در متابولیسم ارگانیسم ها یک پارادوکس وجود دارد. اگرچه بیشتر ارگانیسم ها روی زمین برای زنده ماندن به اکسیژن احتیاج دارند ، اکسیژن نیز یک مولکول بسیار واکنش پذیر است که می تواند با تولید گونه های اکسیژن فعال به ارگانیسم ها آسیب برساند. بنابراین ، یک سیستم شبکه پیچیده متشکل از متابولیت های آنتی اکسیدان و آنزیم ها در ارگانیسم ها ایجاد شده است. از طریق همکاری هم افزایی بین واسطه های متابولیک آنتی اکسیدانی و محصولات و آنزیم ها ، اجزای مهم سلول مانند DNA ، پروتئین ها و لیپیدها از آسیب اکسیداتیو محافظت می شوند. سیستم آنتی اکسیدانی به طور کلی از دو طریق به اثرات آنتی اکسیدانی می رسد. یکی جلوگیری از تولید گونه های اکسیژن فعال است و دیگری این است که آنها را از بین ببرد قبل از این مواد واکنشی باعث آسیب به اجزای مهم سلول ها می شود. با این حال ، این گونه های اکسیژن فعال همچنین عملکردهای سلولی مهمی دارند ، مانند عمل به عنوان مولکولهای سیگنالینگ ردوکس در واکنشهای بیوشیمیایی. بنابراین ، نقش سیستم آنتی اکسیدانی در ارگانیسم ها این نیست که تمام مواد اکسید کننده را به طور کامل از بین ببرد ، بلکه نگه داشتن این مواد در سطح مناسب است.
گونه های اکسیژن فعال تولید شده در سلولها شامل پراکسید هیدروژن (H2O2) ، اسید هیپوکلوره (HCLO) ، رادیکال های آزاد مانند رادیکال های هیدروکسیل (· OH) و آنیونهای سوپراکسید (O2) است. رادیکال های هیدروکسیل بسیار ناپایدار هستند و به سرعت واکنش نشان می دهند و به طور خاص با اکثر مولکولهای زیستی. این گونه ها در درجه اول با کاهش فلزات کاتالیز شده پراکسید هیدروژن (به عنوان مثال ، واکنش فنتون) تولید می شوند. این اکسیدان ها با شروع واکنش های زنجیره ای مانند پراکسیداسیون لیپید یا اکسیداسیون DNA و پروتئین ها به سلول ها آسیب می رسانند. DNA آسیب دیده در صورت ترمیم ، می تواند باعث جهش و سرطان شود. آسیب به پروتئین ها می توانند فعالیت آنزیم را مهار کرده و باعث دناتوراسیون پروتئین یا تخریب شوند.
گونه های اکسیژن فعال با مصرف اکسیژن در فرآیندهای متابولیک بدن برای تولید انرژی تولید می شوند. چندین مرحله در زنجیره حمل و نقل الکترون می تواند آنیونهای سوپر اکسید را به عنوان یک محصول جانبی تولید کند. از اهمیت ویژه ای ، کاهش کوآنزیم Q در مجموعه III به یک واسطه رادیکال آزاد بسیار واکنش پذیر (Q ·) است. این واسطه ناپایدار می تواند "نشت" (از دست دادن الکترون ها) و از زنجیره حمل و نقل الکترونی معمولی پرش کند تا مستقیماً مولکول های اکسیژن را به آنیون های سوپراکسید کاهش دهد. پراکسیدها همچنین می توانند با اکسیداسیون کاهش فلاوپروتئینها مانند پیچیده اول تولید شوند. با این حال ، اگرچه این آنزیم ها اکسیدان ها را تولید می کنند ، اما مشخص نیست که آیا زنجیره حمل و نقل الکترونی از سایر فرآیندهای بیوشیمیایی که می توانند پراکسیدها نیز تولید کنند ، مهمتر است. گونه های اکسیژن فعال نیز در طول فتوسنتز در گیاهان ، جلبک ها و سیانوباکتری ها به ویژه با شدت تابش زیاد تولید می شوند. با این حال ، کاروتنوئیدها برای جذب نور بیش از حد برای محافظت از سلول ها به عنوان دستگاه تغذیه کننده عمل می کنند. مقدار زیادی از ید و سلنیوم موجود در جلبک ها و سیانوباکتری ها همچنین می تواند آسیب اکسیداتیو سلول های ناشی از شدت تابش زیاد را جبران کند. کاروتنوئیدها ، ید و سلنیوم به عنوان آنتی اکسیدان عمل می کنند و با واکنش با مراکز واکنش بیش از حد فتوسنتزی کاهش یافته از تولید گونه های اکسیژن فعال جلوگیری می کنند.