Существует парадокс в метаболизме организмов. Хотя большинство организмов на Земле нуждаются в кислороде, чтобы выжить, кислород является высокореактивной молекулой, которая может разрушать организмы, производя активные формы кислорода. Поэтому в организме создана сложная сетевая система, состоящая из антиоксидантных метаболитов и ферментов. Благодаря синергетическому сотрудничеству между антиоксидантными метаболическими промежуточными продуктами и продуктами и ферментами важные клеточные компоненты, такие как ДНК, белок и липиды, защищены от окислительного повреждения. Антиоксидантная система в основном достигает антиоксидантных эффектов двумя способами, один из которых заключается в предотвращении производства активных кислородных веществ, а другой заключается в устранении этих активных веществ до того, как они вызовут повреждение важных компонентов клетки для достижения антиоксидантов. Эффективный. Тем не менее, эти активные формы кислорода также имеют важные клеточные функции, такие как действие в качестве окислительно-восстановительных сигнальных молекул в биохимических реакциях. Поэтому роль антиоксидантной системы в организме заключается не в том, чтобы полностью удалить все окисляющие вещества, а в том, чтобы удерживать эти вещества на должном уровне.
Активные формы кислорода, продуцируемые в клетках, включают перекись водорода (H2O2), хлорноватистую кислоту (HClO), свободные радикалы, такие как гидроксильные радикалы (· OH) и супероксидные анионы (O2). Гидроксильные радикалы особенно нестабильны и могут быстро и без специфичности реагировать с большинством биомолекул. Такие виды в основном образуются путем катализируемого металлом восстановления перекиси водорода (например, реакция Фентона). Эти окислители разрушают клетки, инициируя цепные реакции, такие как перекисное окисление липидов или окисление ДНК и белков. Если поврежденная ДНК не восстанавливается, это может вызвать мутации и вызвать рак. Повреждение белка может ингибировать активность фермента, и белок будет денатурирован или деградирован.
Организм человека должен потреблять кислород для генерации активных форм кислорода в процессе производства энергии. В этом процессе несколько этапов в цепи переноса электронов могут производить побочные продукты супероксидных анионов. Особенно важно, чтобы коэнзим Q в комплексе III становился высокоактивным промежуточным свободным радикалом (Q·) в процессе восстановления. Этот нестабильный промежуточный продукт вызовет электронную «утечку» (потерю электронов), а «просочившиеся» электроны выскочат из нормальной цепи переноса электронов и непосредственно уменьшат молекулы кислорода для получения супероксидных анионов. Перекись также может быть получена путем окисления восстановленных флавопротеинов, таких как комплекс I. Однако, хотя эти ферменты производят окислители, неясно, является ли цепь переноса электронов более важной, чем другие биохимические процессы, которые также могут производить пероксиды. В процессе фотосинтеза растений, водорослей и цианобактерий, особенно при высокой интенсивности облучения, также образуются активные формы кислорода, но каротиноиды используются в качестве фотопротекторов для поглощения чрезмерного сильного света для защиты клеток. Водоросли и цианобактерии содержат большое количество йода и селена, которые также могут компенсировать окислительное повреждение, вызванное высокой интенсивностью излучения. Каротиноиды, йод и селен действуют как антиоксиданты, чтобы избежать производства активных форм кислорода, реагируя с чрезмерно уменьшенным реакционным центром фотосинтеза.
