Freie Radikale (engl. ROS, „Reactive Oxygen Species“) entstehen durch biochemische Reaktionen des normalen Stoffwechsels, dass heißt bei der „Verbrennung“ von Nährstoffen in den Mitochondrien (Kraftwerken) der Zellen. Freie Radikale werden durch Sauerstoff gebildet. Dieser ist zum einen lebensnotwendiger Energielieferant und zum anderen die Quelle aggressiver chemischer Verbindungen. Im Rahmen der „Sauerstoffverbrennung“ –der wichtigsten Energiequelle des Organismus- werden 90% des eingeatmeten Sauerstoffs in den Mitochondrien verbraucht. Bis zu 5% der Sauerstoffmoleküle werden allerdings nicht vollständig umgesetzt und enden als freie Radikale. Sie entstehen somit laufend endogen im normalen Stoffwechsel und darüber hinaus aber auch durch exogene Einwirkungen z.B. Strahlenbelastung, Umweltschadstoffe, Genussgifte, insbesondere auch Zigarettenrauch. Angriffspunkte der freien Radikale sind in der Regel Enzyme, zuckerhaltige Proteine und Aminosäuren, Fette, die DNA und das Immunsystem. Hierbei kommt es zu Zellmembranschädigungen mit metabolischen Störungen, Fettoxidationen, Mutationen und in letzter Konsequenz zum Auftreten von Arteriosklerose, Tumoren und irreversiblen Zellschäden.

Dem hohen schädlichen Potential der ROS steht ein umfangreiches Arsenal endogener und exogener Antioxidanzien gegenüber, die die freien Radikale effizient entgiften bzw. ihre Entstehung verhindern oder hemmen können. Wenn diese antioxidativen Mechanismen nicht ausreichend entwickelt oder vorhanden sind und ein Übergewicht von oxidativen Prozessen entsteht, spricht man von oxidativem Stress.

Um mit dem normalen oxidativen Stress überleben zu können, haben die Zellen und insbesondere die Mitochondrien in den Zellen während der Evolution ein Arsenal von antioxidativen Schutzfaktoren entwickelt, um die freien Radikale unmittelbar bei der Entstehung abzufangen. Nachteilig für unsere Gesundheit ist, dass die antioxidative Kapazität während des Wachstums- und Entwicklungsprozesses und bei Überforderung nicht ausreicht um die ROS zu kompensieren, und dass während des Alterungsprozesses die Kapazität des Schutzsystems nachlässt. Fatal ist hierbei, dass menschliche Mitochondrien extrem leicht verletzbar sind. Insbesondere liegt die mitochondriale Erbsubstanz (mt-DNA) völlig ungeschützt vor. Aufgetretene DNA-Veränderungen können mangels Reperaturenzymen nicht wieder behoben werden, obwohl gerade in den Mitochondrien durch den Stoffwechsel permanent freie Radikale gebildet werden.

Der Untergang der Mitochondrien ist ein schleichender Prozess. Zunächst gehen einzelne Mitochondrien in den Zellen unter. Die noch intakten Zellen können zwar meist den Ausfall einzelner kompensieren. Im Laufe der Zeit können aber alle Mitochondrien ausfallen. Die Zelle fällt in ein energetisches Loch und geht unter.

Nicht nur der Alterungsprozess nimmt seinen Ausgang in den Mitochondrien, sondern auch chronische Müdigkeit, Infektanfälligkeit, Krebs, neurodegenerative Erkrankungen wie Parkinson, Alzheimer, Neuropathie und viele weitere Erkrankungen. Somit wird verständlich, dass eine Verbesserung bzw. Optimierung der antioxidativen Abwehrmechanismen für die Gesundheit von entscheidender Bedeutung ist.