抗氧化机制
番茄红素特殊的化学结构是其强大抗氧化能力的基础。它含有多个共轭双键，这种结构使番茄红素能够高效地淬灭单线态氧。单线态氧是一种具有很强氧化活性的自由基，它会攻击细胞内的生物分子。番茄红素就像一个 “自由基陷阱”，通过能量转移过程吸收单线态氧的能量，使其回到基态，从而避免单线态氧对细胞造成氧化损伤。
此外，番茄红素还可以直接清除其他活性氧自由基，如羟自由基（・OH）和过氧化氢（H₂O₂）。它通过提供电子给这些自由基，使自由基的未配对电子配对，从而将其转化为相对稳定的分子，终止自由基的链式反应。例如，在细胞内的氧化还原环境中，番茄红素可以与羟自由基发生反应，自身被氧化，但有效地阻止了羟自由基对细胞膜脂质、DNA 等重要生物分子的破坏。
与其他抗氧化剂的协同作用
番茄红素与其他抗氧化剂（如维生素 C、维生素 E 等）之间存在协同抗氧化作用。维生素 C 是一种水溶性抗氧化剂，主要在细胞液中发挥作用；维生素 E 是脂溶性抗氧化剂，主要保护细胞膜等脂质结构。番茄红素则介于两者之间，它在细胞膜和细胞内的脂质区域都能发挥作用。
当自由基攻击细胞时，番茄红素首先发挥作用，将一部分自由基清除。如果番茄红素自身被氧化，维生素 C 可以将其还原，使其恢复抗氧化能力。同时，维生素 E 也可以与番茄红素相互配合，在细胞膜等部位形成一个更强大的抗氧化防线。这种协同作用能够更有效地清除自由基，为细胞提供更全面的抗氧化保护。
对细胞成分的保护作用
细胞膜保护：细胞膜主要由脂质双分子层构成，其中的不饱和脂肪酸很容易受到自由基的攻击而发生过氧化反应。番茄红素能够嵌入细胞膜中，通过其抗氧化作用阻止脂质过氧化。就像在细胞膜中放置了一个个 “小卫士”，当有自由基靠近时，它们能够及时进行防御，保护细胞膜的完整性和流动性。这对于维持细胞正常的生理功能（如物质运输、信号传导等）至关重要。
DNA 保护：番茄红素还可以保护细胞内的 DNA 免受自由基的损伤。DNA 是细胞的遗传物质，一旦受到氧化损伤，可能会导致基因突变、细胞癌变等严重后果。番茄红素可以清除细胞内产生的自由基，减少其与 DNA 的接触机会。同时，在 DNA 已经受到一定程度氧化损伤的情况下，番茄红素也可能通过其他机制（如调节 DNA 修复酶的活性）来帮助修复 DNA，从而降低因 DNA 损伤引发疾病的风险。
蛋白质保护：细胞内的蛋白质也需要保护免受自由基的侵害。蛋白质的结构和功能对于细胞的各种活动（如酶的催化、受体的信号接收等）非常重要。番茄红素可以防止自由基对蛋白质的氧化修饰，如阻止蛋白质的羰基化和巯基氧化等过程，维持蛋白质的正常结构和功能。