結構生物化學/衰老與細胞代謝史
衰老是指機體在其一生中積累了一定量的損傷。由此產生的損傷最終會影響機體的整體生存和狀態。隨著機體衰老，“其產出物的降解導致功能衰退，最終因衰老而死亡”（1）。這種產出物的降解與細胞代謝史有關，而細胞代謝史會影響細胞功能。
衰老的概念導致了人們普遍接受的觀點，即衰老是由於機體在其一生中積累的損傷導致其無法保護、維持和修復自身。目前正在進行的實驗試圖確定與衰老相關的哪種損傷會導致機體功能喪失。這很困難，因為與損傷相關的許多因素在不同的模型和個體之間會發生變化，例如損傷程度、組織型別、年齡，以及所討論的機體的型別。首先，機體為了生存到底需要做些什麼？首先，機體必須能夠找到食物、住所，並抵禦感染或捕食者。機體必須能夠避免死亡。即使這些因素都被消除，死亡和功能喪失仍然會隨著年齡的增長而發生。然而，並沒有進化出導致死亡的基因。衰老的機體被認為會降低個體在下一代中的遺傳貢獻。換句話說，這不利於機體。
在 Murphy 的論文“衰老的控制理論”中，他指出“基因組及其表達方式限制了死亡率和壽命。”然而，這個觀點仍然存在一個問題，因為即使是基因相似的機體，其壽命在所有機體中也存在差異。結論是，確實是由遺傳決定、環境變化以及機體生活中發生的其它事件的組合導致了機體在上述因素能夠影響的年齡死亡。
一個障礙涉及影響許多功能的突變和環境干預，這使得難以確定衰老的原因。如前所述，機體死亡的原因可能有很多。重要的是要注意，必須觀察所有可能的生化和生理實體，並分別觀察每個實體。這將有助於縮小導致衰老的原因範圍。
層次結構的最高級別是機體的功能以及一組參與彼此之間以及與周圍環境相互作用的生理系統。每個系統都以某種方式透過輸入和輸出與彼此以及環境相互作用。
在上圖中，為了簡單起見，相互作用的生理系統顯示為兩個獨立的系統。它們受來自環境和其它系統的輸入的影響。例如，隨著機體衰老，其各個系統的輸出隨著時間的推移而減少，導致機體死亡率增加。機體的損傷也會導致功能障礙，從而導致不適當的系統輸出。
一般來說，機體內的系統通常會隨著衰老而衰退。然而，很明顯不同物種的死亡率並不相同。一個理論涉及自然選擇，自然選擇可能會影響機體的衰老過程。機體的存活世代可以表現出可以透過進化保留的特徵。這暗示了不同機體（從果蠅、小鼠、酵母到蠕蟲）可能存在類似的衰老過程。然而，生物年齡並不可靠，因為它在不同物種之間也存在差異。衰老的其它方面可能是器官特異性的，並表現為皮膚衰老的出現。對於一個獨立的系統，很難確定是缺陷的輸入的影響還是該系統本身的內在損傷導致了細胞功能障礙。所有上述內容都說明了為什麼科學家很難確定導致機體衰老和最終死亡的原因是所有生理系統的衰退還是僅僅是其中一個系統的衰退。
細胞可以經歷許多變化，但影響生理系統功能輸出的變化會影響衰老。系統功能障礙是由於細胞數量及其輸出減少造成的。根據 Murphy 的說法，“細胞的變化是由其代謝史引起的，並且是由於非特異性損傷以及訊號通路和基因表達的變化造成的。這些變化反過來會導致細胞功能和細胞數量的影響。”隨著機體衰老，組織會經歷許多變化。衰老會導致細胞數量發生變化。細胞數量的下降會導致維持細胞的機制中斷。
在某些有絲分裂組織中，可以從其它分化細胞中補充丟失的細胞。但隨著機體衰老，哺乳動物幹細胞在補充丟失的細胞方面的效率越來越低。為了確定生理系統是否因細胞數量下降而受損，記錄系統受損之前和之後發生的細胞丟失或增加至關重要。細胞功能下降的一個例子包括神經元中的突觸傳遞和肌肉骨骼運動單位的收縮。在哺乳動物中，研究表明，隨著年齡的增長，運動和神經功能會下降，這是由於突觸連線和傳導數量減少造成的。
現在我們來看看單個細胞，其中細胞功能障礙和死亡是細胞代謝史的屬性。這些屬性會影響系統功能，從而影響機體的死亡率。細胞的初始狀態是由於其基因組造成的，這導致了發育史、細胞在機體中所佔據的物理位置以及影響基因組表達的表觀遺傳因素。
細胞代謝史會導致 DNA 序列發生變化，這反過來會影響基因表達。這也影響著細胞在其一生中的增殖、功能障礙和死亡。
所有這些主題都彼此相關，也與衰老過程相關。系統的功能障礙是由於細胞數量及其功能的變化造成的。導致細胞數量和功能發生變化的原因是細胞的代謝史，其中主要包括非特異性損傷以及基因表達的變化。這些代謝史變化的結果是細胞數量和功能的變化。影響衰老的細胞代謝史的重要貢獻因素是非特異性損傷以及基因表達和訊號通路的變化。
對機體造成的不同型別的非特異性損傷會導致細胞功能喪失和功能障礙。一些損傷包括氧化損傷、輻射或化學反應。隨著時間的推移，非特異性損傷最終會導致分子損傷和阻礙。細胞盡其所能生存並保護自己免受損傷。在能夠修復錯誤摺疊的蛋白質的情況下，細胞會啟動損傷修復，但諸如 DNA 突變的修復之類的損傷無法解決。這種不可逆轉的非特異性損傷會嚴重損害細胞及其功能。由此產生的問題是，對細胞造成的損傷是否會足夠影響系統的輸出而導致衰老。
關於非特異性損傷，它會影響細胞的基因表達和細胞訊號傳導。受非特異性損傷影響的基因表達內容也會影響系統的輸出，從而影響正常衰老過程中的死亡率。有證據表明，在正常衰老過程中，基因表達會發生大量變化，但它們對衰老過程的貢獻在不同的系統以及整個機體中會有所不同。
代謝控制分析 (MCA) - 一種實驗方法，用於瞭解控制如何在代謝途徑和網路中分佈
為了確定衰老過程涉及的內容，必須對所分析的系統和觀察到的可測量變數進行設定限制。一旦這些因素被定義和限制，就可以對所討論的生理系統進行測試和操作，以便觀察到所述變數與其控制的步驟之間的關係。在該MCA實驗中，還將確定變數控制的程度。透過使用MCA，人們已經開發出強大的數學形式化方法，以便觀察整個系統以及以下內容：定量地確定控制程度，揭示所有控制步驟，以及控制步驟的影響。雖然已經表明，生化途徑和機制的極端和較大變化可以增加或減少壽命，但沒有足夠的證據表明它們會影響正常衰老。與代謝途徑和衰老進行比較，MCA可以告訴一個人控制系統中特定過程的步驟的重要資訊。
MCA過程及其應用於系統需要以特定方式進行，以便獲得結果。由於主題是生物體的衰老，這需要與生物體衰老相關的死亡率讀數。正如上一節所述，可以對系統因素進行微小改變，並透過利用數學，可以獲得可量化的結果。需要測量死亡率讀數，以響應對系統進行的微小改變。回想一下，這些因素的變化是由於人們認為它可能控制衰老。為了使一個因素影響衰老，它必須改變相應的死亡率和對衰老的貢獻。MCA實驗是在從蒼蠅到老鼠的各種動物群體中進行的。然後可以測量死亡率讀數，並進行比較，以檢視物種之間是否存在相似性。
總的來說，MCA方法的發展極大地提高了對影響和影響正常衰老過程的因素的理解程度。MCA方法應該與測試衰老的實驗模型一起應用，因為它將使我們能夠解決影響衰老的可能因素。
- Murphy, Michael P. 和 Partridge, Linda. “關於衰老的控制理論。” ["http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18318658"], '生物化學年度評論', 2008年。