Alle levende arter udsættes kontinuerligt for reaktive stoffer, som angriber organismer udefra og indefra. I løbet af de sidste par årtier har forskningens fokus især fokuseret på frie radikaler på grund af deres engagement i udbrud og udvikling af mange sygdomme.
Frie radikaler er stærkt ustabile kemiske arter på grund af tilstedeværelsen i deres struktur af en eller flere uparrede elektroner. Den ejendommelige elektroniske fordeling forårsager frie radikaler at være meget reaktive og forsøge at nå en mere stabil tilstand ved at koble med andre molekyler eller atomer, "stjæle" deres hydrogenatomer eller interagere med andre radikale arter.
Når de er dannet, reagerer frie radikaler hurtigt med andre molekyler gennem redox reaktioner for at opnå en stabil elektronisk konfiguration. Under denne type reaktion er der en overførsel af elektroner mellem forbindelserne, der deltager i reaktionen, hvor en art mister elektroner (oxidationsproces) til fordel for en anden, der køber dem (reduktionsproces): molekylet at taber elektroner er reduktionsmidlet, mens den der får dem, er oxidanten.
Når et frie radikale reagerer med en ikke-radikal art, kan den tabe eller få elektroner eller simpelthen slutte sig til molekylet selv. Under alle omstændigheder bliver de ikke-radikale arter til en ny radikal, der udløser en kædereaktion, hvor et frie radikaler frembringer et andet frie radikale, indtil to radikaler mødes og stopper reaktionskaskade.
ROS (Reactive Oxygen Species) og andre reaktive radikale arter produceres af cellerne selv under normale fysiologiske processer eller kan have en eksogen oprindelse. Inden i kroppen frigives de normalt som metaboliske biprodukter af aerob respiration, nogle enzymatiske processer og immunreaktioner, mens der blandt de vigtigste eksterne faktorer, der fører til dannelsen af frie radikaler, er atmosfærisk forurening, ultraviolet stråling, kemiske midler og stress .
I fysiologiske forhold har levende systemer endogene forsvarssystemer, der beskytter strukturelle og funktionelle biomolekyler mod angreb af frie radikaler. Disse forsvarssystemer, som kan være enzymatiske (glutathion, superoxiddismutase, katalase) og ikke-enzymatiske (antioxidantmolekyler og vitaminer taget med kosten), reagerer med radikale arter, før de kan angribe biologiske strukturer, dæmpe deres potentiale skadelige.
I mangel af denne "antioxidantbarriere" reagerer frie radikaler hurtigt med livskritiske biomolekyler, såsom DNA, lipider og proteiner, der forårsager alvorlig cellebeskadigelse og jævn celledød.
På grund af overdreven eksponering for stærkt reaktive oxiderende arter kan balancen mellem frie radikaler og antioxidanter gå tabt; Dette udløser en situation med oxidativ stress, som er ansvarlig for vigtige skader, der kompromitterer funktionaliteten af celler og væv og er forbundet med mange kroniske sygdomme, såsom hjerte-kredsløbssygdomme (aterosklerose, iskæmi, slagtilfælde), diabetes, kræft, sygdomme neurodegenerativ (fx Parkinsons sygdom, Alzheimers). Endvidere er oxidativ stress en af hovedårsagerne til cellulær aldring. ROS angriber faktisk lipidpolynaturkæderne, der forårsager deres oxidation (lipidperoxidering). Ændringen af lipidkæderne repræsenterer en alvorlig skade på de cellulære membraner, som bliver mere permeable og mister deres effektivitet med deraf følgende for tidlig ældning af celler og væv.
Fra det kemiske synspunkt udgør frie radikaler en lang række forbindelser, der for at forenkle kan opdeles i to hovedkategorier: ROS (Reaktive Oxygenarter), som er reaktive arter, der indeholder ilt, og som også omfatter ikke-radikale molekyler, såsom peroxider og RNS (reaktive kvælstofarter), der indbefatter radikale nitrogenarter (NO salpetersyre og peroxynitrit).
ROS formes fysiologisk i små mængder som sekundære produkter af respiratorisk stofskifte, men kan genereres i store mængder også på grund af miljøfaktorer, såsom UV-stråling og forurening, eller ved virkningen af immunsystemet efter udløsningen af inflammatoriske reaktioner. ROS indbefatter både radikale arter såsom superoxidanion, hydroxylradikal og hydroperoxylradikaler, som er ikke-radikale arter, såsom hydrogenperoxid (H202) og singlet-oxygen. Hydroxylradikalet og singlet oxygenet er de mest reaktive former for frie radikaler, da de hurtigt oxiderer alle biologiske molekyler, især umættede fedtstoffer, proteiner, nukleinsyrer, der forårsager alvorlig skade på cellerne.
