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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活性的分子，可以通過產生活性氧物質破壞生物體。所以生物體中建立了一套由抗氧化的代謝產物和酶構成的復雜網絡系統，通過有抗氧化作用的代謝中間體和產物與酶之間的協同配合使得重要的細胞成分比如DNA、蛋白質和脂類免受氧化損傷?？寡趸到y大體上通過兩種方式實現抗氧化作用，一種是通過阻止活性氧物質的產生來實現的，另一種是在這些活性物質對細胞的重要成分造成損傷之前清除它們來達到抗氧化作用的 。然而這些活性氧物質也有重要的細胞功能，比如在生化反應中充當氧化還原信號分子。因此生物體中抗氧化系統的作用不是氧化性物質地全部清除，而是將這些物質保持在適當的水平。

在細胞內產生的活性氧物種包括過氧化氫(H2O2)、次氯酸(HClO)、自由基例如羥基自由基(·OH)和超氧化物陰離子(O2) 。羥基自由基特別不穩定，能無特異性地迅速與大多數生物分子反應。這類物種主要是由金屬催化過氧化氫還原（比如芬頓反應）產生的 。這些氧化劑通過引發鏈反應比如脂質的過氧化反應、或氧化DNA和蛋白質破壞細胞。受到損害的DNA如果沒有得到修復會引起突變、誘發。對蛋白質造成的損傷會使酶的活性受到抑制、蛋白質發生變性或降解。

人體產生能量的過程中需要消耗氧氣生成活性氧物種。這個過程中，電子傳遞鏈的幾個步驟能產生副產物超氧化物陰離子。特別重要的是復合物III中的輔酶Q在被還原的過程中會變成了高活性的自由基中間體（Q·）。這種不穩定的中間體會發生電子的“泄漏”（丟失電子），“泄漏”的電子跳出正常的電子傳遞鏈，直接將氧分子還原生成超氧負離子。過氧化物也可以由還原態的黃素蛋白比如復合體Ⅰ的氧化產生。然而，盡管這些酶會生成氧化劑，但是不清楚電子傳遞鏈相比其他同樣可以產生過氧化物的生化過程是否更為重要。在植物、藻類和藍菌進行光合作用的過程中尤其是在高輻照強度下，同樣會產生活性氧物種，但是類胡蘿卜素作為光保護劑吸收過度強光保護細胞，藻類、藍菌中所含的大量碘和硒也能抵消高輻照強度對細胞造成的氧化損傷,類胡蘿卜素、碘和硒作為抗氧化劑通過與被過度還原的光合反應中心反應避免活性氧物種的產生。