Altern oder Seneszenz wird im Allgemeinen als notwendiger Bestandteil des menschlichen Lebens angesehen. Die Gerontologie umfasst die Untersuchung von Alterungsprozessen und Alterungseffekten, und ein faszinierender Zweig der Gerontologie versucht, die biologischen Prozesse zu verstehen, die das Altern erleichtern. Es gibt viele Theorien über das Altern, und mehr als nur wenige berücksichtigen die Rolle einer winzigen Zellstruktur, der sich viele Menschen wahrscheinlich nicht einmal bewusst sind: das Mitochondrium. Diese Struktur hilft bei vielen Zellfunktionen, und Störungen in einer der folgenden Funktionen können möglicherweise das Altern induzieren: Zellteilung, Zellsignalisierung und Zelltod. Die vielleicht bekannteste mitochondriale Theorie des Alterns betrifft den Einfluss instabiler Sauerstoffmoleküle, die als freie Radikale bezeichnet werden, auf mitochondriale Strukturen.
Mitochondrien kann man sich als Energiefabriken der Zellen vorstellen. Jede menschliche Zelle besitzt Dutzende bis Tausende dieser Fabriken. Jedes winzige Mitochondrium produziert Energie, die verschiedene Prozesse antreibt, vom Atmen bis zum Gehen. Sie erzeugen diese Energie, indem sie Nahrungsmoleküle in Elektronen zerlegen, die dann in Adenosintriphosphat (ATP)-Energiebündeln gespeichert werden.
Die mitochondrialen Strukturen haben eine andere Art von Desoxyribonukleinsäure (DNA) als andere zelluläre Teile. Die in Mitochondrien enthaltene DNA wird als mitochondriale DNA (mDNA) bezeichnet und enthält nicht den gleichen Schutz wie herkömmliche DNA. Sowohl Enzyme als auch Proteine, die Histone genannt werden, schützen die DNA typischerweise vor größeren Schäden, aber der mDNA fehlen diese Substanzen. So wie ein Mitochondrium Schaden erleidet, tun dies auch die Energieprozesse, die so viele menschliche Fähigkeiten bestimmen. Die zelluläre Degeneration ist daher einer der bedeutendsten Ansätze für mitochondriale Theorien des Alterns.
Eine eng verbundene Unterteilung der mitochondrialen Zelldegenerationstheorie des Alterns ist die Theorie der freien Radikale. Die meisten Moleküle im Körper arbeiten stabil und vorhersehbar, dennoch kann es zu Instabilität kommen, insbesondere bei den Sauerstoffmolekülen des Körpers. Sobald Sauerstoffmoleküle ihre Ordnung verlieren, werden sie als freie Radikale bezeichnet. Diese chaotischen Partikel können in fragilen Bereichen schwere Verwüstung anrichten und gedeihen in den mitochondrialen Bereichen, da jedes Mitochondrium die Atmung für die Zellen durchführt. Aufgrund ihres fehlenden Schutzes gehören die mitochondrialen DNA-Stränge zu den anfälligsten für einen Angriff freier Radikale.
Mitochondrien haben neben der Energieproduktion noch andere Schlüsselfunktionen, und jede dieser Funktionen kann als Linse in die mitochondrialen Theorien des Alterns dienen. Die Stoffe sind beispielsweise ein wichtiger Eckpfeiler der Zellteilung, bei der sich eine Zelle in mehrere neue Zellen aufspaltet. Dieser Prozess hilft, alte und abgenutzte Zellen zu ersetzen. Wenn sich die Zellteilung verlangsamt oder stoppt, werden die Auswirkungen der Vermehrung alter Zellen sowohl innerhalb als auch außerhalb des Körpers spürbar. Dysfunktionale Mitochondrien werden die Fähigkeit zur Zellteilung stark beeinträchtigen.
In diesem Zusammenhang können diese Strukturen auch weitgehend den programmierten Zelltod diktieren: ein Prozess, bei dem sich Zellen im Wesentlichen selbst zerstören. Verschiedene Prozesse, die diesen Selbstmord erleichtern könnten, umfassen die Fragmentierung von DNA, die Mutation von Zellmembranen und das Aufbrechen und Schrumpfen des Zellkerns. Wenn sich der programmierte Zelltod durch das Altern manifestiert, wie viele Forscher glauben, dann fügt die Rolle des Mitochondriums bei der Erleichterung des programmierten Zelltods den mitochondrialen Theorien des Alterns einen weiteren Aspekt hinzu.
Zellen können zum großen Teil auch aufgrund von Mitochondrien miteinander kommunizieren. Mitochondrien helfen bei der Zellsignalübertragung, bei der Zellen Informationsimpulse in Bezug auf Gleichgewicht, Gewebereparatur und andere Prozesse übertragen. Anhaltende mitochondriale Schäden können zu Fehlern bei dieser Informationsverarbeitung führen. Forscher, die sich auf Fehlertheorien konzentrierten, machen dieses Ergebnis für viele Krankheiten verantwortlich. Alterungstheoretiker können auch eine fehlerhafte Zellsignalisierung auf Alterungsprozesse zurückführen.
Viele Faktoren können die Gesundheit und Funktion eines Mitochondriums beeinflussen. Wie bereits erwähnt, liefert die Theorie der freien Radikale eine Erklärung für fehlerhafte Mitochondrien. Zelluläre Mutationen können ähnliche Schäden anrichten, und diese Mutationen können auf Ernährung, Erbkrankheiten oder einfach nur durch Zufall zurückzuführen sein. Manchmal entsteht der Schaden durch natürlichen Verschleiß im Laufe der Zeit. Da die meisten Hautzellen nur über ein Mitochondrium verfügen, um sie ein Leben lang zu erhalten, ist es vielleicht nicht überraschend, dass die Haut einer der sichtbarsten Bereiche für Alterungseffekte ist.
Die Erforschung der mitochondrialen Theorien des Alterns hat zu einigen Heilmittelempfehlungen geführt. Zum einen wird angenommen, dass B-Komplex-Vitamine einige der Enzymdefekte, die durch mitochondriale Schäden verursacht werden, lindern und korrigieren. Darüber hinaus können die Substanzen Liponsäure und Alcar die Energiegewinnungsaktivitäten des Gehirns auf die Mitochondrien umlenken, wenn diese Prozesse anderweitig behindert wurden.