Semua spesies hidup terus didedahkan kepada agen reaktif yang menyerang organisma dari luar dan dari dalam. Sejak beberapa dekad yang lalu, fokus penyelidikan telah memberi tumpuan khusus kepada radikal bebas kerana penglibatannya dalam permulaan dan perkembangan pelbagai penyakit.
Radikal bebas adalah spesies kimia yang tidak stabil kerana kehadirannya dalam struktur satu atau lebih elektron tidak berpasangan. Pengedaran elektronik yang unik menyebabkan radikal bebas menjadi sangat reaktif dan cuba mencapai keadaan yang lebih stabil dengan gandingan dengan molekul atau atom lain, "mencuri" atom hidrogen mereka atau berinteraksi dengan spesies radikal yang lain.
Setelah terbentuk, radikal bebas bertindak balas dengan cepat dengan molekul lain melalui reaksi redoks untuk mencapai konfigurasi elektronik stabil. Semasa tindak balas jenis ini terdapat pemindahan elektron antara sebatian yang mengambil bahagian dalam tindak balas, di mana satu spesies kehilangan elektron (proses pengoksidaan) untuk kelebihan yang lain yang membelinya (proses pengurangan): molekul yang kehilangan elektron adalah ejen pengurangan, sementara yang memperolehnya adalah oksidan.
Apabila radikal bebas bertindak balas dengan spesies bukan radikal, ia boleh kehilangan atau mendapatkan elektron atau hanya menyertai molekul itu sendiri. Walau bagaimanapun, spesies tidak radikal berubah menjadi radikal baru yang mencetuskan tindak balas rantai, di mana radikal bebas menghasilkan satu lagi radikal bebas, sehingga dua radikal bertemu dan menghentikan aliran reaksi.
ROS (Spesies Oksigen Reaktif) dan spesies radikal reaktif yang lain dihasilkan oleh sel sendiri semasa proses fisiologi normal, atau mungkin berasal dari luar. Di dalam tubuh mereka biasanya dikeluarkan sebagai produk sampingan metabolik pernafasan aerobik, beberapa proses enzimatik dan tindak balas imun, sementara di antara faktor luaran utama yang membawa kepada pembentukan radikal bebas terdapat pencemaran atmosfera, radiasi ultraviolet, agen kimia dan tekanan .
Dalam keadaan fisiologi sistem hidup mempunyai sistem pertahanan endogen yang melindungi biomolekul struktur dan fungsi dari serangan radikal bebas. Sistem pertahanan ini, yang boleh menjadi enzim (glutation, superoxide dismutase, catalase) dan bukan enzim (molekul antioksidan dan vitamin yang diambil dengan diet), bertindak balas dengan spesies radikal sebelum mereka dapat menyerang struktur biologi, melambatkan potensi mereka berbahaya.
Tanpa adanya "penghalang antioksidan" ini, radikal bebas bertindak balas dengan cepat dengan biomolekul kritikal hidup, seperti DNA, lipid dan protein, menyebabkan kerosakan sel yang teruk dan juga kematian sel.
Oleh kerana pendedahan berlebihan kepada spesies pengoksidaan yang sangat reaktif, keseimbangan antara radikal bebas dan antioksidan boleh hilang; ini mencetuskan keadaan tekanan oksidatif, yang bertanggungjawab terhadap kerosakan penting yang menjejaskan fungsi sel-sel dan tisu-tisu dan dikaitkan dengan pelbagai penyakit kronik, seperti gangguan kardio-peredaran darah (aterosklerosis, iskemia, strok), kencing manis, kanser, penyakit neurodegenerative (contohnya penyakit Parkinson, Alzheimer). Tambahan pula, tekanan oksidatif adalah salah satu punca utama penuaan selular. ROS sebenarnya menyerang rantai polynature lipid yang menyebabkan pengoksidaan (lipid peroksidasi). Perubahan rantai lipid mewakili kerosakan serius pada membran selular, yang menjadi lebih telap dan kehilangan kecekapannya, dengan penuaan pramatang sel-sel dan tisu.
Dari sudut pandangan kimia, radikal bebas terdiri daripada keluarga yang luas, yang memudahkan untuk dibahagikan kepada dua kategori utama: ROS (Spesies Oksigen Reaktif), yang merupakan spesies reaktif yang mengandungi oksigen dan juga termasuk molekul bukan radikal seperti peroksida, dan RNS (Spesies Nitrogen Reaktif) yang merangkumi spesies nitrogen radikal (NO radikal nitrat dan peroxynitrite).
ROS dibentuk secara fisiologi dalam kuantiti yang kecil sebagai produk sekunder metabolisme pernafasan, tetapi boleh dihasilkan dalam kuantiti yang tinggi juga disebabkan oleh faktor alam sekitar, seperti sinaran UV dan pencemaran, atau oleh tindakan sistem imun berikutan pemicu tindak balas keradangan. ROS merangkumi kedua-dua spesies radikal seperti anion superoxide, radikal hidroksil radikal dan hydroperoxyl, yang merupakan spesies bukan radikal, seperti hidrogen peroksida (H 2 O 2 ) dan oksigen tunggal. Oksigen radikal hidroksil dan tunggal adalah bentuk radikal bebas yang paling reaktif, kerana ia secara cepat mengoksidakan semua molekul biologi, khususnya lemak tak jenuh, protein, asid nukleik, menyebabkan kerosakan yang serius terhadap sel-sel.
