Freie Radikale

Freie Radikale sind Teile von Molekülen. An der Bruchstelle befindet sich ein Atom mit einem so genannten ungepaarten Elektron (Englisch: odd electron).

Freie, also ungebundene Radikale versetzen biologisches Gewebe in oxidativen Stress und können es zerstören, indem sie als Initiator eine Kettenreaktion auslösen. Darin kann sich ein freies Radikal mit dem Teil eines bestehenden Moleküls zu einem neuen Molekül verbinden. Wird der neue Reaktionspartner ebenfalls als freies Radikal freigesetzt, so kann er eine analoge Reaktion verursachen. In solch einer Ketten-Reaktion verschwinden vom Körper gewünschte Moleküle und es entstehen unerwünschte oder gefährliche Moleküle. Bruchstellen in der DNA sind an sich schon gefährlich, weil Lesefehler der DNA Krebs verursachen können.

Entstehung

Freie Radikale entstehen im Körper durch Überlastung der Verbrennungsprozesse in Mitochondrien oder durch extreme äußere Einflüsse:

Extreme Hitze (Feuer)
UV-Strahlung
Röntgen-Strahlung und andere Ionisierende Strahlung

Freie Radikale können in den Körper gelangen, indem einer der obigen Einflüsse von außen Moleküle des Körpers in freie Radikale zerteilt. Direkte Einwirkung extremer Hitze ist hier unwichtig, weil der sonstige Schaden durch Feuer viel größer ist. Freie Radikale können auch durch Essen, Trinken oder Einatmen von irgend etwas, das freie Radikale enthält, in den Körper gelangen, zum Beispiel:

Zigarettenrauch
Nahrung, die ionisierender Strahlung ausgesetzt war

Krankheiten wie

werden durch die aggressive Wirkung von freien Radikalen verursacht.

Antioxidantien schützen gegen freie Radikale im Körper, da diese freie Radikale dauerhaft binden.

Chemische Erklärung für Nicht-ChemikerInnen

Moleküle bestehen aus Atomen, die durch Paare von Elektronen miteinander verbunden sind. Die Stärke der Bindung hängt von der Kombination der Atome ab. Wenn ein gebundenes Atom einem Atom mit einem ungepaarten Elektron begegnet, mit dem es stärker binden kann als mit einem seiner jetzigen 'Partner', dann wechselt es zum Atom mit dem ungepaartem Elektron über. Es nimmt dabei eines der Elektronen aus seiner früheren Bindung mit und dieses paart sich mit dem ungepaartem Elektron. Der frühere 'Partner' bleibt jetzt mit einem ungepaartem Elektron zurück. Das übergewechselte Atom hatte noch andere 'Partner', mit welchen es immer noch verbunden ist. Auch das Atom, das zu Anfang ein ungepaartes Elektron hatte, ist immer noch mit anderen Atomen verbunden. Das Ganze ist jetzt ein neues Molekül. Der frühere 'Partner' ist auch immer noch mit anderen Atomen verbunden, und diese Atomgruppe ist ein neues freies Radikal. Der Prozess könnte sich mit dem neuen freien Radikal wiederholen, aber nur mit Molekülen mit Bindungen, die schwächer sind als die, dessen Aufbrechen das neue schwächere freie Radikal geformt hat.

Eine komplexere Variante des Prozesses ist auch möglich: wenn ein Atom einem Atom mit einem ungepaarten Elektron begegnet und im selben Moment zufällig einen Stoß bekommt, dann kann es zu dem Atom überwechseln, auch wenn die neue Bindung ein kleines bisschen schwächer ist als die frühere Bindung. Atome bekommen wegen der Wärme-Bewegung oft Stöße ab. Dieser Prozess wird sich wiederholen, wobei immer mehr gleich starke Bindungen aufgebrochen werden, wobei ursprüngliche Moleküle zerstört werden und neue Moleküle geformt werden. Eine Kettenreaktion also, wobei das ursprüngliche freie Radikal als Initiator auftritt. Das ist nicht dasselbe wie ein Katalysator weil das ursprüngliche freie Radikal verbraucht wird. Bei normalen Reaktionen würde aber die Reaktion aufhören, wenn einer der Ausgangsstoffe verbraucht ist. Die Kettenreaktion bleibt aber in Gang, wobei immer ein freies Radikal beteiligt ist, das genau so 'stark' ist wie das ursprüngliche. Die Kettenreaktion gleicht also mehr einer katalysierten Reaktion als eine normale Reaktion und der Unterschied zwischen einem Initiator und einem Katalysator ist somit in vielen Fällen unwichtig.

Inhibitoren stoppen die Ketten-Reaktion. Es sind Moleküle, die sehr schwache freie Radikalen abgeben, wobei also der zuerst beschriebene Prozess auftritt.

Im Körper treten Antioxidantien als Inhibitoren auf. Zusammen mit Schutzenzymen werden sie als Maßnahmen gegen den oxidativen Stress und damit gegen vorzeitiges Altern eingesetzt.

Ein einsames Elektronenpaar (Englisch: lone pair) hat mit freien Radikalen nichts zu tun.