Alla levande arter utsätts kontinuerligt för reaktiva medel som attackerar organismer från utsidan och inifrån. Under de senaste decennierna har forskningen fokuserat särskilt på fria radikaler på grund av deras medverkan i uppkomsten och utvecklingen av många sjukdomar.
Fria radikaler är mycket instabila kemiska arter på grund av närvaron i deras struktur av en eller flera oparmade elektroner. Den märkliga elektroniska fördelningen gör att fria radikaler är mycket reaktiva och försöker nå ett mer stabilt tillstånd genom att koppla med andra molekyler eller atomer, "stjäl" sina väteatomer eller interagera med andra radikala arter.
En gång bildad reagerar fria radikaler snabbt med andra molekyler genom redoxreaktioner för att uppnå en stabil elektronisk konfiguration. Under denna typ av reaktion föreligger en överföring av elektroner mellan de föreningar som deltar i reaktionen, i vilken en art förlorar elektroner (oxidationsprocessen) till fördel för en annan som köper dem (reduktionsprocessen): molekylen som förlorar elektroner är reduktionsmedlet, medan den som får dem är oxidanten.
När en friradikal reagerar med en icke-radikal art kan den förlora eller få elektroner eller helt enkelt gå med i själva molekylen. I vilket fall som helst blir icke-radikala arter en ny radikal som utlöser en kedjereaktion, där en friradikal alstrar en annan fri radikal tills två radikaler möts och stoppar reaktionskaskaden.
ROS (Reactive Oxygen Species) och andra reaktiva radikalarter produceras av cellerna själva under normala fysiologiska processer, eller kan ha ett exogent ursprung. Inuti kroppen frigörs de normalt som metaboliska biprodukter av aerob andning, vissa enzymatiska processer och immunreaktioner, medan bland de viktigaste yttre faktorerna som leder till bildandet av fria radikaler finns luftföroreningar, ultraviolett strålning, kemiska ämnen och stress .
I fysiologiska förhållanden har levande system endogena försvarssystem som skyddar strukturella och funktionella biomolekyler från angreppet av fria radikaler. Dessa försvarssystem, som kan vara enzymatiska (glutation, superoxiddismutas, katalas) och icke-enzymatiska (antioxidantmolekyler och vitaminer som tas med kosten), reagerar med radikala arter innan de kan attackera biologiska strukturer, dämpa deras potential skadliga.
I frånvaro av denna "antioxidantbarriär" reagerar fria radikaler snabbt med livskritiska biomolekyler, såsom DNA, lipider och proteiner, vilket orsakar allvarlig cellskada och jämn celldöd.
På grund av överdriven exponering för starkt reaktiva oxidationsarter kan balansen mellan fria radikaler och antioxidanter gå förlorade; Detta leder till en situation med oxidativ stress, som är ansvarig för viktiga skador som äventyrar funktionaliteten hos celler och vävnader och är förknippad med många kroniska sjukdomar, såsom hjärt-cirkulationssjukdomar (ateroskleros, ischemi, stroke), diabetes, cancer, sjukdomar neurodegenerativ (t ex Parkinsons sjukdom, Alzheimers). Vidare är oxidativ stress en av de främsta orsakerna till cellulär åldrande. ROS attackerar faktiskt lipidpolynaturkedjorna som orsakar oxidation (lipidperoxidering). Ändringen av lipidkedjorna representerar en allvarlig skada på de cellulära membranerna, vilka blir mer permeabla och förlorar deras effektivitet med följd av för tidig åldring av celler och vävnader.
Ur kemisk synvinkel utgör fria radikaler en stor familj av föreningar som för att förenkla kan delas in i två huvudkategorier: ROS (Reactive Oxygen Species), vilka är reaktiva arter innehållande syre och som även innefattar icke-radikala molekyler, såsom peroxider och RNS (reaktiva kvävearter) som innefattar radikala kvävearter (NO salpetersyra och peroxynitrit).
ROS bildas fysiologiskt i små kvantiteter som sekundära produkter av respirationsmetabolism men kan genereras i stora mängder också på grund av miljöfaktorer, såsom UV-strålning och förorening eller genom immunsystemets verkan efter utlösningen av inflammatoriska reaktioner. ROS innefattar både radikala arter, såsom superoxidanjon, hydroxylradikal och hydroperoxylradikaler, vilka är icke-radikalarter, såsom väteperoxid (H2O2) och singlet-syre. Hydroxylradikalen och singlet-syre är de mest reaktiva formerna av fria radikaler, eftersom de snabbt oxiderar alla biologiska molekyler, i synnerhet omättade fetter, proteiner, nukleinsyror, vilket orsakar allvarlig skada på cellerna.
