Frie radikaler

Radikalreaksjoner i forbrenning

Oksygenmolekylet, O₂, er et diradikal, skjematisk beskrevet ·O-O·. Diradikalet stabiliseres ved at de uparede elektronene i oksygenmolekylets grunntilstand har parallelt spinn, og opptrer i triplett-form. De fleste andre molekyler opptrer i singlett-form, som i liten grad reagerer med triplett-oksygen. En eksitert singlett-tilstand finnes imidlertid også for oksygen, og i denne tilstanden er diradikalet svært reaktivt. Energibarrieren for overgangen mellom triplett- og singlett-tilstanden er høy, blant annet fordi den er kvantemekanisk "forbudt", og overvinnes i de fleste forbrenningsreaksjoner ved at det tilføres varme.
Antennelsestemperaturen til et materiale er sterkt avhengig av konsentrasjonen av frie oksygenradikaler som er nødvendig for at fortsettelsesreaksjoner skal dominere. Etterhvert som det brennbare materialet forbrukes, kommer avslutningsreaksjoner til å dominere og flammen dør ut. Under forbrenning av hydrokarboner er en mengde ulike oksygenradikaler involvert, og hydroksylradikaler (HO·) spiller en særlig viktig rolle.

Oksygenradikaler og antioksidanter

Frie oksygenradikaler blir dannet som biprodukter når mitokondrier i eukaryote celler bruker oksygen for å forbrenne næringsstoffer som fett og karbohydrat. Selv om dokumentasjonen kan være noe mangelfull i enkelte av tilfellene, kan en rekke fysiske stressfaktorer føre til at det utvikles ekstra mange frie radikaler. Eksempler er: infeksjoner, stråling, eksos, tungmetaller, betennelser, psykisk stress, sigarettrøyk og alkohol.
Ved forbrenning av næringsstoffer i kroppen kan det dannes store mengder av langlivete radikaler, som kan være ansvarlige for oksidativt stress som i sin tur fører til hjerte- og lungesykdommer og muligens kreft, risikofaktorer som har vært tilskrevet luftbårne partikler.
De frie radikalmolekylene har et uparet elektron som har en sterk tendens til å danne kovalent binding til andre molekyler. Dette innebærer oftest en oksidering. Dette kan i sin tur skape en kjedeprosess. Antioksidanter er stoffer som  selv lar seg oksidere og dermed kan beskytte andre molekyler ved å stoppe slike kjedereaksjoner, terminering av radikalreaksjon.
Dersom det blir for mange frie radikaler til at antioksidantene kan ta seg av dem, vil de kunne ukontrollert angripe arvestoffet i cellen slik at cellen dø eller må repareres. Biologen Bruce Ames har anslått at hver celle i kroppen vår angripes av frie radikaler opptil 10 000 ganger pr døgn. Dersom frie radikaler skader DNA'et kan det føre til ukontrollert celledeling og kreft. Forskere tror også at frie radikaler kan føre til oksidasjon av fettstoffer i blodårene og dermed åreforkalking, som igjen kan lede til hjerte- og karsykdommer. Det blir påstått at frie radikaler påvirker aldringsprosessen, men det er gjort kliniske studier som viser at inntak av kosttilskudd forkorter forventet levetid. Enklest å studere har vært virkningen på intermolekylære bindinger i kollagen. UV-stråling og andre kilder til frie radikaler fører til at det dannes flere kovalente bindinger mellom kollagenmolekylene i huden, noe som fører til mindre elastisitet og mer rynket hud. Det hevdes videre at de kan utløse en del aldersbestemte sykdommer som alzheimers og parkinson og diabetes type 2.