對于生物體的代謝有一種自相矛盾的情況，雖然大部分地球上的生物需要氧氣來維持生存，但同時氧氣又是一種高反應(yīng)活性的分子，可以通過產(chǎn)生活性氧物質(zhì)破壞生物體。所以生物體中建立了一套由抗氧化的代謝產(chǎn)物和酶構(gòu)成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過有抗氧化作用的代謝中間體和產(chǎn)物與酶之間的協(xié)同配合使得重要的細(xì)胞成分比如DNA、蛋白質(zhì)和脂類免受氧化損傷。抗氧化系統(tǒng)大體上通過兩種方式實現(xiàn)抗氧化作用，一種是通過阻止活性氧物質(zhì)的產(chǎn)生來實現(xiàn)的，另一種是在這些活性物質(zhì)對細(xì)胞的重要成分造成損傷之前清除它們來達(dá)到抗氧化作用的 。然而這些活性氧物質(zhì)也有重要的細(xì)胞功能，比如在生化反應(yīng)中充當(dāng)氧化還原信號分子。因此生物體中抗氧化系統(tǒng)的作用不是氧化性物質(zhì)地全部清除，而是將這些物質(zhì)保持在適當(dāng)?shù)乃健?br /> 在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的活性氧物種包括過氧化氫()、次氯酸()、自由基例如羥基自由基(·OH)和超氧化物陰離子() 。羥基自由基特別不穩(wěn)定，能無特異性地迅速與大多數(shù)生物分子反應(yīng)。這類物種主要是由金屬催化過氧化氫還原（比如芬頓反應(yīng)）產(chǎn)生的 。這些氧化劑通過引發(fā)鏈反應(yīng)比如脂質(zhì)的過氧化反應(yīng)、或氧化DNA和蛋白質(zhì)破壞細(xì)胞。受到損害的DNA如果沒有得到修復(fù)會引起突變、誘發(fā)癌癥。對蛋白質(zhì)造成的損傷會使酶的活性受到抑制、蛋白質(zhì)發(fā)生變性或降解。

根據(jù)溶解性抗氧化劑可分為兩大類：水溶性抗氧化劑和脂溶性抗氧化劑。水溶性抗氧化劑通常存在于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和血漿中，脂溶性抗氧化劑則保護(hù)細(xì)胞膜的脂質(zhì)免受過氧化 。這些化合物或在人體內(nèi)生物合成或通過膳食攝取。不同抗氧化劑以一定范圍的濃度分布于體液和組織中 。谷胱甘肽和輔酶主要存在于細(xì)胞中，而其他抗氧化劑比如尿酸它們的分布更為廣泛（詳見下表）。一些抗氧化劑由于既有抗氧化作用也是重要的病原體和致病因子所以只存在于某些特定機體組織中。
一些化合物通過與過渡金屬配位螯合來阻止金屬在細(xì)胞中催化自由基的產(chǎn)生，從而起到抗氧化防御的作用。這種抗氧化防御手段中特別重要的一點是要將鐵離子通過配位螯合隔離起來，因為鐵離子是一些鐵結(jié)合蛋白（iron-binding proteins）比如運鐵蛋白和鐵蛋白能發(fā)揮作用的關(guān)鍵。硒和鋅通常被認(rèn)為是抗氧化營養(yǎng)素（antioxidant nutrients），這兩種元素本身沒有抗氧化作用但會對一些抗氧化酶的活性起到作用。

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