Der Alterungsprozess führt zu einer durch zufällige Ereignisse beeinflussten steten Abnahme der Zell-, Gewebe und Organfunktion und betrifft besonders energieabhängige postmitotische Gewebe wie Skelettmuskel, Gehirn und Herz. Die mitochondriale Alterungstheorie fußt auf der Annahme, das reaktive Sauerstoffverbindungen und freie Radikale, die in der unmittelbaren Umgebung der Atmungskette während des Lebens eines Organismus in den Mitochondrien gebildet werden, Proteine, Lipide und die mitochondriale DNA (mtDNA) schädigen. Während man lange glaubte, dass den Mitochondrien eine entscheidende Bedeutung im Alterungsprozess zukommt, haben zwei neuere experimentelle Ansätze neues Licht in das Dunkel gebracht. Durch Einzelzellexperimente und mathematische Modelle konnte gezeigt werden, dass mitochondriale Mutationen zufällig bereits im Kindesalter oder bei Heranwachsenden entstehen, klonal in einer Zelle oder Muskelfaser vermehrt werden und zu einer altersabhängigen Beeinträchtigung der lokalen zellulären Energieversorgung führen. Weitere wichtigeBeobachtungen erfolgten bei so genannten Mutator-Mäusen, bei denen mitochondriale Mutationen viel häufiger auftreten, da ein Reperaturenzym (POLG) defekt ist. Während diese Mäuse zwar das Bild einer deutlichen Voralterung zeigen, findet sich kein erhöhter oxidativer Stress oder eine verstärkte ROS-Produktion wie nach der mitochondrialen Alterungstheorie zu erwarten wäre. Momentan lässt sich noch nicht entscheiden, ob die mitochondrialen DNA-Mutationen Grund oder Folge des menschlichen Alterungsprozesses sind, aber es scheint so zu sein, dass Punktmutationen nur die Folge sind, während Deletionen eher eine kausale Rolle zukommt.