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O stress oxidativo é uma condição biológica em que ocorre desequilíbrio entre a produção de espécies reactivas de oxigénio (EROs) e a sua remoção através de sistemas (enzimáticos ou não enzimáticos) que as removam ou reparem os danos por elas causados.
Todos os organismos vivos possuem um ambiente intracelular de natureza redutora, existindo um equilíbrio entre as formas oxidada e reduzida de moléculas como o NADH, equilíbrio esse mantido por enzimas à custa de energia metabólica. Perturbações neste equilíbrio redox podem provocar a produção de peróxidos e radicais livres que danificam todos os componentes celulares, incluindo proteínas, lípidos e o ADN.
Em humanos, o stress oxidativo encontra-se ligado a diversas doenças, como a aterosclerose, a doença de Parkinson e a doença de Alzheimer. As espécies reactivas de oxigénio também podem agir de forma benéfica ao organismo, quando usadas pelo sistema imunitário para atacar e aniquilar agentes patogénicos ou quando actuam como moléculas mensageiras em vias de sinalização celular (também designada sinalização redox).