Toate speciile vii sunt expuse continuu la agenți reactivi care atacă organismele din exterior și din interior. În ultimele decenii, cercetarea sa axat în special pe radicalii liberi datorită implicării lor în declanșarea și dezvoltarea numeroaselor boli.
Radicalii liberi sunt specii chimice extrem de instabile datorită prezenței în structura lor a unuia sau mai multor electroni neparticipați. Distribuția electronică deosebită face ca radicalii liberi să fie foarte reactivi și să încerce să ajungă la o stare mai stabilă prin cuplarea cu alte molecule sau atomi, "furând" atomii lor de hidrogen sau interacționând cu alte specii radicale.
Odată formate, radicalii liberi reacționează rapid cu alte molecule prin reacții de reducere a oxidării (redox) pentru a obține o configurație electronică stabilă. În timpul acestui tip de reacție există un transfer de electroni între compușii care participă la reacție, în care o specie pierde electroni (procesul de oxidare) în avantajul altui care le dobândește (procesul de reducere): molecula care pierde electronii este agentul reducător, în timp ce cel care le câștigă este oxidantul.
Când un radical liber reacționează cu o specie non-radicală, poate pierde sau câștiga electroni sau pur și simplu se alătură moleculei în sine. În orice caz, specia non-radicală este transformată într-un nou radical care declanșează o reacție în lanț, în care un radical liber generează un alt radical liber, până când se întâlnesc doi radicali, oprindu-se cascada de reacții.
ROS (specii reactive de oxigen) și alte specii radicale reactive sunt produse de celule în sine în timpul proceselor fiziologice normale sau pot avea o origine exogenă. În interiorul corpului se eliberează de obicei subproduse metabolice ale respirației aerobe, unele procese enzimatice și reacții imune, în timp ce principalii factori externi care conduc la formarea radicalilor liberi sunt poluarea atmosferică, radiațiile ultraviolete, substanțele chimice și stresul .
În condiții fiziologice, sistemele vii posedă sisteme de apărare endogene care protejează biomoleculele structurale și funcționale de atacul radicalilor liberi. Aceste sisteme de apărare, care pot fi enzimatice (glutation, superoxid dismutase, catalază) și non-enzimatice (molecule antioxidante și vitamine luate cu dietă), reacționează cu speciile radicale înainte de a ataca structurile biologice, dăunător.
În absența acestei "barieră antioxidantă", radicalii liberi reacționează rapid cu biomoleculele care amenință viața, cum ar fi ADN-ul, lipidele și proteinele, provocând leziuni celulare grave și chiar moartea celulelor.
Datorită expunerii excesive la specii de reacție foarte reactive, echilibrul dintre radicalii liberi și antioxidanți poate fi mai mic; acest lucru declanșează o situație de stres oxidativ, care este responsabil pentru daune majore care compromit funcționalitatea celulelor și a țesuturilor și este asociată cu numeroase boli cronice, cum ar fi tulburări cardio-circulatorii (ateroscleroză, ischemică, accident vascular cerebral), diabet, neurodegenerativ (de exemplu boala Parkinson, Alzheimer). În plus, stresul oxidativ este una dintre principalele cauze ale îmbătrânirii celulare. ROS atacă, de fapt, polizidele lipidelor care provoacă oxidarea lor (peroxidarea lipidelor). Modificarea lanțurilor lipidice reprezintă o deteriorare gravă a membranelor celulare, care devin mai permeabile și își pierd eficiența, cu consecința îmbătrânirii prematură a celulelor și a țesuturilor.
Din punct de vedere chimic, radicalii liberi constituie o mare familie de compuși care, pentru simplificare, pot fi împărțiți în două categorii principale: ROS (Specii oxigenate reactive), specii reactive care conțin oxigen și care includ și molecule non radicalice, cum ar fi peroxizii și RNS (specii reactive de azot) care includ speciile radicale de azot (radicalul oxid de azot NO și peroxiditrit).
ROS se formează fiziologic în cantități mici ca produse secundare ale metabolismului respirator, dar pot fi generate în cantități mari și datorită factorilor de mediu cum ar fi radiațiile UV și poluarea sau datorită acțiunii sistemului imunitar după declanșarea reacții inflamatorii. ROS includ atât specii radicale cum ar fi anionul superoxid, radicalul hidroxil și radicalii hidroperoxil, și specii non-radicalice cum ar fi peroxidul de hidrogen (H 2 O 2 ) și oxigenul singlet. Radicalul hidroxil și oxigenul singlet sunt formele cele mai reactive dintre radicalii liberi, deoarece oxizi rapid toate moleculele biologice, în special grăsimile nesaturate, proteinele, acizii nucleici, provocând leziuni grave celulelor.
