Je to způsobeno především změnami v bílkovinách organismu. Bílkoviny jsou látky, které jsou nejdůležitější pro každodenní fungování živých organismů. Proto má jejich modifikace dramatický vliv na funkce organismu i jeho vzhled. Řada výzkumných prací posledního desetiletí se soustředí na studium modifikací bílkovin jako nejvýznamnějších příčin stárnutí a degenerativních onemocnění. Tyto modifikace (deteriorace, změna struktury apod.) bílkovin jsou důsledkem oxidací (tedy působením volných radikálů) a navazujících procesů, jako je glykace.
Naše tělo je tvořeno převážně z bílkovin. Protože však antioxidační systém organismu a další ochranné mechanismy nedokážou bílkoviny zcela chránit, mají tyto tendenci během života podléhat destruktivním změnám – především vlivem volných radikálů, glykace, ale také procesem zvaným karbonylace. Jinými slovy, karbonylové skupiny (>C=O) se vážou na molekulu bílkoviny (ale také na molekulu fosfolipidu) – výsledkem je narušení struktury bílkoviny v procesu nazývaném proteolýza. Jelikož karbonylace bílkovin předchází ztrátě integrity buněčné membrány, je spojena s toxickými procesy vedoucími k buněčnému stárnutí a buněčné smrti.
Většina procesů modifikace bílkovin, jejich „de facto“ denaturace a proteolýza (rozklad), je způsobena oxidací (volnými radikály), karbonylací, tvorbou zkřížených vazeb, glykací a vznikem pokročilých konečných produktů glykace (AGEs), jak bylo popsáno výše. Tyto procesy se však neuplatňují pouze při obecných změnách stárnutí, ale jsou typické také pro změny, které se objevují při stárnutí pokožky, vzniku šedého zákalu a degenerativních procesech nervových buněk (např. ztráta paměti, demence apod.).
Řada vědeckých studií poukazuje na karnozín jako na účinnou látku, která působí proti všem uvedeným procesům denaturace bílkovin. Karnozín reaguje s karbonylovou skupinou a vytváří tzv. adukt protein–karbonyl–karnozín, čímž bílkovinu chrání a dokonce tento proces obrací směrem k obnově narušené struktury bílkoviny.
Jednoduše obnovuje normální řízení buněčných cyklů. Pro pochopení fungování karnozínu si lze představit následující přirovnání: každý „motor“ potřebuje pravidelnou výměnu oleje, protože při jeho chodu vznikají různé mikroskopické i větší částice vzniklé opotřebením (třením) povrchů. Olej obsahuje detergenty, které tyto částice udržují v rozpuštěném stavu. Jakmile jsou však tyto detergenty vyčerpány, dochází ke shlukování odpadních látek, které následně poškozují hladký povrch vnitřních částí motoru, motor ztrácí výkon až do úplného selhání. Organismus podobně potřebuje účinný mechanismus odstraňování metabolických zbytků, zejména zbytků poškozených bílkovinných struktur.
Toto bílkovinné „bahno“ či „kal“ se – pokud není odstraněno – hromadí v buňce a způsobuje zpomalení až zastavení jejích funkčních životních cyklů. To může narušit efektivní buněčné dělení a, což je ještě závažnější, umožnit další reprodukci narušené abnormální buňky. To vede ke zvýšené chromozomální nestabilitě, která může vyústit v degenerativní změny nebo maligní nádory. Dalším možným důsledkem je rozvoj buněčné senescence (stárnutí), kdy buňka v důsledku takového „opotřebení“ zastaví své dělení. Karbonylace bílkovin se tak stává jednou z hlavních podmínek ukončení života buňky.
Karnozín představuje klíčový faktor pro udržení a zachování intaktních, zdravých bílkovin, jejich funkčnosti a včasné obnovy. Svými účinky výrazně převyšuje tradiční antioxidanty, jako jsou vitamin E nebo selen, které nejsou tak účinné, jak se dříve předpokládalo. Tradiční antioxidanty sice hrají významnou roli v procesech odstraňování volných radikálů, avšak nemají žádný účinek na karbonylaci a glykaci. Není pochyb o tom, že vliv antioxidantů představuje klíčový prvek biochemických reakcí chránících biologické struktury před poškozením volnými radikály. Očekávat však, že tradiční antioxidanty budou chránit také před destruktivními procesy glykace a karbonylace, je podobné, jako chtít postavit dům pouze pomocí šroubováku – nástroje důležitého, ale neschopného nahradit ostatní nezbytné nářadí.
Karnozín je čistě přírodní, mnohostranný, víceúčelový a univerzální nástroj ochrany bílkovin, který byl evolucí vyvinut k regulaci mnoha faktorů spolupracujících při procesech degradace bílkovin. Chemické vedlejší reakce, které narušují biologické struktury a funkce v průběhu stárnutí, jsou důsledkem toxických vlivů mnoha základních prvků chemického složení organismu – kyslíku, cukrů, tuků a esenciálních kovů. Bez těchto biochemických prvků nemůže organismus existovat, avšak moderní věda o výživě nám v poslední době umožňuje lépe porozumět jejich vedlejším účinkům a lépe je kontrolovat.
Bílkoviny však nejsou jedinými látkami, které podléhají karbonylaci – karbonylovány jsou také fosfolipidy. Karbonylace fosfolipidů poškozuje zejména centrální a periferní nervový systém, což vede k poruchám paměti a vnímání. Karnozín je i v tomto případě schopen stejným způsobem jako u bílkovin chránit fosfolipidy před karbonylací, případně je regenerovat, takže není náhodou, že je tento pozoruhodný dipeptid považován za významný neuroprotektant (chrání nervové buňky).
Ve sportu a při budování svalové hmoty (bodybuilding) se karnozín podílí na detoxikačních procesech odstraňování škodlivých reaktivních aldehydů, které vznikají při peroxidaci lipidů v kosterních svalech během fyzicky vytrvalostních výkonů. Karnozín tak chrání svalstvo před poškozením, zvyšuje svalovou sílu a vytrvalost a významně urychluje regenerační procesy po extrémní zátěži.
