Visos gyvos rūšys nuolat susiduria su reaktyviais agentais, kurie atakuoja organizmus iš išorės ir vidaus. Per pastaruosius kelis dešimtmečius daugiausia dėmesio buvo skiriama laisviesiems radikalams dėl jų dalyvavimo daugelio ligų atsiradimo ir vystymosi procese.
Laisvieji radikalai yra labai nestabilios cheminės rūšys, nes jų struktūroje yra vienas ar daugiau nesusijusių elektronų. Dėl savitojo elektroninio platinimo laisvieji radikalai yra labai reaktyvūs ir stengiasi pasiekti stabilesnę būseną susiejant su kitomis molekulėmis ar atomais, „pavogdami“ jų vandenilio atomus arba sąveikaujant su kitomis radikalinėmis rūšimis.
Sukūrus laisvuosius radikalus greitai reaguoja su kitomis molekulėmis oksidacijos-redukcijos reakcijomis (redox), kad būtų pasiekta stabili elektroninė konfigūracija. Šio tipo reakcijos metu vyksta elektronų pernešimas tarp reakcijoje dalyvaujančių junginių, kuriuose rūšis praranda elektronus (oksidacijos procesą), kad būtų naudinga kitam, kuris juos įgyja (redukcijos procesas): molekulė kuris praranda elektronus, yra reduktorius, o tas, kuris juos gauna, yra oksidantas.
Kai laisvasis radikalas reaguoja su ne radikalinėmis rūšimis, jis gali prarasti arba įgyti elektronų arba tiesiog prisijungti prie pačios molekulės. Bet kokiu atveju, ne radikalios rūšys transformuojasi į naują radikalą, kuris sukelia grandininę reakciją, kurioje laisvasis radikalas generuoja dar vieną laisvąjį radikalą, kol susitinka du radikalai, sustabdydamas reakcijų kaskadą.
ROS (reaktyviosios deguonies rūšys) ir kitos reaktyviosios radikalų rūšys pačių ląstelių metu gaminamos įprastų fiziologinių procesų metu, arba jos gali turėti išorinę kilmę. Kūno viduje paprastai išskiriami kaip aerobinio kvėpavimo metaboliniai šalutiniai produktai, kai kurie fermentiniai procesai ir imuninės reakcijos, o pagrindiniai išoriniai veiksniai, lemiantys laisvųjų radikalų susidarymą, yra atmosferos tarša, ultravioletinė spinduliuotė, chemikalai ir stresas.,
Fiziologinėmis sąlygomis gyvos sistemos turi endogeninių gynybos sistemų, kurios apsaugo struktūrines ir funkcines biomolekules nuo laisvųjų radikalų atakų. Šios gynybos sistemos, kurios gali būti fermentinės (glutationas, superoksido dismutazė, katalazė) ir ne-fermentinės (antioksidacinės molekulės ir vitaminai, vartojami su maistu), reaguoja su radikaliomis rūšimis, kol jie gali užpulti biologines struktūras, slopindami jų potencialą žalingas.
Nesant šio "antioksidacinio barjero", laisvieji radikalai greitai reaguoja su gyvybei pavojingomis biomolekulėmis, tokiomis kaip DNR, lipidai ir baltymai, sukeldami rimtą ląstelių pažeidimą ir netgi ląstelių mirtį.
Dėl pernelyg didelio reaktyvumo oksiduojančių rūšių poveikio, laisvųjų radikalų ir antioksidantų pusiausvyra gali būti mažesnė; tai sukelia oksidacinio streso situaciją, kuri yra atsakinga už didelę žalą, kuri kenkia ląstelių ir audinių funkcionalumui ir yra susijusi su daugeliu lėtinių ligų, tokių kaip širdies ir kraujotakos sutrikimai (aterosklerozė, išemija, insultas), diabetas, vėžys, ligos. neurodegeneracinė (pvz., Parkinsono liga, Alzheimerio liga). Be to, oksidacinis stresas yra viena iš pagrindinių ląstelių senėjimo priežasčių. ROS iš tikrųjų atakuoja lipidų polisidus, sukeliančius jų oksidaciją (lipidų peroksidaciją). Lipidų grandinių keitimas reiškia rimtą ląstelių membranų pažeidimą, kuris tampa pralaidesnis ir praranda savo efektyvumą, dėl to atsiranda ankstyvas ląstelių ir audinių senėjimas.
Cheminiu požiūriu laisvieji radikalai sudaro didelę junginių šeimą, kuri, siekiant supaprastinti, gali būti suskirstyta į dvi pagrindines kategorijas: ROS (reaktyviosios deguonies rūšys), kurios yra reaktyviosios rūšys, turinčios deguonį ir kurios taip pat apima ne radikalias molekules, pvz. peroksidai ir RNS (reaktyviosios azoto rūšys), kuriose yra radikalių azoto rūšių (azoto oksido radikalas NO ir peroksinitritas).
ROS yra fiziologiškai mažais kiekiais susidaręs kaip antriniai kvėpavimo medžiagų apykaitos produktai, tačiau jie gali būti generuojami dideliais kiekiais taip pat dėl aplinkos veiksnių, tokių kaip UV spinduliuotė ir tarša, arba dėl imuninės sistemos veikimo po to, kai pradeda veikti uždegiminių reakcijų. ROSs apima ir radikalias rūšis, tokias kaip superoksido anijonas, hidroksilo radikalai ir hidroperoksilo radikalai, ir ne radikalias rūšis, tokias kaip vandenilio peroksidas (H202) ir singletinis deguonis. Hidroksilo radikalas ir vienarūšis deguonis yra labiausiai reaktyvios laisvųjų radikalų formos, nes jos greitai oksiduoja visas biologines molekules, ypač nesočius riebalus, baltymus, nukleino rūgštis, sukeldamos rimtą žalą ląstelėms.
