Υπάρχει ένα παράδοξο στο μεταβολισμό των οργανισμών. Αν και οι περισσότεροι οργανισμοί στη γη χρειάζονται οξυγόνο για να επιβιώσουν, το οξυγόνο είναι ένα εξαιρετικά αντιδραστικό μόριο που μπορεί να καταστρέψει τους οργανισμούς παράγοντας αντιδραστικά είδη οξυγόνου. Ως εκ τούτου, ένα πολύπλοκο σύστημα δικτύου που αποτελείται από αντιοξειδωτικούς μεταβολίτες και ένζυμα έχει καθιερωθεί στον οργανισμό. Μέσω της συνεργιστικής συνεργασίας μεταξύ αντιοξειδωτικών μεταβολικών ενδιάμεσων προϊόντων και προϊόντων και ενζύμων, σημαντικά κυτταρικά συστατικά όπως το DNA, οι πρωτεΐνες και τα λιπίδια προστατεύονται από οξειδωτικές βλάβες. Το αντιοξειδωτικό σύστημα βασικά επιτυγχάνει αντιοξειδωτικές επιδράσεις με δύο τρόπους, ο ένας είναι να αποτρέψει την παραγωγή δραστικών ουσιών οξυγόνου και ο άλλος είναι να εξαλείψει αυτές τις δραστικές ουσίες πριν προκαλέσουν βλάβη σε σημαντικά συστατικά του κυττάρου για να επιτύχουν την αντιοξειδωτική. Αποτελεσματικός. Ωστόσο, αυτά τα αντιδραστικά είδη οξυγόνου έχουν επίσης σημαντικές κυτταρικές λειτουργίες, όπως η δράση ως οξειδωτικά μόρια σηματοδότησης σε βιοχημικές αντιδράσεις. Ως εκ τούτου, ο ρόλος του αντιοξειδωτικού συστήματος στον οργανισμό δεν είναι να αφαιρέσει εντελώς όλες τις οξειδωτικές ουσίες, αλλά να διατηρήσει αυτές τις ουσίες στο κατάλληλο επίπεδο.
Τα αντιδραστικά είδη οξυγόνου που παράγονται στα κύτταρα περιλαμβάνουν υπεροξείδιο του υδρογόνου (H2O2), υποχλωριώδες οξύ (HClO), ελεύθερες ρίζες όπως υδροξυχλωρικές ρίζες (· OH) και ανιόντα υπεροξειδίου (O2). Οι ρίζες υδροξυλίου είναι ιδιαίτερα ασταθείς και μπορούν να αντιδράσουν με τα περισσότερα βιομόρια γρήγορα και χωρίς εξειδίκευση. Τέτοια είδη παράγονται κυρίως από τη μείωση του υπεροξειδίου του υδρογόνου μετά την καταλύτηση (όπως η αντίδραση Fenton). Αυτά τα οξειδωτικά καταστρέφουν τα κύτταρα ξεκινώντας αλυσιδωτές αντιδράσεις όπως η οξείδωση των λιπιδίων ή το οξειδωτικό DNA και πρωτεΐνες. Εάν το κατεστραμμένο DNA δεν επισκευαστεί, μπορεί να προκαλέσει μεταλλάξεις και να προκαλέσει καρκίνο. Η βλάβη στην πρωτεΐνη μπορεί να εμποδίσει τη δραστηριότητα του ενζύμου και η πρωτεΐνη θα μετουσιωθεί ή θα υποβαθμιστεί.
Το ανθρώπινο σώμα πρέπει να καταναλώνει οξυγόνο για να παράγει αντιδραστικά είδη οξυγόνου κατά τη διαδικασία παραγωγής ενέργειας. Σε αυτή τη διαδικασία, αρκετά βήματα στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων μπορούν να παράγουν ανιόντα υπεροξειδίου υποπροϊόντων. Είναι ιδιαίτερα σημαντικό το συνένζυμο Q στο σύμπλεγμα ΙΙΙ να γίνει ένα εξαιρετικά ενεργό ενδιάμεσο των ελεύθερων ριζών (Q·) κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μείωσης. Αυτό το ασταθές ενδιάμεσο θα προκαλέσει ηλεκτρονική «διαρροή» (απώλεια ηλεκτρονίων) και τα «διαρρέον» ηλεκτρόνια θα πηδήξουν από την κανονική αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων και θα μειώσουν άμεσα τα μόρια οξυγόνου για να παράγουν ανιόντα υπεροξειδίου. Το υπεροξείδιο μπορεί επίσης να παραχθεί με την οξείδωση μειωμένων φλαβοπροτεΐνων όπως το σύμπλεγμα Ι. Ωστόσο, αν και αυτά τα ένζυμα παράγουν οξειδωτικά, δεν είναι σαφές εάν η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων είναι πιο σημαντική από άλλες βιοχημικές διεργασίες που μπορούν επίσης να παράγουν υπεροξείδια. Κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης των φυτών, των φυκών και των κυανοβακτηρίων, ειδικά υπό υψηλή ένταση ακτινοβολίας, παράγονται επίσης αντιδραστικά είδη οξυγόνου, αλλά τα καροτενοειδή χρησιμοποιούνται ως φωτοπροστατευτικοί παράγοντες για την απορρόφηση υπερβολικού ισχυρού φωτός για την προστασία των κυττάρων. Τα φύκια και τα κυανοβακτήρια περιέχουν Μεγάλη ποσότητα ιωδίου και σεληνίου μπορεί επίσης να αντισταθμίσει την οξειδωτική βλάβη που προκαλείται από την υψηλή ένταση ακτινοβολίας. Τα καροτενοειδή, το ιώδιο και το σελήνιο δρουν ως αντιοξειδωτικά για να αποφύγουν την παραγωγή αντιδραστικών ειδών οξυγόνου αντιδρώντας με το υπερβολικά μειωμένο κέντρο φωτοσυνθετικής αντίδρασης.
