Alle levende arter blir kontinuerlig utsatt for reaktive midler som angriper organismer fra utsiden og innvendig. I løpet av de siste tiårene har fokuset på forskning særlig fokusert på frie radikaler på grunn av deres engasjement i begynnelsen og utviklingen av mange sykdommer.
Frie radikaler er svært ustabile kjemiske arter på grunn av tilstedeværelsen i deres struktur av en eller flere upparerte elektroner. Den spesielle elektroniske distribusjonen forårsaker at frie radikaler er svært reaktive og forsøker å nå en mer stabil tilstand ved å koble sammen med andre molekyler eller atomer, "stjele" deres hydrogenatomer eller interagere med andre radikale arter.
Når de er dannet, reagerer frie radikaler raskt med andre molekyler gjennom redoksreaksjoner for å oppnå en stabil elektronisk konfigurasjon. Under denne type reaksjon er det en overføring av elektroner mellom forbindelsene som deltar i reaksjonen, hvor en art taper elektroner (oksidasjonsprosess) til fordel for en annen som kjøper dem (reduksjonsprosess): molekylet som taper elektroner er reduksjonsmiddelet, mens den som får dem er oksidanten.
Når et fritt radikal reagerer med en ikke-radikal art, kan den miste eller vinne elektroner eller bare delta i selve molekylet. I alle fall blir ikke-radikale arter et nytt radikal som utløser en kjedereaksjon, hvor et frie radikal genererer et annet frie radikal, inntil to radikaler møtes og stopper reaksjonens kaskade.
ROS (Reactive Oxygen Species) og andre reaktive radikale arter produseres av cellene selv under normale fysiologiske prosesser, eller kan ha en eksogen opprinnelse. Innenfor kroppen blir de normalt frigjort som metabolske biprodukter av aerob respirasjon, noen enzymatiske prosesser og immunreaksjoner, mens blant de viktigste eksterne faktorene som fører til dannelsen av frie radikaler, er det atmosfærisk forurensning, ultrafiolett stråling, kjemiske midler og stress .
I fysiologiske forhold har levende systemer endogene forsvarssystemer som beskytter strukturelle og funksjonelle biomolekyler fra angrepet av frie radikaler. Disse forsvarssystemene, som kan være enzymatiske (glutation, superoksyd dismutase, katalase) og ikke-enzymatiske (antioksidantmolekyler og vitaminer tatt med dietten), reagerer med radikale arter før de kan angripe biologiske strukturer, dempe potensialet skadelig.
I fravær av denne "antioksidantbarrieren" reagerer frie radikaler raskt med livskritiske biomolekyler, slik som DNA, lipider og proteiner, forårsaker alvorlig celleskader og jevn celledød.
På grunn av overdreven eksponering for svært reaktive oksiderende arter, kan balansen mellom frie radikaler og antioksidanter gå tapt. Dette utløser en situasjon av oksidativt stress, som er ansvarlig for viktige skader som kompromitterer funksjonaliteten til celler og vev og er forbundet med mange kroniske sykdommer, for eksempel kardiovaskulære lidelser (aterosklerose, iskemi, stroke), diabetes, kreft, sykdommer neurodegenerativ (f.eks. Parkinsons sykdom, Alzheimers). Videre er oksidativt stress en av hovedårsakene til cellulær aldring. ROS angriper faktisk lipidpolynaturkjedene som forårsaker oksidasjon (lipidperoksidering). Endringen av lipidkjedene representerer en alvorlig skade på de cellulære membranene, som blir mer permeable og mister deres effektivitet, med følgelig tidlig aldring av celler og vev.
Fra det kjemiske synspunkt utgjør frie radikaler en bred familie av forbindelser som for å forenkle kan deles inn i to hovedkategorier: ROS (Reactive Oxygen Species), som er reaktive arter som inneholder oksygen, og som også inkluderer ikke-radikale molekyler som peroksider og RNS (reaktiv nitrogenoksid) som inkluderer radikale nitrogenarter (NO salpetersyre og peroksynitrite).
ROS dannes fysiologisk i små mengder som sekundære produkter av respiratorisk metabolisme, men kan genereres i store mengder også på grunn av miljøfaktorer, som UV-stråling og forurensning, eller ved virkningen av immunsystemet etter utløsningen av inflammatoriske reaksjoner. ROS inkluderer både radikale arter som superoksydanion, hydroksylradikal og hydroperoksylradikaler, som er ikke-radikale arter, så som hydrogenperoksid (H202) og singlet-oksygen. Hydroksylradikalet og singlet oksygen er de mest reaktive former for frie radikaler, idet de raskt oksiderer alle biologiske molekyler, spesielt umettede fettstoffer, proteiner, nukleinsyrer, som forårsaker alvorlig skade på cellene.
