Staranje ali staranje se na splošno obravnava kot nujna sestavina človeškega življenja. Gerontologija zajema preučevanje procesov staranja in učinkov staranja, ena zanimiva veja gerontologije pa skuša razumeti biološke procese, ki pospešujejo staranje. Obstaja veliko teorij o staranju in več kot nekaj jih obravnava vlogo drobne celične strukture, ki se je mnogi posamezniki verjetno niti ne zavedajo: mitohondijo. Ta struktura pomaga pri številnih celičnih funkcijah, motnje v kateri koli od naslednjih funkcij pa lahko potencialno povzročijo staranje: celična delitev, celična signalizacija in celična smrt. Morda najbolj znana mitohondrijska teorija staranja zadeva vpliv nestabilnih kisikovih molekul, imenovanih prosti radikali, na mitohondrijske strukture.
Mitohondrije bi lahko obravnavali kot energijske tovarne celic. Vsaka človeška celica ima od desetine do tisoče teh tovarn. Vsak majhen mitohondrij deluje tako, da proizvaja energijo, ki poganja različne procese, od dihanja do hoje. To energijo ustvarijo tako, da razgradijo molekule hrane v elektrone, ki se nato shranijo v energetskih snopih adenozin trifosfata (ATP).
Mitohondrijske strukture imajo drugačno vrsto deoksiribonukleinske kisline (DNK) kot drugi celični deli. DNK, ki jo vsebujejo mitohondriji, je znana kot mitohondrijska DNK (mDNA) in ne vsebuje enake ravni zaščite kot tradicionalna DNK. Tako encimi kot proteini, imenovani histoni, običajno ščitijo DNK pred kakršnimi koli večjimi poškodbami, vendar mDNK teh snovi nima. Tako kot mitohondriji utrpijo poškodbe, tako trpijo tudi energetski procesi, ki narekujejo toliko človeških sposobnosti. Celična degeneracija je tako eden pomembnejših pristopov k mitohondrijski teoriji staranja.
Tesno povezana podrazdelitev mitohondrijske teorije staranja o celični degeneraciji je teorija prostih radikalov. Večina molekul v telesu deluje stabilno in predvidljivo, vendar lahko še vedno nastane nestabilnost, zlasti v telesnih molekulah kisika. Ko molekule kisika izgubijo svoj red, jih imenujemo prosti radikali. Ti kaotični delci lahko povzročijo hudo opustošenje na krhkih območjih in uspevajo v mitohondrijskih območjih, saj vsak mitohondrij izvaja dihanje celic. Zaradi pomanjkanja zaščite so verige mitohondrijske DNK med najbolj ranljivimi za napad prostih radikalov.
Mitohondriji imajo poleg proizvodnje energije še druge ključne funkcije in vsaka od teh funkcij lahko služi kot leča v mitohondrijske teorije staranja. Na primer, snovi so pomemben temelj celične delitve, s katero se ena celica razdeli na več novih celic. Ta proces pomaga nadomeščati stare in obrabljene celice, tako da če se celična delitev upočasni ali ustavi, se bodo učinki proliferacije starih celic čutili tako znotraj kot zunaj telesa. Disfunkcionalni mitohondriji bodo močno vplivali na zmožnost delitve celic.
V zvezi s tem lahko te strukture v veliki meri narekujejo tudi programirano celično smrt: proces, pri katerem se celice v bistvu samouničijo. Različni procesi, ki bi lahko olajšali ta samomor, vključujejo fragmentacijo DNK, mutacijo celičnih membran ter razgradnjo in krčenje celičnega jedra. Če se programirana celična smrt kaže s staranjem, kot verjamejo številni raziskovalci, potem vloga mitohondrijev pri spodbujanju programirane celične smrti dodaja še en vidik mitohondrijskim teorijam staranja.
Celice lahko komunicirajo med seboj v veliki meri tudi zaradi mitohondrijev. Mitohondriji pomagajo pri celični signalizaciji, kjer celice prenašajo impulze informacij, ki se nanašajo na ravnotežje, popravilo tkiva in druge procese. Trajna poškodba mitohondrijev lahko povzroči napake pri obdelavi teh informacij. Raziskovalci, osredotočeni na teorije napak, krivijo ta izid za številne bolezni. Teoretiki staranja lahko napačno celično signalizacijo pripišejo tudi procesom staranja.
Številni dejavniki lahko vplivajo na zdravje in delovanje mitohondrijev. Kot smo že omenili, teorija prostih radikalov ponuja eno razlago za okvarjene mitohondrije. Podobno škodo lahko povzročijo celične mutacije in te mutacije so lahko posledica prehrane, podedovanih stanj ali zgolj naključja. Včasih pride do poškodb zaradi naravne obrabe sčasoma. Ker ima večina kožnih celic samo en mitohondrij, ki jih vzdržuje skozi celotno življenjsko dobo, morda ni presenetljivo, da je koža eno najbolj vidnih področij za učinke staranja.
Raziskave mitohondrijske teorije staranja so privedle do nekaterih priporočil za zdravljenje. Prvič, domneva se, da vitamini B kompleksa lajšajo in popravljajo nekatere encimske napake, ki jih povzročajo poškodbe mitohondrijev. Poleg tega lahko snovi lipoična kislina in alkar preusmerita možganske dejavnosti za proizvodnjo energije proti mitohondrijem, če so ti procesi drugače ovirani.