Η γήρανση, ή η γήρανση, θεωρείται γενικά ως απαραίτητο συστατικό της ανθρώπινης ζωής. Η γεροντολογία περιλαμβάνει τη μελέτη των διαδικασιών γήρανσης και των επιπτώσεων της γήρανσης, και ένας ενδιαφέρων κλάδος της γεροντολογίας επιδιώκει να κατανοήσει τις βιολογικές διεργασίες που διευκολύνουν τη γήρανση. Υπάρχουν πολλές θεωρίες γήρανσης και περισσότερες από λίγες θεωρούν τον ρόλο μιας μικροσκοπικής κυτταρικής δομής που πολλά άτομα πιθανότατα δεν γνωρίζουν καν: του μιτοχονδίου. Αυτή η δομή βοηθά σε πολλές κυτταρικές λειτουργίες και οι διαταραχές σε οποιαδήποτε από τις ακόλουθες λειτουργίες θα μπορούσαν ενδεχομένως να προκαλέσουν γήρανση: κυτταρική διαίρεση, κυτταρική σηματοδότηση και κυτταρικό θάνατο. Ίσως η πιο γνωστή μιτοχονδριακή θεωρία της γήρανσης αφορά την επίδραση ασταθών μορίων οξυγόνου που ονομάζονται ελεύθερες ρίζες στις μιτοχονδριακές δομές.
Τα μιτοχόνδρια θα μπορούσαν να θεωρηθούν ως εργοστάσια ενέργειας των κυττάρων. Κάθε ανθρώπινο κύτταρο διαθέτει από δεκάδες έως χιλιάδες από αυτά τα εργοστάσια. Κάθε μικροσκοπικό μιτοχόνδριο λειτουργεί για να παράγει ενέργεια που ενεργοποιεί διάφορες διαδικασίες, από την αναπνοή μέχρι το περπάτημα. Δημιουργούν αυτή την ενέργεια διασπώντας τα μόρια των τροφίμων σε ηλεκτρόνια που στη συνέχεια αποθηκεύονται σε ενεργειακές δέσμες τριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP).
Οι μιτοχονδριακές δομές έχουν διαφορετικό είδος δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος (DNA) από άλλα κυτταρικά μέρη. Το DNA που περιέχεται στα μιτοχόνδρια είναι γνωστό ως μιτοχονδριακό DNA (mDNA) και δεν περιέχει το ίδιο επίπεδο προστασίας με το παραδοσιακό DNA. Τόσο τα ένζυμα όσο και οι πρωτεΐνες που ονομάζονται ιστόνες τυπικά προστατεύουν το DNA από οποιαδήποτε σημαντική βλάβη, αλλά το mDNA στερείται αυτών των ουσιών. Επομένως, όπως ένα μιτοχόνδριο υφίσταται ζημιά, το ίδιο κάνουν και οι ενεργειακές διεργασίες που υπαγορεύουν τόσο μεγάλο μέρος της ανθρώπινης ικανότητας. Ο κυτταρικός εκφυλισμός είναι επομένως μια από τις πιο σημαντικές προσεγγίσεις στις μιτοχονδριακές θεωρίες της γήρανσης.
Μια στενά συνδεδεμένη υποδιαίρεση της μιτοχονδριακής θεωρίας του εκφυλισμού των κυττάρων της γήρανσης είναι η θεωρία των ελεύθερων ριζών. Τα περισσότερα μόρια στο σώμα λειτουργούν με σταθερό και προβλέψιμο τρόπο, ωστόσο μπορεί να προκύψει αστάθεια, ιδιαίτερα στα μόρια οξυγόνου του σώματος. Μόλις τα μόρια οξυγόνου χάσουν τη σειρά τους, ονομάζονται ελεύθερες ρίζες. Αυτά τα χαοτικά σωματίδια μπορούν να προκαλέσουν σοβαρό όλεθρο σε εύθραυστες περιοχές και ευδοκιμούν στις μιτοχονδριακές περιοχές, αφού κάθε μιτοχόνδριο εκτελεί αναπνοή για τα κύτταρα. Λόγω της έλλειψης προστασίας τους, οι κλώνοι του μιτοχονδριακού DNA είναι από τους πιο ευάλωτους σε επίθεση ελεύθερων ριζών.
Τα μιτοχόνδρια έχουν και άλλες βασικές λειτουργίες εκτός από την παραγωγή ενέργειας και καθεμία από αυτές τις λειτουργίες μπορεί να χρησιμεύσει ως φακός στις μιτοχονδριακές θεωρίες γήρανσης. Για παράδειγμα, οι ουσίες είναι ένας σημαντικός ακρογωνιαίος λίθος της κυτταρικής διαίρεσης, με την οποία ένα κύτταρο διασπάται σε πολλαπλά νέα κύτταρα. Αυτή η διαδικασία βοηθά στην αντικατάσταση των παλαιών και φθαρμένων κυττάρων, επομένως εάν η κυτταρική διαίρεση επιβραδύνει ή σταματήσει, τότε τα αποτελέσματα του πολλαπλασιασμού των παλαιών κυττάρων θα γίνουν αισθητά τόσο μέσα όσο και έξω από το σώμα. Τα δυσλειτουργικά μιτοχόνδρια θα επηρεάσουν σε μεγάλο βαθμό τις δυνατότητες κυτταρικής διαίρεσης.
Σε μια σχετική σημείωση, αυτές οι δομές μπορεί επίσης να υπαγορεύουν σε μεγάλο βαθμό τον προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο: μια διαδικασία όπου τα κύτταρα ουσιαστικά αυτοκαταστρέφονται. Διαφορετικές διαδικασίες που θα μπορούσαν να διευκολύνουν αυτήν την αυτοκτονία περιλαμβάνουν τον κατακερματισμό του DNA, τη μετάλλαξη των κυτταρικών μεμβρανών και τη διάσπαση και συρρίκνωση του πυρήνα του κυττάρου. Εάν ο προγραμματισμένος κυτταρικός θάνατος εκδηλώνεται μέσω της γήρανσης, όπως πιστεύουν πολλοί ερευνητές, τότε ο ρόλος του μιτοχονδρίου στη διευκόλυνση του προγραμματισμένου κυτταρικού θανάτου προσθέτει μια άλλη πτυχή στις μιτοχονδριακές θεωρίες της γήρανσης.
Τα κύτταρα μπορούν να επικοινωνούν μεταξύ τους σε μεγάλο βαθμό και λόγω των μιτοχονδρίων. Τα μιτοχόνδρια βοηθούν στη σηματοδότηση των κυττάρων, όπου τα κύτταρα μεταδίδουν ωθήσεις πληροφοριών που σχετίζονται με την ισορροπία, την επισκευή ιστών και άλλες διαδικασίες. Η παρατεταμένη μιτοχονδριακή βλάβη μπορεί να προκαλέσει σφάλματα σε αυτήν την επεξεργασία πληροφοριών. Οι ερευνητές που επικεντρώθηκαν στις θεωρίες σφαλμάτων κατηγορούν αυτό το αποτέλεσμα για πολλές ασθένειες. Οι θεωρητικοί της γήρανσης μπορεί επίσης να αποδίδουν ελαττωματική κυτταρική σηματοδότηση στις διαδικασίες γήρανσης.
Πολλοί παράγοντες μπορούν να επηρεάσουν την υγεία και τη λειτουργία ενός μιτοχονδρίου. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η θεωρία των ελεύθερων ριζών παρέχει μια εξήγηση για τα ελαττωματικά μιτοχόνδρια. Οι κυτταρικές μεταλλάξεις μπορούν να προκαλέσουν παρόμοια ζημιά και αυτές οι μεταλλάξεις μπορεί να προκύψουν από δίαιτα, κληρονομικές παθήσεις ή απλώς απλή πιθανότητα. Μερικές φορές, η ζημιά προκύπτει από φυσική φθορά με την πάροδο του χρόνου. Δεδομένου ότι τα περισσότερα κύτταρα του δέρματος έχουν μόνο ένα μιτοχόνδριο για να τα διατηρήσει σε όλη τη διάρκεια της ζωής τους, δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι το δέρμα είναι μια από τις πιο ορατές περιοχές για τα αποτελέσματα της γήρανσης.
Η έρευνα στις μιτοχονδριακές θεωρίες της γήρανσης έχει οδηγήσει σε ορισμένες συστάσεις θεραπείας. Πρώτον, οι βιταμίνες του συμπλέγματος Β πιστεύεται ότι ανακουφίζουν και διορθώνουν ορισμένες από τις ατέλειες των ενζύμων που προκαλούνται από μιτοχονδριακή βλάβη. Επιπλέον, οι ουσίες λιποϊκό οξύ και αλκάρ μπορεί να ανακατευθύνουν τις δραστηριότητες παραγωγής ενέργειας του εγκεφάλου προς τα μιτοχόνδρια όταν αυτές οι διεργασίες έχουν παρεμποδιστεί διαφορετικά.