יש פרדוקס בחילוף החומרים של אורגניזמים. למרות שרוב האורגניזמים על פני כדור הארץ זקוקים לחמצן כדי לשרוד, חמצן הוא מולקולה תגובתית מאוד שיכולה להרוס אורגניזמים על ידי ייצור מינים של חמצן תגובתי. לכן, מערכת רשת מורכבת המורכבת מטבוליטים נוגדי חמצון ואנזימים הוקמה באורגניזם. באמצעות שיתוף פעולה סינרגטי בין מתווכים מטבוליים נוגדי חמצון ומוצרים ואנזימים, מרכיבים תאיים חשובים כגון DNA, חלבון ושומנים מוגנים מפני נזק חמצוני. המערכת נוגדת החמצון בעצם משיגה אפקטים נוגדי חמצון בשתי דרכים, האחת היא למנוע ייצור של חומרי חמצן פעילים פעילים, והשנייה היא לחסל חומרים פעילים אלה לפני שהם גורמים נזק לרכיבים חשובים של התא כדי להשיג נוגד חמצון. אפקטיבי. עם זאת, מינים אלה חמצן תגובתי יש גם פונקציות תאיות חשובות, כגון מתנהג כמו מולקולות איתות redox בתגובות ביוכימיות. לכן, תפקידה של מערכת נוגדי החמצון באורגניזם הוא לא להסיר לחלוטין את כל החומרים המחמצנים, אלא לשמור על חומרים אלה ברמה המתאימה.
מינים חמצן תגובתי המיוצר בתאים כוללים מי חמצן (H2O2), חומצה hypochlorous (HClO), רדיקלים חופשיים כגון רדיקלים הידרוקסיל (· אה) ואניונים סופראוקסיד (O2). רדיקלים הידרוקסיל אינם יציבים במיוחד והוא יכול להגיב עם רוב biomolecules במהירות וללא ספציפיות. מינים כאלה מיוצרים בעיקר על ידי הפחתת מי חמצן מזורזת מתכת (כגון תגובת פנטון). חמצון אלה להרוס תאים על ידי ייזום תגובות שרשרת כגון חמצון שומנים בדם, או חמצון DNA וחלבונים. אם הדנ"א הפגום לא יתוקן, הוא עלול לגרום למוטציות ולגרום לסרטן. נזק לחלבון יכול לעכב את הפעילות של האנזים, ואת החלבון יהיה denatured או מושפל.
גוף האדם צריך לצרוך חמצן כדי לייצר מינים חמצן תגובתי בתהליך של ייצור אנרגיה. בתהליך זה, מספר שלבים בשרשרת הובלת האלקטרונים יכולים לייצר אניונים סופראוקסיד תוצר לוואי. חשוב במיוחד כי קואנזים Q ב מורכב III הופך בינוני רדיקלים חופשיים פעיל מאוד (Q·) במהלך תהליך ההפחתה. ביניים לא יציב זה יגרום ל"דליפה" אלקטרונית (אובדן אלקטרונים), והאלקטרונים ה"דולפים" יקפצו משרשרת הובלת האלקטרונים הרגילה ויפחיתו ישירות מולקולות חמצן כדי לייצר אניוני סופראוקסיד. מי חמצן יכול גם להיות מיוצר על ידי חמצון של flavoproteins מופחת כגון מורכב I. עם זאת, למרות אנזימים אלה לייצר חמצון, לא ברור אם שרשרת הובלת האלקטרונים חשובה יותר מאשר תהליכים ביוכימיים אחרים שיכולים גם לייצר מי חמצן. בתהליך של פוטוסינתזה של צמחים, אצות ו cyanobacteria, במיוחד תחת עוצמת הקרנה גבוהה, מינים חמצן תגובתי מיוצרים גם, אבל קרוטנואידים משמשים סוכנים photoprotective לספוג אור חזק מוגזם כדי להגן על התאים. האצות והציאנובקטריה מכילות כמות גדולה של יוד וסלניום יכולים גם לקזז את הנזק החמצוני שנגרם על ידי עוצמת קרינה גבוהה. קרוטנואידים, יוד וסלניום משמשים כנוגדי חמצון כדי למנוע ייצור של מיני חמצן תגובתי על ידי תגובה עם מרכז התגובה הפוטוסינתטית המופחת יתר על המידה.
