АФК не только вредны — они выполняют и полезные функции. Главная: фагоциты (нейтрофилы, макрофаги) специально вырабатывают АФК («дыхательный взрыв») для уничтожения микробов. Также АФК в малых количествах участвуют в передаче сигналов и регуляции клеточных процессов.

Небольшая часть электронов «утекает» с переносчиков дыхательной цепи (особенно комплексов I и III) прямо на кислород, восстанавливая его только одним электроном — образуется супероксид (O₂•⁻). Это неизбежный побочный продукт клеточного дыхания.

Окислительный стресс — нарушение равновесия между образованием активных форм кислорода и антиоксидантной защитой в пользу АФК. Когда АФК становится слишком много (или защита ослаблена), они повреждают липиды, белки и ДНК, нарушая работу клетки.

Активные формы кислорода (АФК) — химически агрессивные частицы, образующиеся при неполном восстановлении кислорода: супероксид (O₂•⁻), пероксид водорода (H₂O₂), гидроксильный радикал (•OH). Кислород полезен как конечный акцептор электронов, но при «недовосстановлении» превращается в повреждающие клетку молекулы.

Неферментативные (низкомолекулярные) антиоксиданты: витамин E (жирорастворимый, защищает мембраны от перекисного окисления), витамин C (водорастворимый, восстанавливает витамин E), глутатион, а также каротиноиды, мочевая кислота. Они «принимают удар» радикалов на себя.

Главные АФК: супероксид-анион (O₂•⁻), пероксид водорода (H₂O₂) и гидроксильный радикал (•OH); также синглетный кислород. Они образуют цепочку: супероксид → пероксид водорода → гидроксильный радикал (самый агрессивный).

Ферментативная антиоксидантная защита: супероксиддисмутаза (СОД) обезвреживает супероксид, превращая его в H₂O₂; каталаза разлагает H₂O₂ до воды и кислорода; глутатионпероксидаза восстанавливает H₂O₂ (и перекиси липидов) до воды с помощью глутатиона.

АФК отнимают электроны у важных молекул, повреждая их: окисляют липиды мембран (перекисное окисление липидов — цепная реакция), белки (теряют функцию) и ДНК (мутации). Это ведёт к нарушению мембран, ферментов и генетического аппарата.

Образование АФК — неизбежная «плата» за использование кислорода в дыхательной цепи. Чем активнее идёт перенос электронов, тем выше риск их утечки на кислород. Поэтому энергетический обмен неразрывно связан с постоянной работой антиоксидантной защиты, обезвреживающей побочные АФК.

АФК и окислительный стресс связаны со множеством состояний: повреждение при ишемии-реперфузии (инфаркт, инсульт), атеросклероз (окисление ЛПНП), нейродегенеративные болезни, старение, воспаление, канцерогенез. Понимание защиты объясняет роль антиоксидантов и опасность свободного железа.