Všechny živé druhy jsou neustále vystavovány reaktivním činidlům, která napadají organismy zvenčí a zvenku. V posledních několika desetiletích se výzkum zaměřuje především na volné radikály, které jsou spojeny s nástupem a rozvojem řady onemocnění.
Volné radikály jsou vysoce nestabilní chemické druhy v důsledku přítomnosti jednoho nebo více nepárových elektronů v jejich struktuře. Zvláštní elektronická distribuce způsobuje, že volné radikály jsou velmi reaktivní a snaží se dosáhnout stabilnějšího stavu spojením s jinými molekulami nebo atomy, „kradením“ atomů vodíku nebo interakcí s jinými radikálovými druhy.
Jakmile vzniknou, volné radikály rychle reagují s jinými molekulami prostřednictvím redox reakcí, aby se dosáhlo stabilní elektronické konfigurace. Během tohoto typu reakce dochází k přenosu elektronů mezi sloučeninami, které se účastní reakce, ve kterých jeden druh ztrácí elektrony (oxidační proces) ve prospěch jiného, který je kupuje (proces redukce): molekula že ztrácí elektrony je redukční činidlo, zatímco ten, který je získává, je oxidant.
Když volný radikál reaguje s neradikálovými druhy, může ztratit nebo získat elektrony nebo se jednoduše připojit k samotné molekule. Neradikálový druh se v každém případě proměňuje v nový radikál, který spouští řetězovou reakci, ve které volný radikál vytváří další volný radikál, dokud se dva radikály nestýkají a nezastaví kaskádu reakcí.
ROS (reaktivní druhy kyslíku) a další reaktivní radikálové druhy jsou produkovány samotnými buňkami během normálních fyziologických procesů nebo mohou mít exogenní původ. Uvnitř těla jsou normálně uvolňovány jako metabolické vedlejší produkty aerobního dýchání, některé enzymatické procesy a imunitní reakce, přičemž mezi hlavní vnější faktory, které vedou k tvorbě volných radikálů, patří znečištění atmosféry, ultrafialové záření, chemické látky a stres.,
Ve fyziologických podmínkách mají živé systémy endogenní obranné systémy, které chrání strukturní a funkční biomolekuly před napadením volnými radikály. Tyto obranné systémy, které mohou být enzymatické (glutathion, superoxid dismutáza, kataláza) a neenzymatické (antioxidační molekuly a vitamíny užívané s dietou), reagují s radikálovými druhy dříve, než mohou napadnout biologické struktury, tlumící jejich potenciál škodlivé.
V nepřítomnosti této "antioxidační bariéry" volné radikály rychle reagují s životně důležitými biomolekulami, jako je DNA, lipidy a proteiny, což způsobuje těžké poškození buněk a dokonce i smrt buněk.
Vzhledem k nadměrnému působení vysoce reaktivních oxidačních látek může dojít ke ztrátě rovnováhy mezi volnými radikály a antioxidanty; to vyvolává situaci oxidačního stresu, který je zodpovědný za významné škody, které ohrožují funkčnost buněk a tkání, a je spojován s četnými chronickými onemocněními, jako jsou kardiovaskulární poruchy (ateroskleróza, ischemie, mrtvice), diabetes, rakovina, nemoci neurodegenerativní (např. Parkinsonova choroba, Alzheimerova choroba). Kromě toho je oxidační stres jednou z hlavních příčin stárnutí buněk. ROS ve skutečnosti napadá řetězce lipidových polynatur, které způsobují jejich oxidaci (peroxidace lipidů). Změna lipidových řetězců představuje vážné poškození buněčných membrán, které se stávají permeabilnějšími a ztrácejí svou účinnost s následným předčasným stárnutím buněk a tkání.
Z chemického hlediska představují volné radikály širokou skupinu sloučenin, které mohou být pro zjednodušení rozděleny do dvou hlavních kategorií: ROS (reaktivní druhy kyslíku), které jsou reaktivními druhy obsahujícími kyslík a které také zahrnují neradikální molekuly, jako jsou peroxidy a RNS (reaktivní druhy dusíku), které zahrnují radikálové dusíkaté látky (NO dusičnanový radikál a peroxynitrit).
ROS se tvoří fyziologicky v malých množstvích jako sekundární produkty metabolismu dýchacích cest, ale mohou být generovány ve velkém množství také v důsledku faktorů prostředí, jako je UV záření a znečištění, nebo působením imunitního systému po spuštění zánětlivé reakce. ROS zahrnuje jak radikálové druhy, jako je superoxidový anion, hydroxylový radikál a hydroperoxylové radikály, které nejsou radikálovými druhy, jako je peroxid vodíku (H202) a singletový kyslík. Hydroxylový radikál a singletový kyslík jsou nejvíce reaktivní formy volných radikálů, protože rychle oxidují všechny biologické molekuly, zejména nenasycené tuky, proteiny, nukleové kyseliny, což způsobuje vážné poškození buněk.
