resistenza. D'altra parte, varie forme di digiuno attivano ulteriori vie di longevità, come le sirtuine.
Mitoormesi - piccoli stimoli, grandi effetti
Questo termine dal suono un po' misterioso è composto da mitocondrio e ormesi . Secondo il concetto di ormesi , i trattamenti tossici lievi innescano reazioni compensatorie favorevoli. Le reazioni compensatorie superano la riparazione del danno scatenante e portano quindi a un miglioramento della fitness cellulare rispetto allo stato precedente al danno.
Le origini di questa ipotesi risalgono a Paracelso e quindi al XVI secolo. Secolo indietro. Nel corso del tempo, questa opinione è stata confermata sperimentalmente e utilizzata anche in campo medico per sostanze come digitalis (insufficienza cardiaca), colchicina (gotta) o opiati (dolore).
Anche diverse linee di ricerca sull'invecchiamento si sono concentrate su questo concetto. Anche se una disfunzione mitocondriale grave fa ammalare, solo una disfunzione lieve può prolungare la durata della vita grazie a una risposta ormonale. Esistono prove scientifiche a sostegno del fatto che la metformina e il resveratrolo sono blandi veleni mitocondriali che inducono uno stato di bassa energia e quindi aumentano i livelli di AMP. Conosciamo già la conseguenza del documento sulla misurazione regolata dei nutrienti: AMPK si attiva e questo rallenta l'invecchiamento.
La metformina ha prolungato la vita dei nematodi e dei topi in alcuni studi. In condizioni di dieta normale, il resveratrolo non ha prolungato la durata della vita dei topi, ma è ampiamente dimostrato che protegge dai danni metabolici e migliora la funzione mitocondriale aumentando la PGC-1α. L'osservazione che la sovraespressione di PGC-1α prolunga la durata della vita dei moscerini della frutta fornisce ulteriori prove del ruolo della proteina nella longevità.
Riassunto delle vie di segnalazione legate ai mitocondri e all'invecchiamento. Alla mitomorfosi, alla PGC1a e ai radicali liberi viene attribuita una funzione protettiva.
Conclusione: come si possono rafforzare i mitocondri?
I mitocondri non sono solo le centrali elettriche della cellula, ma anche potenziali fonti di invecchiamento sano. La funzione, o meglio la non funzione, ha una profonda influenza sul processo di invecchiamento.
Gli studi dimostrano chiaramente che esercitando z.B. Mitochondrien stärken kann. L'allenamento della resistenza e della forza, anche in età avanzata, costituisce la base. Inoltre, è necessario proteggere i mitocondri da un eccessivo stress ossidativo attraverso una dieta ricca di sostanze fitochimiche. Il resveratrolo, ad esempio, ha dimostrato di avere un effetto positivo sui mitocondri.
La salute dei mitocondri è sempre strettamente legata al livello di NAD. Siccome questi diminuiscono con l'età, può essere opportuno integrare i precursori, come quelli contenuti in regeNAD . L'ultimo aspetto del rafforzamento dei mitocondri consiste nel garantire che lo "smaltimento" dei mitocondri vecchi funzioni senza problemi. Tuttavia, l'autofagia (macro) alterata è di per sé un segno distintivo dell'invecchiamento, motivo per cui esamineremo questo aspetto in modo più approfondito in un altro articolo.
In conclusione, si può affermare che i mitocondri rappresentano un aspetto affascinante della ricerca sull'invecchiamento. L'obiettivo per il futuro è scoprire ancora di più perché i mitocondri non sono più così efficienti in età avanzata e come possiamo invertire questa tendenza. I primi passi sono già stati fatti.
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Il prossimo articolo di questa serie riguarda il settimo segno distintivo dell'invecchiamento: la senescenza cellulare.
