Alle lebenden Arten sind ständig reaktiven Wirkstoffen ausgesetzt, die Organismen von außen und von innen angreifen. In den letzten Jahrzehnten lag der Forschungsschwerpunkt insbesondere auf freien Radikalen, die an der Entstehung und Entwicklung zahlreicher Krankheiten beteiligt sind.
Freie Radikale sind hochgradig instabile chemische Spezies, da in ihrer Struktur ein oder mehrere ungepaarte Elektronen vorhanden sind. Die besondere elektronische Verteilung bewirkt, dass freie Radikale sehr reaktiv sind und versuchen, einen stabileren Zustand zu erreichen, indem sie mit anderen Molekülen oder Atomen gekoppelt werden, ihre Wasserstoffatome "stehlen" oder mit anderen Radikalspezies interagieren.
Einmal gebildet, reagieren freie Radikale durch Redoxreaktionen schnell mit anderen Molekülen, um eine stabile elektronische Konfiguration zu erreichen. Während dieser Art von Reaktion gibt es einen Elektronentransfer zwischen den an der Reaktion beteiligten Verbindungen, bei dem eine Spezies Elektronen (Oxidationsprozess) zugunsten einer anderen Spezies verliert, die sie kauft (Reduktionsprozess): das Molekül das, das Elektronen verliert, ist das Reduktionsmittel, während das, das sie gewinnt, das Oxidationsmittel ist.
Wenn ein freies Radikal mit einer nicht-radikalischen Spezies reagiert, kann es Elektronen verlieren oder gewinnen oder einfach das Molekül selbst verbinden. In jedem Fall verwandelt sich die nichtradikale Spezies in ein neues Radikal, das eine Kettenreaktion auslöst, bei der ein freies Radikal ein weiteres freies Radikal erzeugt, bis zwei Radikale sich treffen und die Reaktionskaskade stoppen.
ROS (Reactive Oxygen Species) und andere reaktive Radikalspezies werden von den Zellen selbst während normaler physiologischer Prozesse erzeugt oder können einen exogenen Ursprung haben. Im Körper werden sie normalerweise als metabolische Nebenprodukte der aeroben Atmung, einiger enzymatischer Prozesse und Immunreaktionen freigesetzt, während zu den wichtigsten externen Faktoren, die zur Bildung freier Radikale führen, Luftverschmutzung, ultraviolette Strahlung, chemische Wirkstoffe und Stress zählen .
Unter physiologischen Bedingungen besitzen lebende Systeme körpereigene Abwehrsysteme, die strukturelle und funktionelle Biomoleküle vor dem Angriff freier Radikale schützen. Diese Abwehrsysteme, die enzymatisch (Glutathion, Superoxiddismutase, Katalase) und nichtenzymatisch (antioxidative Moleküle und Vitamine, die mit der Nahrung aufgenommen werden) sein können, reagieren mit radikalen Spezies, bevor sie biologische Strukturen angreifen und ihr Potenzial dämpfen können schädlich.
Ohne diese "Antioxidansbarriere" reagieren freie Radikale schnell mit lebenswichtigen Biomolekülen wie DNA, Lipiden und Proteinen und verursachen schwere Zellschäden und sogar Zelltod.
Durch übermäßige Exposition gegenüber hochreaktiven oxidierenden Spezies kann das Gleichgewicht zwischen freien Radikalen und Antioxidantien verloren gehen. Dies löst eine Situation von oxidativem Stress aus, der für wichtige Schäden verantwortlich ist, die die Funktionalität von Zellen und Geweben beeinträchtigen und mit zahlreichen chronischen Krankheiten wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen (Arteriosklerose, Ischämie, Schlaganfall), Diabetes, Krebs und Krankheiten verbunden ist neurodegenerativ (zB Morbus Parkinson, Alzheimer). Darüber hinaus ist oxidativer Stress eine der Hauptursachen für die Zellalterung. Tatsächlich greifen die ROS die Lipidpolynaturketten an und verursachen deren Oxidation (Lipidperoxidation). Die Veränderung der Lipidketten stellt eine ernsthafte Schädigung der Zellmembranen dar, die durchlässiger werden und ihre Wirksamkeit verlieren, was zu einer vorzeitigen Alterung von Zellen und Geweben führt.
Aus chemischer Sicht stellen freie Radikale eine große Familie von Verbindungen dar, die zur Vereinfachung in zwei Hauptkategorien unterteilt werden können: ROS (Reactive Oxygen Species), bei denen es sich um reaktive Spezies handelt, die Sauerstoff enthalten und die auch nicht-radikalische Moleküle wie z Peroxide und RNS (Reactive Nitrogen Species), zu denen radikalische Stickstoffspezies (NO-Stickstoffradikal und Peroxynitrit) gehören.
ROS werden physiologisch in geringen Mengen als Nebenprodukte des Atemwegsstoffwechsels gebildet, können aber auch durch Umwelteinflüsse wie UV-Strahlung und Umweltverschmutzung oder durch die Einwirkung des Immunsystems nach Auslösung von in großen Mengen erzeugt werden entzündliche Reaktionen. ROS umfasst sowohl Radikalspezies wie das Superoxidanion, das Hydroxylradikal als auch Hydroperoxylradikale, die keine Radikalspezies sind, wie Wasserstoffperoxid (H 2 O 2 ) und Singulettsauerstoff. Das Hydroxylradikal und der Singulettsauerstoff sind die reaktivsten Formen freier Radikale, da sie alle biologischen Moleküle, insbesondere ungesättigte Fette, Proteine und Nukleinsäuren, schnell oxidieren und die Zellen schwer schädigen.
