Selama metabolisme energi sel untuk memperoleh energi di sebagian besar organisme, oksigen digunakan sebagai akseptor akhir elektron. Selama proses tersebut, apa yang disebut spesies oksigen reaktif, ROS, dapat dihasilkan, yang dapat Anda baca selengkapnya di sini . ROS adalah masalah bagi sel karena, seperti namanya, mereka sangat reaktif, yaitu, mereka berada dalam ketidakseimbangan kimia yang memungkinkan mereka untuk berinteraksi dengan sejumlah besar molekul, mampu mengubahnya secara permanen. Antara lain, mereka dapat mengikat protein dan bahkan DNA, menyebabkan perubahan ireversibel di dalamnya yang dapat mengacaukan sintesis RNA. Itulah mengapa ada mekanisme seluler untuk mencegah akumulasi spesies oksigen reaktif ini. Ketika generasi molekul jenis ini lebih besar dari laju eliminasi, kita mengatakan bahwa itu berada di bawah stres oksidatif, karena pengikatan ROS ke molekul yang berbeda akan mengubahnya menjadi bentuk teroksidasi. Lebih dari 100 penyakit telah dijelaskan pada manusia terkait dengan akumulasi ROS.
Sampai saat ini diketahui bahwa semua sel berusaha mempertahankan keadaan tereduksi (tidak teroksidasi) di dalamnya. Namun, sel juga menggunakan variasi antara molekul dalam keadaan tereduksi dan teroksidasi untuk menandakan beberapa fungsinya, inilah yang disebut keseimbangan redoks. Ketidakseimbangan dalam keadaan redoks seluler yang berkelanjutan dapat menyebabkan kematian sel yang tidak terkendali.
Selama metabolisme pernapasan di mitokondria adalah tempat lebih banyak spesies oksigen reaktif diproduksi, sitokrom P450 adalah salah satu generator ROS utama. Metabolisme seluler disiapkan untuk terus-menerus mengatasi spesies oksigen reaktif tingkat rendah. Untuk ini, ia memiliki berbagai macam enzim seperti superoksida dismutase (SOD), katalase atau glutathione peroksidase yang mampu mengubah ROS menjadi senyawa teroksidasi lain tetapi tidak sebagai senyawa aktif. Superoksida dismutase mengubah molekul superoksida, yang merupakan oksigen bimolekul dengan valensi negatif (O 2 – ), menjadi hidrogen peroksida (hidrogen peroksida) yang merupakan spesies oksigen reaktif lainnya, tetapi kurang reaktif. Dalam sistem untuk menghilangkan ROS, enzim berikutnya adalah katalase, yang mampu mengubah hidrogen peroksida yang dilepaskan oleh SOD menjadi air dan oksigen molekuler, sehingga mencegahnya bereaksi dengan molekul lain dan mengembalikannya ke kesetimbangan redoks. Glutathione peroksidase adalah alternatif katalase, sedangkan yang terakhir bertindak pada tingkat sel, glutathione peroksidase ditemukan, tidak hanya di sitoplasma sel, tetapi juga dalam aliran darah. Katalase menggunakan ion logam, seperti besi dalam gugus heme atau magnesium, glutathione peroksidase menggunakan selenium sebagai kofaktor dan glutathione sebagai akseptor gugus oksigen, menghasilkan jembatan disulfida.
Penggunaan antioksidan untuk menghilangkan stres oksidatif belum konklusif. Suplemen antioksidan dapat menyebabkan ketidakseimbangan dalam keadaan redoks sel. Itulah sebabnya, kecuali untuk penyakit yang tidak menyeimbangkan keadaan redoks alami, penggunaannya tidak dianjurkan.
Kasus yang aneh dari penggunaan ROS adalah sistem kekebalan, yang menggunakan spesies oksigen reaktif untuk menyerang parasit potensial dan penyerbu lainnya. Faktanya, telah dijelaskan bahwa beberapa parasit mengeluarkan glutathione peroksidase untuk mencoba melawan serangan sistem kekebalan.