一、人体内自由基的来源有外源性和内源性两种：
(一)外源性自由基
1．电离辐射及大气污染 如γ和X射线、紫外照射可使人体内产生·OH；汽车排出的碳化氢，空气烟雾中的氟利昂等经太阳紫外线照射及光分解产生多种碳的自由基及卤原子；大气中的臭氧也可能转变成过氧化物自由基。香烟燃烧的烟气可产生大量的自由基。
2．药物 解热镇痛药、抗结核药、硝基化合物药物、含醌式结构的抗癌药(如博莱霉素)、类固醇激素等进入体内可产生O2 、·OH及H2O2等。
3．其他 如环境污染的镉、水银、铅等重金属离子及杀虫剂的毒性与自由基相关；茶叶和植物油在空气中放置过久，自由基含量增加。
(二)内源性自由基
细胞内线粒体、内质网、细胞核、过氧化物酶体、质膜及胞液等都可产生自由基。其中有些是酶促反应，有些是非酶促反应。
1．O2 的产生 通过线粒体中的辅酶Q·半醌、内质网膜上细胞色素P450和血红蛋白、肌红蛋白、肾上腺素等自氧化作用均可产生O2 。
SQ·+O2 ────→ Q + O2
胞液中的黄嘌呤氧化酶与醛氧化酶、线粒体中的黄素蛋白酶、内质网中的NADPH-细胞色素P450还原酶和质膜上的NADPH氧化酶等酶促氧化过程中均可产生O2 。
黄嘌呤氧化酶
黄嘌呤＋2O2＋H2O ───────→尿酸＋2O2 ＋2H+
2．·OH的产生 机体内中的·OH的生成主要是通过Fenton反应由O2直接衍生形成，该反应是先由歧化反应(既可自发歧化，也可酶促歧化)催化O2生成H2O2，后者再与O2在过渡金属离子存在下转变为毒性更强的·OH，这是体内·OH的主要来源。
O2 + O2 + 2H+ ────────→H2O2+O2 (歧化反应)
过渡金属离子
O2 ＋H2O2 ────────→O2＋·OH＋OH－(Fenton反应)
歧化反应是指反应中的某种底物既能作为还原剂供应电子，又可作为氧化剂接受电子。上述反应中的O2 就承担这种角色，故属于歧化反应。
过氧化物酶体中多种需氧脱氢酶催化生成的H2O2，如不迅速被分解，在Fe2+的催化下也可生成·OH。
H2O2＋Fe2++H+ ──→·OH＋H2O＋Fe3+
3．吞噬细胞中活性氧的产生 粒细胞、单核细胞、巨噬细胞在吞噬细菌或炎症刺激物的刺激时，由NADPH氧化酶介导生成的O2 ，经歧化反应生成H2O2。后者除可生成·OH外，在Cl－存在时，经髓过氧化物酶(myeloperoxidase, MPO)的作用，生成活性很强的次氯酸(HOCl)和1O2，1O2是一个强的亲电子性的氧化剂。
MPO
H2O2＋Cl－ ───────→ H2O＋OCl－
MPO
OCl－＋H2O2 ──────→ H2O＋1O2＋Cl－
4．脂质过氧化作用 机体通过酶促反应和非酶促反应产生的活性氧，能攻击生物膜磷脂中的多聚不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid, PUFA)引发一种自由基链式反应，链式地产生脂质过氧化物(又称脂氢过氧化物)，这种作用就称为脂质过氧化作用(lipid peroxidation)。即在光或某种射线或自由基的作用下，可使PUFA脂质分子(用LH表示)脱去1个氢原子形成脂质自由基(L·)，此脂质自由基与氧反应形成脂质过氧自由基(LOO·)，后者再进攻其他脂质分子，夺取其氢原子，再生成新的自由基和LOOH，此反应可反复进行，从而导致PUFA分子的不断消耗和LOOH的大量产生。在过氧化条件下，它们是不稳定的，能分解成一系列复杂产物，包括小分子的醛、酮、醇、醚、羧酸、烷烃和烯烃产物以及氧自由
二、自由基形成有生化的、化学的和物理的各种方式，其中最主要的是生化反应所形成的自由基。
细胞在正常代谢过程中，存在许多细胞内酶的各种催化活动，这类酶化反应是形成自由基的最重要途径。如细胞内存在的黄嘌呤氧化酶等重要的可溶性酶类，都会诱发大量的自由基：
次嘌呤酸 + H2O +2O2 → 黄嘌呤 + 2O2- ﹒ + 2H+
黄嘌呤 + H2O +2O2 → 尿酸 + 2O2-﹒ + 2H+
也可是非酶催化的反应过程，如：
血红蛋白Fe2+ + O2 →血红蛋白Fe3+ + O2- ﹒
上式产生的O2- ﹒在一定条件下，能形成HO﹒。
此外，也可由O2- ﹒与一氧化氮（NO）反应而产生HO﹒ ：
O2-﹒ + NO → O2 NO → HO﹒+ NO2
当细菌侵入身体后，为杀灭入侵的细菌，白细胞中的嗜中性白细胞因受激而使膜表面释放出自由基，即通过还原型辅酶(NADPH)氧化酶的激活，使细胞之中的还原型辅酶(NADPH)氧化成辅酶(NADP+)，同时产生氧自由基 O2- ﹒：
NADPH + 2O2 → NADP+ + O2- ﹒ + H+
然后还会进一步生成HO﹒和H2O。
这些氧自由基对侵入体内的细菌等外放，有很强的杀伤能力，也包括对炎症、化学物质等的消除能力。这是自由基在维持肌体正常代谢中的积极作用，是必不可少的有益贡献。此外，自由基还有促进前列腺素、凝血酶原、胶原蛋白的合成，参与肝脏戒毒、调节细胞分裂等作用。
在正常情况下，一般总有2%-5%的多余自由基，这些多余的自由基就成为有害的物质。
除正常情况外，一些化学物质（抗菌素、杀虫剂、农药等）、污染的空气、香烟的烟雾和焦油、光化学空气污染物，乃至运动、心理压力等也都会激发自由基的产生。而在人体内部，如当发生炎症、缺血、心肌梗死、脑血栓发作等时，以及体内部分组织一旦血液停止流动到再开始流动的这一瞬间，都会爆发性地产生大量自由基，这是由于体内的再生而导致急剧的活动，伴随着剧烈活动的同时所产生的自由基。
体内自由基的产生，基本上分为内因性和外因性两大类，内因性中又可分为在细胞内和向细胞外部释放两类。主要情况见下表：
体内氧自由基的产生
| 所产生的种类 | 产生的原因 | 产生的场所 | |
| 内因性（细胞性） | O2- ﹒ | 呼吸系统重点字的泄漏 | 线粒体 |
| O2- ﹒ | NADPH-Cu+P-450还原酶 | 中心体 | |
| O2- ﹒ | P-450还原酶 | 细胞核 | |
| H2O | 乙二醇氧化酶，尿酸氧化酶 | 过氧化物酶体 | |
| H2O | NOS | 细胞质 | |
| 内因性（向细胞外释放） | NO﹒、O2- ﹒、H2O2 | 活性化（免疫反应） | 小噬细胞 |
| NO﹒、O2- ﹒、OCL-、H2O2 | 活性化（免疫反应） | 嗜中性白细胞 | |
| NO﹒、O2- ﹒、H2O2 | 活性化（免疫反应） | 血管内皮细胞 | |
| NO | 信息传递（形成记忆等） | 中枢神经细胞 | |
| 外因性 | 自由基 | 药物代谢 | 体细胞中心体 |
| 自由基 | 食物、酒精（代谢） | 肝脏、消化道 | |
| OH﹒、LO﹒、LOO﹒、HOO﹒ | 金属（过氧化物分解） | 全身性 | |
| OH﹒、HOO﹒ | 光、紫外线 | 皮肤、眼 | |
| OH﹒ | 放射线 | 非特定部位 | |
| O2- ﹒、NO﹒ | 热（炎症、免疫反应） | 全身性 | |
| OH﹒ | 超音波 | 全身性 | |
| NO﹒、NO2、自由基 | 烟草 | 肺泡、口腔、食道 | |
| NOχ | 大气污染物之 | 肺泡 | |
| NOχ | 氧、臭气 | 眼、肺 | |
| O2- ﹒、NO﹒ | 病原体（免疫反应） | 全身性 | |
| O2- ﹒、NO﹒、OCL- | 缺血-再罐流（免疫反应） | 血管内壁 | |
| O2- ﹒、NO﹒、OCL- | 精神胁迫 | 全身性 | |
三、自由基的清除机制
机体内的自由基在不断地产生，同时也不断地被清除。体内存在着抗氧化酶及小分子抗氧化剂两类对自由基的清除系统，以保护机体免遭损害。从而保证在正常生理情况下，各种自由基的浓度维持在一个有利无害的、生理性低水平。
（一）抗氧化酶类
1．超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD) SOD的作用催化歧化反应以清除O2 。
SOD
2O2 + 2H+ ──────→H2O2+O2
SOD是金属酶，包括三种同工酶，在真核细胞胞液中，以Cu2+-Zn2+为辅基，称为CuZn-SOD；在原核细胞及真核细胞的线粒体中以Mn2+为辅基，称为Mn-SOD；在原核细胞还有以Fe3+为辅基的Fe-SOD。
2．过氧化氢酶(catalase, CAT) CAT可清除O2的歧化产物H2O2，而后者往往是·OH的前体。
CAT
2H2O2────→H2O+O2
3．硒谷胱甘肽过氧化物酶(selenium dependent glutathione peroxidase, SeGSHPx) 它可清除LOOH或H2O2，从而抑制自由基的生成反应。
SeGSHPx
LOOH(H2O2)＋2GSH ──────→ LOH(H2O)+H2O＋GSSG
还有一种新的硒酶，称磷脂氢过氧化物谷胱甘肽过氧化物酶(PHGSHPx)，它能清除生物膜上的磷脂氢过氧化物，防止生物膜的脂质过氧化。PHGSHPx是单体酶，而SeGSHPx是由4个同一亚基构成的寡聚酶。
4．谷胱甘肽硫转移酶(GST) GST是属不含硒的谷胱甘肽过氧化物酶，它只清除LOOH，而不能清除H2O2。
GST
LOOH＋2GST ──→ LOH＋H2O＋GSSG
5．与抗氧化作用相关的其他酶 如醛酮还原酶，它可催化脂肪醛和脂肪醛-谷胱甘肽加成物的还原，以清除脂质过氧化作用的毒性产物。
（二）抗氧化剂
1．脂溶性抗氧化剂
（1）维生素E：存在于生物膜、脂肪细胞脂滴和血浆脂蛋白内。它能清除O2、·OH、LOO·及1O2，从而防止自由基引发的脂质过氧化。
（2）β-胡萝卜素：可清除1O2、LOO·、O2 、及·OH，防止脂质过氧化。
（3）辅酶Q：既参与自由基的生成也具有抗氧化作用，还原型辅酶Q(CoQH2)较氧化型的抗氧化作用强。其抗氧化机制目前尚未阐明。
（4）固醇类激素：雌激素具有抗氧化活性，可能与其结构中的酚基相关。但大剂量使用可生成O2，诱导肿瘤发生，故应慎用。皮质激素能防止内毒素脂多糖激活中性粒细胞膜上的NADPH氧化酶，避免由此产生O2，以减轻脂质过氧化。
2．水溶性小分子抗氧化剂
（1）维生素C(又称抗坏血酸)：能直接与·OH、O2 和1O2作用，是机体重要的活性氧清除剂，在防止生物膜免受自由基攻击方面具有重要作用。此外，维生素C还可与维生素E自由基(VE·)反应，使其恢复为还原型维生素E，而本身变成维生素C自由基(VC·)，后者可由依赖于NADH的氧化还原酶系统还原成维生素C。因此维生素C与维生素E两者有协同作用。
值得注意的是，维生素C并不都是起好作用，它可将Fe3+还原成Fe2+，当有H2O2存在时，可通过Fenton反应形成·OH；但它又可清除·OH。因此维生素C的总效果与它的浓度有关。
（2）谷胱甘肽(GSH)：它是体内含量最高的非蛋白质巯基化合物，为H2O2、LOOH、·OH和1O2重要清除剂。
H2O2＋2GSH ──→ GSSG＋2H2O
LOOH＋GSH ──→ GSSG＋LOH＋H2O
·OH＋GSH ──→ H2O＋GS·
2GS· ──→ GSSG
（3）尿酸：是人体嘌呤代谢的终产物，通常被认为是废物，没有生物学功能。但目前认为它是一种很好的抗氧化剂，可有效地清除1O2和·OH，抑制脂质过氧化。
（4）色氨酸代谢产物：3-羟犬尿酸，黄尿酸和3-羟邻氨基苯甲酸均是色氨酸的代谢产物，它们均含有酚羟基，可抑制脂质过氧化作用。
3．蛋白性抗氧化剂
（1）铜蓝蛋白：是人血浆的含铜蛋白，是细胞外液重要的抗氧化剂之一。它具有亚铁氧化酶活性，能催化Fe2+氧化成Fe3+，抑制由Fe2+催化H2O2生成·OH的反应，从而防止·OH引发的脂质过氧化作用。此外铜蓝蛋白还是吞噬细胞呼吸爆炸生成的氧代谢产物O2和OCl-的主要清除剂。
（2）清蛋白结合的胆红素：一般认为胆红素是脂溶性毒性产物，需要被排出。但目前认为它是机体抗防御系统中的一员，它能有效地清除1O2、O2 和LOO·。清蛋白结合的胆红素能保护与清蛋白结合的不饱和脂肪酸和清蛋白本身免受活性氧损伤。胆红素由肠道排泄，作为肠道的抗氧化剂保护维生素A和不饱和脂肪酸免受氧化破坏。此外，近年来的研究还表明，胆红素在μmol/L浓度时即能保护血浆蛋白免受过氧亚硝酸致的氧化修饰，以及通过修复蛋白自由基或通过清除自由基减轻血浆蛋白损伤。
（3）其他血浆蛋白：如清蛋白可结合铜离子抑制·OH形成和有效清除OCl-。结合珠蛋白和血液结合素(hemopexin)能与血红蛋白(Hb)结合，促使Hb由受损组织和炎症局部排出，以减轻Hb对组织的损伤作用。转铁蛋白和乳铁蛋白，对铁催化的脂质过氧化作用是强氧化剂。此外转铁蛋白还能清除OCl-。
上述抗氧化酶与抗氧化剂均属于机体的抗氧化防御系统。
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