Es gibt ein Paradoxon im Stoffwechsel von Organismen. Obwohl die meisten Organismen auf der Erde Sauerstoff zum Überleben benötigen, ist Sauerstoff ein hochreaktives Molekül, das Organismen zerstören kann, indem es reaktive Sauerstoffspezies produziert. Daher hat sich im Organismus ein komplexes Netzwerksystem etabliert, das aus antioxidativen Metaboliten und Enzymen besteht. Durch die synergistische Zusammenarbeit zwischen antioxidativen Stoffwechselzwischenprodukten und Produkten und Enzymen werden wichtige zelluläre Bestandteile wie DNA, Protein und Lipide vor oxidativen Schäden geschützt. Das antioxidative System erreicht im Wesentlichen antioxidative Wirkungen auf zwei Arten, eine besteht darin, die Produktion von aktiven Sauerstoffsubstanzen zu verhindern, und die andere besteht darin, diese Wirkstoffe zu eliminieren, bevor sie wichtige Bestandteile der Zelle schädigen, um eine Antioxidation zu erreichen. Wirksam. Diese reaktiven Sauerstoffspezies haben jedoch auch wichtige zelluläre Funktionen, wie z.B. die Funktion als Redox-Signalmoleküle in biochemischen Reaktionen. Daher besteht die Rolle des antioxidativen Systems im Organismus nicht darin, alle oxidierenden Substanzen vollständig zu entfernen, sondern diese Substanzen auf einem angemessenen Niveau zu halten.
Zu den in Zellen produzierten reaktiven Sauerstoffspezies gehören Wasserstoffperoxid (H2O2), hypochlorige Säure (HClO), freie Radikale wie Hydroxylradikale (· OH) und Superoxidanionen (O2). Hydroxylradikale sind besonders instabil und können mit den meisten Biomolekülen schnell und ohne Spezifität reagieren. Solche Spezies entstehen hauptsächlich durch metallkatalysierte Wasserstoffperoxidreduktion (wie z.B. Fenton-Reaktion). Diese Oxidationsmittel zerstören Zellen, indem sie Kettenreaktionen wie Lipidperoxidation oder oxidierende DNA und Proteine auslösen. Wenn die beschädigte DNA nicht repariert wird, kann dies zu Mutationen führen und Krebs auslösen. Schäden am Protein können die Aktivität des Enzyms hemmen, und das Protein wird denaturiert oder abgebaut.
Der menschliche Körper muss Sauerstoff verbrauchen, um reaktive Sauerstoffspezies im Prozess der Energiegewinnung zu erzeugen. Bei diesem Prozess können mehrere Schritte in der Elektronentransportkette Nebenprodukt Superoxid-Anionen erzeugen. Besonders wichtig ist, dass das Coenzym Q im Komplex III während des Reduktionsprozesses zu einem hochaktiven Zwischenprodukt des freien Radikals (Q·) wird. Dieses instabile Zwischenprodukt verursacht elektronisches "Leckage" (Verlust von Elektronen), und die "ausgetretenen" Elektronen springen aus der normalen Elektronentransportkette und reduzieren direkt Sauerstoffmoleküle, um Superoxidanionen zu erzeugen. Peroxid kann auch durch die Oxidation reduzierter Flavoproteine wie Komplex I hergestellt werden. Obwohl diese Enzyme Oxidationsmittel produzieren, ist nicht klar, ob die Elektronentransportkette wichtiger ist als andere biochemische Prozesse, die auch Peroxide produzieren können. Bei der Photosynthese von Pflanzen, Algen und Cyanobakterien, insbesondere unter hoher Bestrahlungsintensität, werden auch reaktive Sauerstoffspezies produziert, aber Carotinoide werden als photoprotektive Mittel verwendet, um übermäßiges starkes Licht zu absorbieren, um Zellen zu schützen. Die Algen und Cyanobakterien enthalten Eine große Menge an Jod und Selen kann auch die oxidativen Schäden durch hohe Strahlungsintensität ausgleichen. Carotinoide, Jod und Selen wirken als Antioxidantien, um die Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies zu vermeiden, indem sie mit dem überreduzierten photosynthetischen Reaktionszentrum reagieren.
