De acordo com a teoria dos radicais livres de Denham Harman, a senescência é causada por anormalidades como deleções, duplicações, mutações e depleções nas organelas, provocadas por espécies reativas de oxigênio, como O2, O2- e OH (oxigênio singlete, radical superóxido e hidroxila respectivamente) produzidos naturalmente pelas células. Ela ocorre a partir da ação de proteínas de membrana; de enzimas citosólicas como as ciclo-oxigenases (ou prostaglandinas H2 sintases), responsáveis pela produção de prostaglandinas, mediadores lipidicos liberados pelas células quando estimulados química ou mecanicamente; e também de metabolismo peroxissomal. A teoria mitocondrial do envelhecimento está relacionada com o fato de que as espécies reativas de oxigênio supracitadas são produzidas por mitocôndrias em 90% dos casos por meio da fosforilação oxidativa.
A fosforilação oxidativa é a terceira e ultima via metabólica da respiração celular e se utiliza da energia liberada da oxidação de nutrientes, em especial a glicose, para produção de ATP, Adenosina Trifosfato. Embora de fundamental importância, produz espécies reativas de oxigênio que estimulam a propagação de radicais livres, o consequente dano a componentes celulares e o desenvolvimento de envelhecimento celular e de patologias.
Ela utiliza a oxidação de NADH (nicotinamida-adenina-dinucleotídeo) e de FADH (flavina-adenina-dinucleotídeo) para fosforilar ADP em ATP com o auxilio da enzima F1-F0 ATPase. Os elétrons gerados nessa etapa geram as tais espécies reativas de oxigênio responsáveis por todo o processo acima descrito de possível envelhecimento celular e do organismo em si. 
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