Alle levende soorten worden voortdurend blootgesteld aan reactieve agentia die organismen van buitenaf en van binnenuit aanvallen. In de afgelopen decennia heeft de focus van het onderzoek zich in het bijzonder gericht op vrije radicalen vanwege hun betrokkenheid bij het ontstaan en de ontwikkeling van talrijke ziekten.
Vrije radicalen zijn zeer instabiele chemische soorten vanwege de aanwezigheid in hun structuur van een of meer ongepaarde elektronen. De eigenaardige elektronische verdeling zorgt ervoor dat vrije radicalen zeer reactief zijn en proberen een stabielere toestand te bereiken door te koppelen met andere moleculen of atomen, hun waterstofatomen te "stelen" of in wisselwerking te treden met andere radicale soorten.
Eenmaal gevormd, reageren vrije radicalen snel met andere moleculen door redoxreacties om een stabiele elektronische configuratie te bereiken. Tijdens dit type reactie is er een overdracht van elektronen tussen de verbindingen die deelnemen aan de reactie, waarbij één soort elektronen (oxidatieproces) verliest ten voordele van een andere die ze koopt (reductieproces): de molecule dat verliest elektronen is het reducerende middel, terwijl degene die ze wint de oxidant is.
Wanneer een vrije radicaal reageert met een niet-radicaal soort kan het elektronen verliezen of krijgen of eenvoudigweg het molecuul zelf verenigen. In elk geval verandert de niet-radicale soort in een nieuwe radicaal die een kettingreactie veroorzaakt, waarbij een vrije radicalen een andere vrije radicaal genereert, totdat twee radicalen elkaar ontmoeten en de cascade van reacties stoppen.
ROS (Reactive Oxygen Species) en andere reactieve radicaalsoorten worden geproduceerd door de cellen zelf gedurende normale fysiologische processen, of kunnen een exogene oorsprong hebben. In het lichaam worden ze normaal gesproken vrijgegeven als metabole bijproducten van aerobe ademhaling, sommige enzymatische processen en immuunreacties, terwijl onder de belangrijkste externe factoren die leiden tot de vorming van vrije radicalen, er sprake is van atmosferische vervuiling, ultraviolette straling, chemische stoffen en stress .
In fysiologische omstandigheden bezitten levende systemen endogene verdedigingssystemen die structurele en functionele biomoleculen beschermen tegen de aanval van vrije radicalen. Deze verdedigingssystemen, die enzymatisch kunnen zijn (glutathion, superoxide dismutase, catalase) en niet-enzymatische (antioxidantmoleculen en vitamines die met het dieet worden ingenomen), reageren met radicale soorten voordat ze biologische structuren kunnen aanvallen, waardoor hun potentieel wordt gedempt schadelijk.
Bij afwezigheid van deze "antioxidantbarrière" reageren vrije radicalen snel met levenskritische biomoleculen, zoals DNA, lipiden en eiwitten, die ernstige celbeschadiging en zelfs celdood veroorzaken.
Door overmatige blootstelling aan zeer reactieve oxiderende soorten kan de balans tussen vrije radicalen en antioxidanten verloren gaan; dit veroorzaakt een situatie van oxidatieve stress, die verantwoordelijk is voor belangrijke schade die de functionaliteit van cellen en weefsels aantast en die geassocieerd is met talrijke chronische ziekten, zoals cardio-circulatiestoornissen (atherosclerose, ischemie, beroerte), diabetes, kanker, ziektes neurodegeneratief (bijv. de ziekte van Parkinson, de ziekte van Alzheimer). Bovendien is oxidatieve stress een van de hoofdoorzaken van cellulaire veroudering. De ROS vallen in feite de lipidepolynatuurketens aan die hun oxidatie veroorzaken (lipideperoxidatie). De verandering van de lipideketens vertegenwoordigt een ernstige schade aan de celmembranen, die meer permeabel worden en hun efficiëntie verliezen, met als gevolg voortijdige veroudering van cellen en weefsels.
Vanuit chemisch oogpunt vormen vrije radicalen een brede familie van verbindingen die, om te vereenvoudigen, kunnen worden onderverdeeld in twee hoofdcategorieën: ROS (Reactive Oxygen Species), die reactieve soorten zijn die zuurstof bevatten en die ook niet-radicale moleculen zoals peroxiden en RNS (Reactive Nitrogen Species) die radicale stikstofsoorten bevatten (GEEN stikstofradicaal en peroxynitriet).
ROS worden in kleine hoeveelheden fysiologisch gevormd als secundaire producten van het metabolisme van de ademhalingswegen, maar kunnen ook in grote hoeveelheden worden gegenereerd, ook als gevolg van omgevingsfactoren, zoals UV-straling en vervuiling, of door de werking van het immuunsysteem na het triggeren van ontstekingsreacties. ROS omvat zowel radicale soorten zoals superoxide-anion, de hydroxylradicaal en hydroperoxylradicalen, die niet-radicaal soorten zijn, zoals waterstofperoxide (H 2 O 2 ) en singlet zuurstof. Het hydroxylradicaal en singletzuurstof zijn de meest reactieve vormen van vrije radicalen, omdat ze snel alle biologische moleculen oxideren, in het bijzonder onverzadigde vetten, eiwitten, nucleïnezuren, die ernstige schade aan de cellen veroorzaken.
