Semua spesies hidup terus-menerus terpapar agen reaktif yang menyerang organisme dari luar dan dari dalam. Selama beberapa dekade terakhir, fokus penelitian telah difokuskan khususnya pada radikal bebas karena keterlibatan mereka dalam permulaan dan pengembangan berbagai penyakit.
Radikal bebas adalah spesies kimia yang sangat tidak stabil karena adanya satu atau lebih elektron yang tidak berpasangan dalam strukturnya. Distribusi elektronik yang aneh menyebabkan radikal bebas menjadi sangat reaktif dan mencoba mencapai keadaan yang lebih stabil dengan berpasangan dengan molekul atau atom lain, "mencuri" atom hidrogennya atau berinteraksi dengan spesies radikal lainnya.
Setelah terbentuk, radikal bebas bereaksi dengan cepat dengan molekul lain melalui reaksi redoks untuk mencapai konfigurasi elektronik yang stabil. Selama jenis reaksi ini terdapat transfer elektron antara senyawa yang berpartisipasi dalam reaksi, di mana satu spesies kehilangan elektron (proses oksidasi) untuk keuntungan yang lain yang membelinya (proses reduksi): molekul yang kehilangan elektron adalah zat pereduksi, sedangkan yang memperolehnya adalah oksidan.
Ketika radikal bebas bereaksi dengan spesies non-radikal, ia dapat kehilangan atau mendapatkan elektron atau bergabung dengan molekul itu sendiri. Bagaimanapun, spesies non-radikal berubah menjadi radikal baru yang memicu reaksi berantai, di mana radikal bebas menghasilkan radikal bebas lain, sampai dua radikal bertemu dan menghentikan kaskade reaksi.
ROS (Spesies Oksigen Reaktif) dan spesies radikal reaktif lainnya diproduksi oleh sel itu sendiri selama proses fisiologis normal, atau mungkin memiliki asal eksogen. Di dalam tubuh mereka biasanya dilepaskan sebagai produk sampingan metabolisme respirasi aerobik, beberapa proses enzimatik dan reaksi imun, sementara di antara faktor-faktor eksternal utama yang mengarah pada pembentukan radikal bebas ada polusi atmosfer, radiasi ultraviolet, agen kimia dan stres. .
Dalam kondisi fisiologis, sistem kehidupan memiliki sistem pertahanan endogen yang melindungi biomolekul struktural dan fungsional dari serangan radikal bebas. Sistem pertahanan ini, yang dapat bersifat enzimatik (glutathione, superoksida dismutase, katalase) dan non-enzimatik (molekul antioksidan dan vitamin yang diambil dengan makanan), bereaksi dengan spesies radikal sebelum mereka dapat menyerang struktur biologis, menghambat potensi mereka berbahaya.
Dengan tidak adanya "penghalang antioksidan" ini, radikal bebas bereaksi dengan cepat dengan biomolekul penting kehidupan, seperti DNA, lipid dan protein, menyebabkan kerusakan sel yang parah dan bahkan kematian sel.
Karena paparan berlebihan terhadap spesies pengoksidasi yang sangat reaktif, keseimbangan antara radikal bebas dan antioksidan dapat hilang; ini memicu situasi stres oksidatif, yang bertanggung jawab atas kerusakan penting yang mengganggu fungsi sel dan jaringan dan dikaitkan dengan berbagai penyakit kronis, seperti gangguan sirkulasi kardio (aterosklerosis, iskemia, stroke), diabetes, kanker, penyakit neurodegenerative (misalnya, penyakit Parkinson, Alzheimer). Selain itu, stres oksidatif adalah salah satu penyebab utama penuaan sel. ROS sebenarnya menyerang rantai polinatur lipid yang menyebabkan oksidasi mereka (peroksidasi lipid). Perubahan rantai lipid merupakan kerusakan serius pada membran sel, yang menjadi lebih permeabel dan kehilangan efisiensinya, dengan akibat penuaan dini sel dan jaringan.
Dari sudut pandang kimia, radikal bebas merupakan kelompok senyawa yang luas, untuk menyederhanakan, dapat dibagi menjadi dua kategori utama: ROS (Spesies Oksigen Reaktif), yang merupakan spesies reaktif yang mengandung oksigen dan yang juga termasuk molekul non-radikal seperti peroksida, dan RNS (Spesies Nitrogen Reaktif) yang mencakup spesies nitrogen radikal (NO radikal nitrat dan peroksinitrit).
ROS terbentuk secara fisiologis dalam jumlah kecil sebagai produk sekunder dari metabolisme pernapasan, tetapi dapat dihasilkan dalam jumlah tinggi juga karena faktor lingkungan, seperti radiasi UV dan polusi, atau oleh aksi sistem kekebalan setelah memicu reaksi peradangan. ROS mencakup spesies radikal seperti anion superoksida, radikal hidroksil dan radikal hidroperoksil, yang merupakan spesies non-radikal, seperti hidrogen peroksida (H 2 O 2 ) dan oksigen singlet. Radikal hidroksil dan oksigen singlet adalah bentuk radikal bebas paling reaktif, karena mereka dengan cepat mengoksidasi semua molekul biologis, khususnya lemak tak jenuh, protein, asam nukleat, yang menyebabkan kerusakan serius pada sel.
