Агрессивные молекулы, содержащие кислород, которые могут повреждать компоненты клетки и вызывать окислительный стресс.Активные формы кислорода (АФК) — это содержащие кислород молекулы, которые химически стремятся вступить в реакцию с другими молекулами, часто отбирая у них электроны. К этому семейству относятся свободные радикалы, такие как супероксид и гидроксильный радикал, а также нерадикальные, но всё же реакционноспособные молекулы, например пероксид водорода. Поскольку кислород играет центральную роль в том, как большинство клеток вырабатывают энергию, АФК постоянно образуются как побочные продукты нормального метаболизма, особенно в митохондриях. Та же реакционная способность, которая делает их полезными, делает их и опасными: они могут окислять липиды клеточных мембран, повреждать белки и атаковать ДНК — состояние, известное как окислительный стресс. Поэтому клетки поддерживают баланс между образованием АФК и набором защитных молекул и ферментов, которые их нейтрализуют. Когда этот баланс смещается в сторону избытка АФК, накапливающиеся повреждения связывают со старением и многими заболеваниями, включая рак, нейродегенерацию и сердечно-сосудистые расстройства. В то же время АФК не только разрушительны; они служат сигнальными молекулами в иммунных реакциях и в регуляции роста и гибели клеток.
Концепция возникла в середине XX века. В 1954 году Ребека Гершман и её коллеги предположили, что токсичность кислорода и радиационное повреждение имеют общий механизм, связанный с окисляющими радикалами. Термин «активные формы кислорода» вошёл в широкое употребление позже, а роль этих молекул в биологии была дополнительно подтверждена открытием супероксиддисмутазы Джо Маккордом и Ирвином Фридовичем в 1969 году.
В основе механизма лежит перенос электрона. Молекулярный кислород при частичном восстановлении образует супероксид; дальнейшие реакции дают пероксид водорода и, в присутствии некоторых ионов металлов, высокореактивный гидроксильный радикал. Эти частицы реагируют с тем, что находится рядом, отнимая электроны у липидов, белков или нуклеиновых кислот и запуская цепные реакции, например перекисное окисление липидов в мембранах. Клетки противодействуют этому с помощью антиоксидантных систем: такие ферменты, как супероксиддисмутаза и каталаза, превращают реакционноспособные частицы в безвредные воду и кислород, а небольшие молекулы, например глутатион, отдают электроны для нейтрализации радикалов. Исход для клетки зависит от локального баланса между образованием и удалением.
АФК измеряют в биомедицинских исследованиях как маркеры окислительного стресса, а антиоксиданты, модулирующие уровень АФК, изучают для лечения воспалительных и возрастных заболеваний. В промышленности контролируемое образование АФК используют для стерилизации и разложения загрязнителей в сточных водах.
Некоторые иммунные клетки намеренно производят всплеск активных форм кислорода, чтобы убивать поглощённые бактерии, превращая эти повреждающие молекулы в оружие.