Ikääntyminen tai vanheneminen nähdään yleensä välttämättömänä osana ihmisen elämää. Gerontologia kattaa ikääntymisprosessien ja ikääntymisvaikutusten tutkimuksen, ja yksi gerontologian kiehtova haara pyrkii ymmärtämään ikääntymistä edistäviä biologisia prosesseja. Ikääntymisestä on olemassa monia teorioita, ja useimmat pitävät pienen solurakenteen roolia, jota monet ihmiset eivät todennäköisesti edes tiedä: mitokondionia. Tämä rakenne auttaa monia solun toimintoja, ja häiriöt missä tahansa seuraavista toiminnoista voivat mahdollisesti aiheuttaa ikääntymistä: solujen jakautuminen, solujen signalointi ja solukuolema. Ehkä tunnetuin mitokondrioteoria ikääntymisestä koskee vapaiksi radikaaleiksi kutsuttujen epävakaiden happimolekyylien vaikutusta mitokondrioiden rakenteisiin.
Mitokondrioita voidaan pitää solujen energiatehtaina. Jokaisessa ihmissolussa on kymmenistä tuhansiin näitä tehtaita. Jokainen pieni mitokondrio tuottaa energiaa, joka ohjaa erilaisia prosesseja hengityksestä kävelyyn. Ne luovat tämän energian hajottamalla ruokamolekyylejä elektroneiksi, jotka sitten varastoidaan adenosiinitrifosfaatti (ATP) -energianippuihin.
Mitokondriorakenteissa on erilainen deoksiribonukleiinihappo (DNA) kuin muissa solun osissa. Mitokondrioiden sisältämä DNA tunnetaan nimellä mitokondriaalinen DNA (mDNA), eikä se sisällä samaa suojaustasoa kuin perinteinen DNA. Sekä entsyymit että proteiinit, joita kutsutaan histoneiksi, suojaavat tyypillisesti DNA:ta kaikilta suurilta vaurioilta, mutta mDNA:sta puuttuu nämä aineet. Siksi, kun mitokondrio kärsii vaurioista, niin myös energiaprosessit, jotka sanelevat niin paljon ihmisen kyvyistä. Solujen rappeutuminen on siten yksi merkittävimmistä lähestymistavoista mitokondrioiden ikääntymisen teorioissa.
Vanhenemisen mitokondrioiden soludegeneraatioteorian läheisesti liittyvä alajako on vapaiden radikaalien teoria. Suurin osa kehon molekyyleistä toimii vakaasti ja ennustettavasti, mutta epävakautta voi silti syntyä, erityisesti kehon happimolekyyleissä. Kun happimolekyylit menettävät järjestyksensä, niitä kutsutaan vapaiksi radikaaleiksi. Nämä kaoottiset hiukkaset voivat aiheuttaa vakavaa tuhoa herkille alueille, ja ne viihtyvät mitokondrioalueilla, koska jokainen mitokondrio hengittää soluja. Suojan puutteen vuoksi mitokondrioiden DNA-juosteet ovat haavoittuvimpia vapaiden radikaalien hyökkäykselle.
Mitokondrioilla on muita avaintoimintoja energiantuotannon lisäksi, ja jokainen näistä toiminnoista voi toimia linssinä mitokondrioiden ikääntymisen teorioihin. Esimerkiksi aineet ovat tärkeä kulmakivi solujen jakautumisessa, jolloin yksi solu jakautuu useiksi uusiksi soluiksi. Tämä prosessi auttaa korvaamaan vanhoja ja kuluneita soluja, joten jos solujen jakautuminen hidastuu tai pysähtyy, vanhojen solujen lisääntymisen vaikutukset tuntuvat sekä kehossa että sen ulkopuolella. Toimimattomat mitokondriot vaikuttavat suuresti solun jakautumiskykyyn.
Tähän liittyvään huomautukseen, nämä rakenteet voivat myös suurelta osin sanella ohjelmoidun solukuoleman: prosessin, jossa solut olennaisesti tuhoavat itsensä. Erilaisia prosesseja, jotka voivat helpottaa tätä itsemurhaa, ovat DNA:n fragmentointi, solukalvojen mutatoituminen sekä solun ytimen hajottaminen ja kutistuminen. Jos ohjelmoitu solukuolema ilmenee ikääntymisen kautta, kuten monet tutkijat uskovat, niin mitokondrioiden rooli ohjelmoidun solukuoleman edistämisessä lisää vielä yhden näkökohdan mitokondrioiden ikääntymisen teorioihin.
Solut voivat kommunikoida toistensa kanssa suurelta osin myös mitokondrioiden takia. Mitokondriot auttavat solujen signaloinnissa, jossa solut välittävät tiedon impulsseja, jotka liittyvät tasapainoon, kudosten korjaukseen ja muihin prosesseihin. Jatkuva mitokondriovaurio voi aiheuttaa virheitä tässä tiedonkäsittelyssä. Virheteorioihin keskittyneet tutkijat syyttävät tätä tulosta monista sairauksista. Ikääntymisen teoreetikot voivat myös katsoa, että solujen viallinen signalointi johtuu ikääntymisprosesseista.
Monet tekijät voivat vaikuttaa mitokondrion terveyteen ja toimintaan. Kuten aiemmin mainittiin, vapaiden radikaalien teoria tarjoaa yhden selityksen viallisille mitokondrioille. Solumutaatiot voivat aiheuttaa samanlaisia vahinkoja, ja nämä mutaatiot voivat johtua ruokavaliosta, perinnöllisistä sairauksista tai vain yksinkertaisesta sattumasta. Joskus vauriot johtuvat luonnollisesta kulumisesta ajan myötä. Koska useimmilla ihosoluilla on vain yksi mitokondrio, joka ylläpitää niitä koko elinkaaren ajan, ei ehkä ole yllättävää, että iho on yksi näkyvimmistä ikääntymisvaikutusten alueista.
Ikääntymisen mitokondrioteorioiden tutkimus on johtanut joihinkin korjaussuosituksiin. Ensinnäkin B-kompleksivitamiinien uskotaan lievittävän ja korjaavan joitain mitokondriovaurioiden aiheuttamia entsyymivirheitä. Lisäksi lipoiinihappo ja alkari voivat ohjata aivojen energiantuotantoa kohti mitokondrioita, kun nämä prosessit ovat muuten estyneet.