机体在生命过程中所能遇到的自由基种类很多。因此很难概括其生物学反应。自由基参与一个反应系统后能形成新的自由基。因此自由基一旦形成，就成为自由基反应扩展程序的一部分，例如：
R·＋XH→RH＋H·
R·＋CCl4→RCl＋Cl3C·
另一个自由基反应则是自由基加入到不饱和键中去。如脂肪酸及芳香族环的不饱和键。
自由基反应既可经自由基中间代谢产物不断向前发展，又可由细胞损伤而终止。自由基反应的扩展可以是无限的，但又可为各种自由基清除剂（free radical scavenger）所终止。
由于自由基有极为活泼的反应性，所以它们能和各种细胞成分（膜磷脂、蛋白、核酸）发生反应。
（1）膜脂：是构成膜脂质双层的重要结构及功能成分，富含不饱和脂肪酸，自由基与不饱和脂肪酸作用引发脂质过氧化（lipid peroxidation）反应。脂质过氧化物的形成使膜受体、膜蛋白酶和离子通道的脂质微环境改变，从而改变它们功能，由于脂质过氧化反应的增强，细胞膜内多价不饱和脂肪酸减少，生物膜不饱和脂肪酸/蛋白质比例失常，膜的液态性、流动性改变，通透性增强。含双键脂肪酸过氧化可生成丙二醛，它的产生与脂质过氧化相平行，因而测定丙二醛含量可代表脂质过氧化物的浓度。丙二醛能使膜成分之间形成交联和聚合（polymerization），使膜的基本特性如变构、离子传递、酶活性等发生改变（图11－3）。
图11－3 自由基对膜的损伤
自由基可通过诱致过氧化而影响脂质，从而产生短链脂酰衍化物和副产物丙二醛。丙二醛反应可介导各种交联反应。自由基也能催化氨基酸氧化、蛋白质-蛋白质交联和蛋白质链的断裂
（2）蛋白质：在自由基的作用下，胞浆及膜蛋白及某些酶可交联成二聚体或更大的聚合物。这种交联既可借助于蛋白质之间的二硫键形成也可由于自由基损伤的氨基酸残基间的反应形成。蛋白质的交联将使其失去活性，结构改变。
（3）核酸：自由基对细胞的毒性作用主要表现为染色体畸变，核酸碱基改变或DNA断裂。80％是OH·的作用。OH·易与脱氧核糖及硷基反应并使其改变。
