تتعرض جميع الأنواع الحية باستمرار إلى العوامل التفاعلية التي تهاجم الكائنات الحية من الخارج والداخل. على مدى العقود القليلة الماضية ، ركز تركيز البحث بشكل خاص على الجذور الحرة بسبب مشاركتهم في بداية العديد من الأمراض وتطورها.
الجذور الحرة هي أنواع كيميائية غير مستقرة إلى حد كبير بسبب وجود هيكل واحد أو أكثر من إلكترونات غير مقترحة. يتسبب التوزيع الإلكتروني الغريب في أن تكون الجذور الحرة متفاعلة للغاية وتحاول الوصول إلى حالة أكثر استقرارًا عن طريق اقترانها بجزيئات أو ذرات أخرى ، "سرقة" ذرات الهيدروجين أو التفاعل مع الأنواع الجذرية الأخرى.
بمجرد تشكيلها ، تتفاعل الجذور الحرة بسرعة مع الجزيئات الأخرى من خلال تفاعلات تقليل الأكسدة (الأكسدة) من أجل تحقيق تكوين إلكتروني ثابت. خلال هذا النوع من التفاعل ، هناك نقل إلكترونات بين المركبات المشاركة في التفاعل ، حيث يفقد نوع الإلكترونات (عملية الأكسدة) لصالح الآخر الذي يكتسبها (عملية التخفيض): الجزيء أن يفقد الإلكترونات هو العامل المختزل ، في حين أن الشخص الذي يكتسبها هو الأكسدة.
عندما يتفاعل الجذور الحرة مع أنواع غير راديكالية ، يمكن أن يفقد أو يحصل على إلكترونات أو ببساطة ينضم إلى الجزيء نفسه. في كل الأحوال ، تتحول الأنواع غير الراديكالية إلى جذور جديدة تؤدي إلى تفاعل متسلسل ، حيث يولد راديكالية حرة راديكالية حرة أخرى ، حتى يلتقي متطرفان ، مما يوقف سلسلة التفاعلات.
يتم إنتاج ROS (أنواع الأكسجين التفاعلية) وغيرها من الأنواع الجذرية التفاعلية عن طريق الخلايا نفسها أثناء العمليات الفسيولوجية الطبيعية ، أو قد يكون لها أصل خارجي. عادة ما يتم إطلاق الجسم داخل الجسم كمنتج استقلابي من التنفس الهوائي وبعض العمليات الأنزيمية والتفاعلات المناعية ، في حين أن العوامل الخارجية الرئيسية التي تؤدي إلى تكوين الجذور الحرة هي التلوث الجوي والأشعة فوق البنفسجية والمواد الكيميائية والضغط .
تحت الظروف الفيزيولوجية ، تمتلك الأنظمة الحية أنظمة دفاعية داخلية تحمي الجزيئات الحيوية الهيكلية والوظيفية من هجوم الجذور الحرة. هذه الأنظمة الدفاعية ، التي يمكن أن تكون إنزيمية (الجلوتاثيون ، الأكسيد الفائق ديسموتاز ، الكاتلاز) وغير الإنزيمية (جزيئات مضادات الأكسدة والفيتامينات التي تؤخذ مع النظام الغذائي) ، تتفاعل مع الأنواع الجذرية قبل أن تتمكن من مهاجمة الهياكل البيولوجية ، وتخميد إمكاناتها ضارة.
في غياب هذا "حاجز مضاد للأكسدة" ، تتفاعل الجذور الحرة بسرعة مع جزيئات حيوية مهددة للحياة ، مثل الحمض النووي ، والدهون والبروتينات ، مما يتسبب في تلف خلوي خطير وحتى الموت الخلوي.
بسبب التعرض المفرط للأنواع المؤكسدة عالية التفاعل ، قد يكون التوازن بين الجذور الحرة ومضادات الأكسدة أقل ؛ هذا يؤدي إلى حالة من الإجهاد التأكسدي ، وهو المسؤول عن الأضرار الرئيسية التي تهدد وظائف الخلايا والأنسجة ويرتبط مع العديد من الأمراض المزمنة ، مثل اضطرابات القلب والدورة الدموية (تصلب الشرايين ، إقفارية ، السكتة الدماغية) ، والسكري ، والسرطان ، والأمراض neurodegenerative (مثل مرض باركنسون ، ومرض ألزهايمر). علاوة على ذلك ، يعتبر الإجهاد التأكسدي أحد الأسباب الرئيسية للشيخوخة الخلوية. في الواقع يهاجم ROS polysides من الدهون تسبب الأكسدة (بيروكسيد الدهون). يمثل تغير سلاسل الدهون تلفًا خطيرًا في الأغشية الخلوية ، التي تصبح أكثر نفاذية وتفقد كفاءتها ، مع شيخوخة الخلايا والأنسجة المبكرة.
من وجهة النظر الكيميائية ، تشكل الجذور الحرة مجموعة كبيرة من المركبات التي يمكن تبسيطها ، إلى تبسيط ، إلى فئتين رئيسيتين هما: ROS (أنواع الأكسجين التفاعلية) ، وهما نوعان متفاعلان يحتويان على الأكسجين والتي تشتمل أيضًا على جزيئات غير راديكالية مثل البيروكسيدات ، و RNS (الأنواع النيتروجينية التفاعلية) التي تشمل الأنواع الراديكالية من النيتروجين (أكسيد النيتروجين المتطرف NO و Peroxynitrite).
يتم تشكيل ROS من الناحية الفيزيائية بكميات صغيرة كمنتجات ثانوية لعملية الأيض التنفسية ، ولكن يمكن توليدها بكميات كبيرة أيضًا بسبب عوامل بيئية ، مثل الأشعة فوق البنفسجية والتلوث ، أو بسبب عمل الجهاز المناعي بعد إطلاق ردود فعل التهابية. وتشمل ROSs كلا النوعين الجذريين مثل الأنيون فائق الأكسدة ، جذور الهيدروكسيل والهيدروبروكسيل ، والأنواع غير الراديكالية مثل بيروكسيد الهيدروجين (H 2 O 2 ) والأكسجين المنفرد. يعتبر الهيدروكسيل الراديكالي والأوكسجين القوقعي أكثر الأشكال تفاعلية بين الجذور الحرة ، حيث أنها تؤكسد بسرعة جميع الجزيئات البيولوجية ، وخاصة الدهون غير المشبعة ، والبروتينات ، والأحماض النووية ، مما يتسبب في أضرار جسيمة للخلايا.
