Quando l’ossigeno reagisce chimicamente con altri atomi, l’interazione produce radicali liberi, che sono atomi contenenti un elettrone spaiato nel guscio esterno. I radicali liberi instabili reagiscono rapidamente con altri composti, cercando di rubare un elettrone. Quando la molecola sotto attacco perde il suo elettrone, si sviluppa essa stessa in un radicale libero, innescando una reazione a catena. La principale minaccia dei radicali liberi deriva dal danno che infliggono all’acido desossiribonucleico cellulare (DNA) o alle membrane cellulari. I danni dei radicali liberi, che contribuiscono al cancro, all’invecchiamento e a una serie di malattie, possono essere potenzialmente prevenuti con gli antiossidanti, che sono sostanze chimiche che donano facilmente elettroni ai radicali liberi.
I mitocondri sono piccoli organelli cellulari che generano energia chimica utile per le cellule spostando gli elettroni tra le molecole. L’ossigeno occupa la posizione finale nella catena di trasporto degli elettroni e un’interazione difettosa tra un elettrone e l’ossigeno genera la forma radicale dell’ossigeno, il radicale libero più comune nei sistemi viventi. Il meccanismo principale del danno da ossigeno radicale nella cellula è la mutazione del DNA cellulare. Mentre i meccanismi di riparazione nella cellula possono riparare il DNA nucleare, il DNA mitocondriale (mtDNA) non può essere facilmente ripristinato. Il danno cumulativo al mtDNA si accumula nel tempo, provocando un’estesa disfunzione mitocondriale, un calo delle forniture di energia cellulare e la morte cellulare definitiva.
Le modifiche alle molecole di origine dovute alla luce solare creano altri radicali liberi. Nella bassa atmosfera, gli esempi più notevoli sono la dissociazione indotta dalla luce del biossido di azoto, che produce ossigeno e ossido nitrico, un ingrediente chiave nello smog, e la fotodissociazione dell’ozono per formare un atomo di ossigeno eccitato. Un’importante fonte di radicali è la dissociazione dei clorofluorocarburi mediante radiazioni ultraviolette o reazioni con altri costituenti stratosferici. Questi radicali liberi distruggono lo strato di ozono.
Il danno dei radicali liberi al DNA porta a mutazioni che causano malignità. L’aterosclerosi, il danno epatico correlato all’alcol e l’enfisema da fumo di sigaretta sono tutti attribuiti all’ossidazione indotta dai radicali liberi di molte delle sostanze chimiche del corpo. I radicali liberi possono causare schizofrenia, morbo di Alzheimer, morbo di Parkinson e sordità. Un altro esempio di danno dei radicali liberi è il danno alla pelle che si verifica con un’eccessiva esposizione al sole. La “teoria dell’invecchiamento dei radicali liberi” propone che i radicali liberi inneschino il processo di invecchiamento stesso.
L’ossidazione è il processo di danno dei radicali liberi causato dall’ossigeno radicale. Gli antiossidanti sono molecole che possono donare in sicurezza elettroni ai radicali liberi, interrompendo la reazione a catena ossidativa prima che le molecole critiche vengano danneggiate. Sebbene diversi sistemi enzimatici nel corpo eliminino i radicali liberi, i principali antiossidanti vitaminici o minerali includono vitamina A o beta-carotene, vitamina E, vitamina C e selenio, che è un metallo in tracce. Il corpo non produce questi nutrienti quindi devono essere ottenuti come parte di una dieta ben bilanciata.