Laisvieji radikalai – atomai arba molekulės, turinčios nesuporuotų elektronų išorinėje orbitalėje. Jie yra nestabilūs, chemiškai labai aktyvūs, turintys trumpą gyvavimo trukmę. Laisvieji radikalai gali sukelti grandinines reakcijas, užpildydami savo nesuporuoto elektrono orbitalę elektronu, atplėštu nuo kitos molekulės, ir taip pastarąją paversdami laisvuoju radikalu.
Šios, labai trumpai gyvuojančios ir nepaprastai reaktingos dalelės, dalyvauja įvairiose cheminėse reakcijose. Prie laisvųjų radikalų formulių rašomas paryškintas taškas, vaizduojantis nesuporuotus elektronus. Pvz., radikalą sudaranti angliavandenilio molekulės liekana rašoma raide R; fotocheminiame smoge esantys deguonies (O) atomai reaguoja su angliavandenilių molekulėmis, susidaro radikalas RO•, kurie dalyvauja tolesnėse reakcijose.
Elektroninė deguonies struktūra yra tokia, kad ji gali prisijungti po vieną elektroną ir sudaryti deguonies radikalus ir kitas chemiškai aktyviąsias deguonies formas (pvz., superoksidas O2– •, vandenilio peroksidas H2O2, hidroksiradikalas OH• ir kt.). Išoriniame deguonies atomo (elektroninė konfigūracija: 1s22s22p4) sluoksnyje yra du nesuporuoti elektronai. Du deguonies atomai susijungę sudaro deguonies molekulę O2.
Pagrindinės, nesužadintos tripletinės būsenos deguonis (O2) yra paramagnetinė molekulė. Joje yra du nesuporuoti elektronai, turintys vienodus sukinius. Deguonies molekulė yra stabili ir prie jos gana sunku prijungti elektroną. Katalizuojant atitinkamiems fermentams, palaipsniui deguoniui pernešant po vieną elektroną, susidaro superoksidas, vandenilio peroksidas ir hidroksiradikalas (žr. pav.).
Organizme laisvieji radikalai susidaro, veikiami išorės kenksmingų medžiagų, pvz., nikotino, oro teršalų ar sunkiųjų metalų. Savo kilme laisvieji radikalai gali būti pirminiai, antriniai ir tretiniai.
Pirminiai radikalai (superoksidas, semiubichinonas) susidaro elektronų poras turinčių junginių vienelektroninės redukcijos metu. Visi laisvieji radikalai aktyviai jungia kitų atomų ar molekulių elektronus. Tokių reakcijų metu cheminis pirminio radikalo stabilumas didėja. Tačiau kitas atomas ar junginys, iš kurio elektronas atimtas, tampa antriniu laisvuoju radikalu. Taip susidaro hidroksiradikalai, lipidų radikalai, hipochloritas.
Šie aktyvūs antriniai radikalai pradeda grandinines reakcijas, kurių padarinys gali būti daugelio biomolekulių pažeidimas.
Tretiniai radikalai susidaro antriniams radikalams reaguojant su antioksidantais ir kitų lengvai oksiduojančių junginių molekulėmis.
Laisvieji radikalai svarbūs daugeliui fiziologinių ląstelės procesų. Dažniausiai tai pasireiškia kaip valdymo ar reguliacijos funkcija.
Laisvųjų radikalų poveikis organizme.
Laisvųjų radikalų poveikis organizmui gali būti tiek teigiamas, tiek neigiamas, bet tos medžiagos dar iki šiol dažniausiai minimos tik kaip atnešančios organizmui žalą.
Laisvieji radikalai gali būti tarpiniai daugelio fermentinių reakcijų produktai (pvz., H2O2 naudojamas tiroidinių hormonų sintezei);
yra ląstelės „antiseptinis ginklas“;
yra programuotos ląstelės mirties mechanizmo veiksnys;
gali veikti ląstelės dauginimąsi ir kt.
Laisvieji radikalai svarbūs valdant ląstelės dauginimąsi, jie veikia (ypač NO•) kraujagyslių tonusą. Makrofagai naudoja NO• parazitams užmušti. Daugėja įrodymų, kad laisvieji radikalai svarbūs tam tikriems signalo perdavimo keliams. Normaliomis sąlygomis jų koncentracija ląstelėje turi būti maža. Saugią pusiausvyrą tarp laisvųjų radikalų susidarymo ir naudojimo garantuoja savitosios ląstelės fermentinės sistemos.
Kalbant apie neigiamą poveikį organizmui, manoma, kad laisvieji radikalai žymiai prisideda prie senėjimo procesų. Laisvųjų radikalų organizmui daromas neigiamas poveikis prisideda ir prie įvairių sveikatos sutrikimų:
dėl ardomo ląstelių apvalkalo padidėja širdies ligų ir infarkto rizika;
pažeidžiami ląstelėse vykstantys procesai, jose sukeliami genetiniai pokyčiai ir atsiranda polinkis į vėžį;
silpnėja imuninė sistema, organizmas tampa neatsparus infekcijoms, padidėja navikų, uždegimų ir reumatinio artrito rizika;
pažeidžiama odos baltymų struktūra, dėl to prastėja jų funkcijas, oda netenka stangrumo, raukšlėjasi.
Laisvieji radikalai (tokie kaip superoksidas), atitinkamų reakcijų metu, aktyviai jungia kitų atomų ar molekulių elektronus, tokiu būdu jų cheminis radikalo stabilumas tik didėja, bet kitas atomas (junginys, iš kurio elektronas atimtas) tampa savotišku antriniu laisvuoju radikalu (hidroksiradikalai, lipidų radikalai, hipochloritas).
Šie, susidarę radikalai savo ruožtu sukelia reakcijas, dėl kurių atsiranda molekuliniai pažeidimai ir tolimesnės reakcijos. Bet kaip jau ir minėta nereikia pamirštama, kad laisvieji radikalai yra reikalingi daugeliui fiziologinių ląstelės procesų. Pvz., infekcijų sukėlėjams (kenksmingoms bakterijoms) patekus į organizmą, imuninės sistemos ląstelės fagocitai atpažinusios nepageidaujamas bakterijas jas sunaikina laisvųjų radikalų pagalba.
Taigi, tam tikras laisvųjų radikalų kiekis organizmui yra būtinas. Jie saugo organizmą nuo bakterijų, virusų, naikina išsigimusias ląsteles. Taipogi žinomas laisvųjų radikalų dalyvavimas pernešant elektronus pernašos grandine, signalo perdavime, fermentinėse reakcijose ir kt.
Todėl, ta iškelta prielaida, kad laisvieji radikalai greitina senėjimą ir yra įvairių ligų priežastis, nėra vienareikšmiškai teisinga. Greičiausiai klausimą reiktų kelti kiek kitokiu kampu. Jis galėtų skambėti maždaug taip. Kada laisvųjų radikalų poveikis organizme tampa absoliučiu blogiu ir daro jam žymų neigiamą poveikį?
Problemos sprendimo reiktų ieškoti tame, koks laisvųjų radikalų kiekis organizmui jau daro neigiamą poveikį, kadangi bėdos dažniausiai prasideda kai susidaro laisvųjų radikalų perteklius.
Laisvieji radikalai, norėdami gauti trūkstamus elektronus, nuolat atakuoja sveikąsias organizmo ląsteles, taip pažeisdami atskirų ląstelių, organų normalią veiklą ir sukeldami įvairius susirgimus. Gali prasidėti nekontroliuojamos cheminės reakcijos, skatinančios patologinę būseną – onkologininės ligos, išemija, aterosklerozė, uždegiminiai procesai, organizmo senėjimas.
Laisvųjų radikalų pertekliaus susidarymo mažinimo prevencijai reikti atkreipti dėmesį į tokias aplinkybes: laikytis sveiko gyvenimo būdo, subalansuotai maitintis, būti fiziškai aktyviam, vengti stresinių situacijų ir tai turi būti atliekama viso gyvenimo eigoje.
(T. p. papildomai žr. term. Aktyviosios deguonies formos.)