La cantidad y la densidad mitocondrial están asociadas a un mayor metabolismo oxidativo. Se ha demostrado que una dieta hipocalórica alta en grasas/baja en carbohidratos (HF/LC) puede regular al alza los marcadores transcripcionales de la biogénesis mitocondrial; esto aún no se había explorado in vivo tras una dieta alta en proteínas/baja en carbohidratos (HP/LC). Por lo tanto, los objetivos del estudio eran explorar dichas dietas en los marcadores transcripcionales o la biogénesis mitocondrial, la composición corporal y la tasa metabólica en reposo (RMR). A 45 participantes masculinos sanos se les asignó aleatoriamente una de las cuatro dietas de intervención: alta en proteínas y baja en carbohidratos (PRO-EM), alta en proteínas y baja en carbohidratos (PRO-ER), alta en carbohidratos (CHO-EM) o alta en carbohidratos (CHO-ER). La proporción de macronutrientes de la dieta alta en proteínas y de la dieta alta en carbohidratos fue de 40:30:30% y 10:60:30% (PRO:CHO:FAT) respectivamente. La ingesta energética de las dietas hipocalóricas se calculó para que coincidiera con la tasa metabólica en reposo. Los participantes visitaron el laboratorio en 3 ocasiones separadas por 7 días. En cada visita se recogió la composición corporal, la tasa metabólica en reposo y una biopsia muscular del vasto lateral. Antes de las visitas 1 y 2 se consumió la dieta habitual que se utilizó como control, entre las visitas 2 y 3 se consumió la dieta de intervención de forma continua durante 7 días. No se observó ningún efecto grupo × tiempo, sin embargo en el grupo PRO-ER se observó un aumento significativo en la expresión de ARNm de AMPK, PGC-1α, SIRT1 y SIRT3 después de la intervención de la dieta (p < 0,05). No se observaron cambios en ninguno de los marcadores transcripcionales en los otros 3 grupos. A pesar de la reducción de ∼30% en la ingesta de calorías no se observó ninguna diferencia en la pérdida de masa magra (LM) entre los grupos PRO-ER y CHO-EM. Los resultados de este estudio sugieren que una dieta hipocalórica de 7 días rica en proteínas y baja en carbohidratos aumentó la expresión de ARNm de AMPK, SIRT1 y PGC-1 α en reposo, y también sugieren que el aumento de proteínas en la dieta puede atenuar la pérdida de masa magra en un estado hipocalórico.