Postoji paradoks u metabolizmu organizama. Iako je većini organizama na zemlji potreban kisik da bi preživjeli, kisik je visoko reaktivna molekula koja može uništiti organizme proizvodeći reaktivne vrste kisika. Stoga je u organizmu uspostavljen kompleksni mrežni sistem koji se sačinjava od antioksidantnih metabolita i enzima. Kroz sinergističku saradnju između antioksidantnih metaboličkih intermediata i proizvoda i enzima, važne ćelijske komponente kao što su DNK, proteini i Lipidi su zaštićene od oksidativnih oštećenja. Antioksidacijski sistem u osnovi postiže antioksidantne efekte na dva načina, jedan je da se spriječi proizvodnja aktivnih tvari kisika, a drugi je eliminirati ove aktivne supstance prije nego što prouzrokuju oštećenja važnih komponenti ćelije kako bi se postigla antioksidacija. Efektivno. Međutim, ove reaktivne vrste kisika također imaju važne ćelijske funkcije, kao što su djelujući kao redoks signalne molekule u biohemijskim reakcijama. Stoga, uloga antioksidantnog sistema u organizmu nije da u potpunosti ukloni sve oksidacijske supstance, već da te supstance ostane na odgovarajućem nivou.
Reaktivne vrste kisika proizvedene u ćelijama uključuju vodikov peroksid (H2O2), hipokloroznu kiselinu (HClO), slobodne radikale kao što su hidroksil radikali (· OH) i anioni superoksida (O2). Hidroksil radikali su posebno nestabilni i mogu reagirati s većinom biomolekula brzo i bez specifičnosti. Takve vrste se uglavnom proizvode metalno kataliziranom redukcijom vodikovog peroksida (kao što je Fentonova reakcija). Ovi oksidanti uništavaju ćelije inicirajući lančane reakcije kao što su lipidna peroksidacija, ili oksidirajuća DNK i proteini. Ako oštećena DNK nije popravljena, može izazvati mutacije i izazvati rak. Oštećenje proteina može inhibira aktivnost enzima, a protein će biti denaturiran ili degradiran.
Ljudsko tijelo treba konzumirati kisik da bi generiralo reaktivne vrste kisika u procesu proizvodnje energije. U ovom procesu, nekoliko koraka u lancu transporta elektrona može proizvesti anione by-product superoksida. Posebno je važno da koenzim Q u kompleksu III postane visoko aktivan slobodni radikalni intermedijar (Q·) tokom procesa redukcije. Ovaj nestabilni intermedijar će izazvati elektronsko "curenje" (gubitak elektrona), a "procurili" elektroni će iskočiti iz normalnog lanca transporta elektrona i direktno smanjiti molekule kisika kako bi proizveli superoksidne anione. Peroksid se može proizvesti i oksidacijom smanjenih flavoproteina kao što je kompleks I. Međutim, iako ovi enzimi proizvode oksidanse, nije jasno da li je lanac transporta elektrona važniji od drugih biohemijskih procesa koji također mogu proizvesti perokside. U procesu fotosinteze biljaka, algi i cijanobakterija, posebno pod visokim intezitetom ozračenja, proizvode se i reaktivne vrste kisika, ali se karotenoidi koriste kao fotozaštitni agensi za apsorbiranje pretjeranog jakog svjetla za zaštitu ćelija. Alge i cijanobakterije sadrže veliku količinu joda i selena također mogu umaći oksidativna oštećenja uzrokovana velikim intezitetom zračenja. Karotenoidi, jod i selen djeluju kao antioksidansi kako bi se izbjegla proizvodnja reaktivnih vrsta kisika reagirajući s presniženom fotosintetički reakcijski centar.
