สิ่งมีชีวิตทุกชนิดสัมผัสกับสารที่ทำปฏิกิริยาซึ่งโจมตีสิ่งมีชีวิตจากภายนอกและภายใน ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมาการวิจัยมุ่งเน้นไปที่ อนุมูลอิสระ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากการมีส่วนร่วมในการโจมตีและการพัฒนาของโรคต่างๆ
อนุมูลอิสระเป็นสารเคมีที่มีความไม่แน่นอนสูงเนื่องจากมีอยู่ในโครงสร้างของอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่เดียว การกระจายตัวทางอิเล็กทรอนิกส์ที่แปลกประหลาดทำให้อนุมูลอิสระมีปฏิกิริยามากและพยายามที่จะไปถึงสถานะที่เสถียรมากขึ้นโดยการมีเพศสัมพันธ์กับโมเลกุลหรืออะตอมอื่น ๆ "ขโมย" อะตอมไฮโดรเจนของพวกเขาหรือมีปฏิสัมพันธ์กับสายพันธุ์ที่รุนแรงอื่น ๆ
เมื่อเกิดขึ้นอนุมูลอิสระจะทำปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วกับโมเลกุลอื่น ๆ ผ่านปฏิกิริยาการลดออกซิเดชัน (รีดอกซ์) เพื่อให้ได้โครงแบบอิเล็กทรอนิกส์ที่เสถียร ระหว่างปฏิกิริยาประเภทนี้จะมีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างสารประกอบที่มีส่วนร่วมในการทำปฏิกิริยาซึ่งสปีชีส์จะสูญเสียอิเล็กตรอน (กระบวนการออกซิเดชั่น) ไปยังข้อดีของอีกอันที่ได้มาพวกมัน (กระบวนการลด): โมเลกุล ที่สูญเสียอิเล็กตรอนคือตัวรีดิวซ์ในขณะที่สิ่งที่ได้รับพวกมันคืออนุมูลอิสระ
เมื่ออนุมูลอิสระทำปฏิกิริยากับสปีชีส์ที่ไม่รุนแรงมันสามารถสูญเสียหรือรับอิเล็กตรอนหรือเพียงแค่เข้าร่วมโมเลกุลเอง ไม่ว่าในกรณีใดสายพันธุ์ที่ไม่ต่างไปจากเดิมจะถูกเปลี่ยนเป็นอนุมูลอิสระใหม่ที่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ซึ่งอนุมูลอิสระสร้างอนุมูลอิสระอีกครั้งจนกระทั่งอนุมูลสองตัวมาพบกันหยุดการเกิดปฏิกิริยา
ROS (Reactive Oxygen Species) และสปีชีส์อื่นที่เกิดจากอนุมูลอิสระนั้นผลิตโดยเซลล์ของตัวเองในระหว่างกระบวนการทางสรีรวิทยาปกติหรืออาจมีต้นกำเนิดจากภายนอก ภายในร่างกายมักจะถูกปล่อยออกมาเป็นผลพลอยได้จากการเผาผลาญของกระบวนการหายใจแบบแอโรบิคกระบวนการบางอย่างของเอนไซม์และปฏิกิริยาภูมิคุ้มกันในขณะที่ปัจจัยภายนอกหลักที่นำไปสู่การก่อตัวของอนุมูลอิสระคือมลภาวะในชั้นบรรยากาศรังสีอุลตร้าไวโอเลต .
ภายใต้สภาพทางสรีรวิทยาระบบการดำรงชีวิตมีระบบป้องกันภายนอกที่ปกป้องโมเลกุลชีวภาพเชิงโครงสร้างและหน้าที่จากการโจมตีของอนุมูลอิสระ ระบบการป้องกันเหล่านี้ซึ่งอาจเป็นเอนไซม์ (กลูตาไธโอน, ซูเปอร์ออกไซด์ dismutase, catalase) และไม่ใช่เอนไซม์ (โมเลกุลสารต้านอนุมูลอิสระและวิตามินที่ได้รับจากอาหาร) ทำปฏิกิริยากับสปีชีส์ที่รุนแรงก่อนที่พวกมันจะโจมตีโครงสร้างทางชีวภาพ เป็นอันตราย
ในกรณีที่ไม่มี "สารต้านอนุมูลอิสระ" สารต้านอนุมูลอิสระจะทำปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วกับชีวโมเลกุลที่คุกคามชีวิตเช่น DNA ไขมันและโปรตีนทำให้เกิดความเสียหายต่อเซลล์อย่างรุนแรงและแม้แต่เซลล์ก็ตาย
เนื่องจากการได้รับสารออกซิไดซ์ที่ไวต่อปฏิกิริยามากเกินไปความสมดุลระหว่างอนุมูลอิสระและสารต้านอนุมูลอิสระอาจน้อยลง สิ่งนี้ก่อให้เกิดสถานการณ์ความเครียดออกซิเดทีฟซึ่งรับผิดชอบต่อความเสียหายที่สำคัญซึ่งส่งผลกระทบต่อการทำงานของเซลล์และเนื้อเยื่อและมีความสัมพันธ์กับโรคเรื้อรังหลายชนิดเช่นความผิดปกติของหัวใจและหลอดเลือด (หลอดเลือดหัวใจตีบขาดเลือดโรคหลอดเลือดสมอง) โรคเบาหวานโรคมะเร็ง neurodegenerative (เช่นโรคพาร์คินสัน, อัลไซเมอร์) นอกจากนี้ความเครียดยังเป็นหนึ่งในสาเหตุหลักของการเกิดริ้วรอยของเซลล์ ในความเป็นจริง ROS โจมตี polysides ของ lipids ทำให้เกิดออกซิเดชันของพวกเขา (lipid peroxidation) การเปลี่ยนแปลงของโซ่ไขมันหมายถึงความเสียหายอย่างร้ายแรงต่อเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งสามารถดูดซึมได้มากขึ้นและสูญเสียประสิทธิภาพไปด้วยการเสื่อมสภาพของเซลล์และเนื้อเยื่อก่อนวัยอันควร
จากมุมมองทางเคมีอนุมูลอิสระประกอบด้วยสารประกอบขนาดใหญ่ที่ทำให้ลดความซับซ้อนสามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภทหลักคือ ROS (Reactive Oxygen Species) ซึ่งเป็นสายพันธุ์ปฏิกิริยาที่มีออกซิเจนและยังรวมถึงโมเลกุลที่ไม่รุนแรงเช่น เปอร์ออกไซด์และ RNS (ชนิดปฏิกิริยาไนโตรเจน) ซึ่งรวมถึงสายพันธุ์ที่รุนแรงของไนโตรเจน (ไนตริกออกไซด์หัวรุนแรง NO และ peroxynitrite)
ROS เกิดขึ้นทางสรีรวิทยาในปริมาณเล็กน้อยเป็นผลิตภัณฑ์รองของเมแทบอลิซึมของระบบทางเดินหายใจ แต่สามารถสร้างได้ในปริมาณสูงเนื่องจากปัจจัยทางสิ่งแวดล้อมเช่นรังสี UV และมลภาวะหรือเนื่องจากการกระทำของระบบภูมิคุ้มกันหลังจากเกิดการกระตุ้น ปฏิกิริยาการอักเสบ ROSs รวมถึงสปีชีส์ที่รุนแรงเช่น superoxide anion, ไฮดรอกซิลอนุมูลและไฮโดรเพอร์ซิลล์อนุมูลและชนิดที่ไม่รุนแรงเช่นไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H 2 O 2 ) และออกซิเจนเดี่ยว ไฮดรอกซิลอนุมูลอิสระและออกซิเจนเดี่ยวเป็นรูปแบบที่ไวต่อปฏิกิริยามากที่สุดในบรรดาอนุมูลอิสระเนื่องจากมันจะออกซิไดซ์โมเลกุลชีวภาพทั้งหมดอย่างรวดเร็วโดยเฉพาะไขมันที่ไม่อิ่มตัวโปรตีนกรดนิวคลีอิกทำให้เซลล์เสียหายอย่างรุนแรง
