Всі живі види постійно піддаються впливу реактивних агентів, які атакують організми ззовні і зсередини. Протягом останніх кількох десятиліть наукові дослідження зосереджувалися, зокрема, на вільних радикалах завдяки їхній участі у виникненні та розвитку численних захворювань.
Вільні радикали є сильно нестабільними хімічними видами завдяки наявності в їх структурі одного або декількох непарних електронів. Своєрідне електронне розповсюдження змушує вільні радикали бути дуже реактивними і намагатися досягти більш стабільного стану, зв'язуючись з іншими молекулами або атомами, "крадучи" їх атоми водню або взаємодіючи з іншими радикальними видами.
Після утворення вільні радикали швидко реагують з іншими молекулами через окислювально-відновні реакції для досягнення стабільної електронної конфігурації. Під час цього типу реакції відбувається перенесення електронів між сполуками, які беруть участь у реакції, при яких один з видів втрачає електрони (процес окислення) на користь іншого, який купує їх (процес відновлення): молекула що втрачає електрони - це відновник, а той, який їх отримує, є окислювачем.
Коли вільний радикал реагує з нерадикальним видом, він може втратити або отримати електрони або просто приєднатися до самої молекули. У будь-якому випадку, нерадикальний вид перетворюється на новий радикал, який ініціює ланцюгову реакцію, в якій вільний радикал генерує ще один вільний радикал, поки не зустрінуться два радикали і зупинять каскад реакцій.
ROS (реактивні види кисню) та інші реакційноздатні радикальні види продукуються самими клітинами під час нормальних фізіологічних процесів або можуть мати екзогенне походження. Всередині організму вони, як правило, виділяються як метаболічні побічні продукти аеробного дихання, деякі ферментативні процеси і імунні реакції, в той час як серед основних зовнішніх факторів, що призводять до утворення вільних радикалів, є атмосферне забруднення, ультрафіолетове випромінювання, хімічні агенти і стрес,
У фізіологічних умовах живі системи мають ендогенні захисні системи, які захищають структурні і функціональні біомолекули від нападу вільних радикалів. Ці захисні системи, які можуть бути ферментативними (глутатіон, супероксиддисмутаза, каталаза) і неферментативні (антиоксидантні молекули і вітаміни, що приймаються з раціоном), реагують з радикальними видами, перш ніж вони можуть атакувати біологічні структури, зменшуючи їх потенціал шкідливі.
За відсутності цього "антиоксидантного бар'єру" вільні радикали швидко реагують з життєво важливими біомолекулами, такими як ДНК, ліпіди і білки, що викликає серйозне пошкодження клітин і навіть загибель клітин.
Внаслідок надмірного впливу високореактивних окислювальних видів, баланс між вільними радикалами і антиоксидантами може бути втрачений; це викликає ситуацію окисного стресу, що є причиною значних пошкоджень, які порушують функціональність клітин і тканин і пов'язані з численними хронічними захворюваннями, такими як порушення серцево-кровообігу (атеросклероз, ішемія, інсульт), діабет, рак, хвороби нейродегенеративні (наприклад, хвороба Паркінсона, хвороба Альцгеймера). Крім того, окислювальний стрес є однією з основних причин клітинного старіння. ROS фактично атакують ліпідні полінатурні ланцюги, що викликають їх окислення (перекисне окислення ліпідів). Зміна ліпідних ланцюгів являє собою серйозне пошкодження клітинних мембран, які стають більш проникними і втрачають свою ефективність, що призводить до передчасного старіння клітин і тканин.
З хімічної точки зору, вільні радикали складають широке сімейство сполук, які, для спрощення, можна розділити на дві основні категорії: ROS (реактивні види кисню), які є реакційноздатними видами, що містять кисень і які також включають нерадикальні молекули, такі як пероксиди та RNS (реактивні види азоту), які включають радикальні види азоту (NO азотний радикал і пероксинітрит).
АФК утворюються фізіологічно в малих кількостях як вторинні продукти дихального метаболізму, але можуть утворюватися у великих кількостях також внаслідок факторів навколишнього середовища, таких як ультрафіолетове випромінювання і забруднення, або в результаті дії імунної системи після запуску запальні реакції. ROS включає як радикальні види, такі як супероксидний аніон, гідроксильний радикал і гідропероксильні радикали, які є нерадикальними видами, такими як пероксид водню (H 2 O 2 ) і синглетний кисень. Гідроксильний радикал і синглетний кисень є найбільш реакційноздатними формами вільних радикалів, оскільки вони швидко окислюють всі біологічні молекули, зокрема ненасичені жири, білки, нуклеїнові кислоти, викликаючи серйозні пошкодження клітин.
