Све живе врсте су стално изложене реактивним агенсима који нападају организме извана и изнутра. Током последњих неколико деценија, фокус истраживања је био фокусиран посебно на слободне радикале због њиховог укључивања у настанак и развој бројних болести.
Слободни радикали су високо нестабилне хемијске врсте због присутности у својој структури једног или више неспарених електрона. Необична електронска дистрибуција узрокује да слободни радикали буду веома реактивни и покушавају да постигну стабилније стање спајањем са другим молекулима или атомима, "крадући" њихове атоме водоника или у интеракцији са другим радикалним врстама.
Када се формирају, слободни радикали брзо реагују са другим молекулима кроз редокс реакције како би се постигла стабилна електронска конфигурација. За време ове врсте реакције постоји пренос електрона између једињења која учествују у реакцији, при чему једна врста губи електроне (оксидациони процес) у корист другог који их купује (процес редукције): молекул који губи електроне је редукциони агенс, док је онај који их добија оксидант.
Када слободни радикали реагују са не-радикалним врстама, он може изгубити или добити електроне или се једноставно придружити самом молекулу. У сваком случају, не-радикална врста се претвара у нови радикал који изазива ланчану реакцију, у којој слободни радикал генерише још један слободни радикал, док се два радикала не сретну и зауставе каскаду реакција.
РОС (реактивне врсте кисеоника) и друге реактивне радикалне врсте производе саме ћелије током нормалних физиолошких процеса или могу имати егзогено порекло. Унутар организма се нормално ослобађају као метаболички нус-продукти аеробне респирације, неки ензиматски процеси и имунолошке реакције, док су међу главним спољним факторима који доводе до формирања слободних радикала атмосферско загађење, ултраљубичасто зрачење, хемијска средства и стрес. .
У физиолошким условима, живи системи поседују ендогене системе одбране који штите структурне и функционалне биомолекуле од напада слободних радикала. Ови одбрамбени системи, који могу бити ензимски (глутатион, супероксид дисмутаза, каталаза) и неензиматски (антиоксидативни молекули и витамини узимани са дијетом), реагују са радикалним врстама пре него што могу да нападну биолошке структуре, пригушујући њихов потенцијал штетан.
У одсуству ове "антиоксидантне баријере", слободни радикали брзо реагују са животно критичним биомолекулима, као што су ДНК, липиди и протеини, узрокујући озбиљно оштећење ћелија и чак смрт ћелија.
Због претјераног излагања високо реактивним оксидирајућим врстама, равнотежа између слободних радикала и антиоксиданата може бити изгубљена; ово изазива ситуацију оксидативног стреса, која је одговорна за значајна оштећења која угрожавају функционалност ћелија и ткива и повезана је са бројним хроничним болестима, као што су кардио-циркулаторни поремећаји (атеросклероза, исхемија, мождани удар), дијабетес, рак, болести неуродегенеративне (нпр. Паркинсонова болест, Алцхајмерова болест). Штавише, оксидативни стрес је један од главних узрока старења ћелија. РОС заправо нападају липидне полинатне ланце који узрокују њихову оксидацију (липидну пероксидацију). Промена липидних ланаца представља озбиљно оштећење ћелијских мембрана, које постају све пропусније и губе своју ефикасност, са последичним прераним старењем ћелија и ткива.
Са хемијске тачке гледишта, слободни радикали чине широку породицу једињења која се, да би се поједноставила, могу поделити у две главне категорије: РОС (реактивне врсте кисеоника), које су реактивне врсте које садрже кисеоник и које такође укључују не-радикалне молекуле као што су пероксиди и РНС (реактивне врсте азота) које укључују радикалне азотне врсте (НО нитрични радикал и пероксинитрит).
РОС се формирају физиолошки у малим количинама као секундарни продукти респираторног метаболизма, али се могу генерисати у високим количинама и услед фактора окружења, као што су УВ зрачење и загађење, или деловањем имуног система након покретања инфламаторне реакције. РОС обухвата и радикалне врсте, као што су супероксидни анион, хидроксилне радикале и хидропероксилне радикале, који нису радикалне врсте, као што су водоник пероксид (Х202) и синглетни кисеоник. Хидроксилни радикал и синглетни кисеоник су најреактивнији облици слободних радикала, јер брзо оксидирају све биолошке молекуле, посебно незасићене масти, протеине, нуклеинске киселине, узрокујући озбиљна оштећења ћелија.
