的代谢产物；
• 机体与外来化学物质相互作用是在分子水平上进行的； • 化学物质的分子结构可发生下列改变: • 活性功能基团的增减或改变; • 整个分子的降解; • 与某些内源性化学物质结合等。

化学物质生物转化的两重性： • 生物解毒或灭活(biodetoxication)： • 高亲脂性→→ 极性较强、水溶性物质，易排出； • 同时代谢物透过生物膜进入细胞的能力减弱； • 与组织成分的亲和力降低，其生物活性灭活。
2. 环氧化反应：芳香烃类或烯烃类化合物的不饱和键上， 直接加氧生成不稳定的环氧化物。
• 如苯环上有卤族元素取代或是多环芳烃氧化时，则能 形成较稳定的环氧化物。
• 环氧化物是一种亲电子的活性中间代谢物，其毒性远 大于母体化学物，可与生物大分子共价结合，是一种 遗传毒物，可导致癌瘤。
3. 脱烷基反应：某些有机化学物在O-、N-、S-原子上带 有烷基，在氧化过程中易被羟化，进而脱去烷基，生 成醛和脱烷基产物，称脱烷基反应。
• 如：偶氮苯→苯肼→苯胺。 3. 还原脱卤：许多卤代烃化合物可经微粒体酶的催化，
发生还原脱卤反应。
• 如，四氯化碳在体内经还原脱卤形成三氯甲基自由基 (·CCl3)和二氯碳烯(:CCl2)。
三、水解反应 • 水解是由化学物质的一个分子加上一个水分子使之裂
解成两个分子。
• 环氧化物、酯类、酰胺类等在体内易被水解。
二、还原反应
化学物质在哺乳动物组织内的还原反应，在无氧条 件下易于发生。所需的电子或氢由还原酶(NADH)或还 原型辅酶(NADPH)供给。
• 肠道细菌和肠壁细胞的还原酶活性较高，当某些化学 物质进入肠道或化学物质在肝内结合反应后的代谢物随 胆汁排出时，在肠道可被还原。
常见还原反应类型：
• 硝基还原
2. 酯类和酰胺类水解：酯类化合物经水解形成羟基团和醇，酰胺类 化合物经水解形成酰胺和酸；羟基、醇和酰胺基可接受各种结合 反应。
• 如有机磷酸酯，敌敌畏、对硫磷、乐果和马拉硫磷等，经水解反 应产生的代谢物，其生物活性降低或消失。
• 生物解毒生物灭活作用（biodetoxication）:
• 多数毒物→→低毒或无毒的产物;
• 亲脂化学物质→→极性较强的亲水物质
•
加速其随尿液或胆汁排出。
• 生物活化（bioactivation）或 增毒作用（toxication）:
• 无毒或低毒物质→→有毒或毒性大的产物
化学物质生物转化的主要器官：
• 生物活化（bioactivation）或增毒作用（toxication）
化学物质能否发挥其毒作用和毒性大小；化学物质 通过生物转运到达效应部位的剂量或浓度外，生物体对 化学物质的代谢转化途径和代谢能力研究和了解毒物代 谢转化的方式和机理，对中毒机理研究提供基础资料， 对治疗和诊断，亦有实用价值。
• 肝脏含有丰富的生物转化酶系，是化学物质生物转化 的主要器官。
• 肺、肾、胃、肠、神经、皮肤和胎盘等组织均具有生 物转化功能。
化学物质在生物体代谢转化的复杂性: • 多数化学物质的代谢转化需经多个连续反应，不同反
应可先后进行； • 同一种化学物质在体内可有多种代谢途径; • 可以在不同的组织器官先后发生不同反应，生成不同
• 生物活化(bioactivation)： • 化学物母体毒性小或无毒→→活泼的化学性质； • 与各种大分子发生不可逆的反应，破坏其化学 • 结构和生理生化功能→→ 细胞死亡或癌变。
第二节 生物转化过程
• I 相反应—即降解反应(degradation reaction)：包括 氧化、还原和水解。可直接改变物质的基团使之分解， 并增加新的功能基因而增加极性，如OH、SH、NH、 COOH等，以利进行Ⅱ相反应。 •Ⅱ相反应—即结合反应(conjugation reaction) • I 相反应产物和一些强极性基团如葡萄糖、硫酸等结
• 水解反应是有机磷酸酯农药在哺乳动物体内的重要代
谢方式。
1. 环氧化物水解：将芳香族和脂肪族环氧化物水解为二 氢二醇。多数环氧化物经水解形成的代谢物活性降低， 也有一些生物活性增高。
• 如3, 4-苯并芘经氧化代谢形成多种环氧化物，其中苯 并芘7, 8-环氧化物，通过水解生成的7, 8-二氢二醇， 可进一步被混合功能氧化酶氧化为7, 8-二氢二醇-9,10环氧化物，是一种强致癌物。
合，生物活性降低，水溶性增加，有利排出。
•Ⅱ相反应场所：细胞的微粒体、线粒体及胞液。
一、常见氧化反应类型
• 羟化反应 • 环氧化反应 • 脱烷基反应 • 氧化脱硫或硫氧化反应 • 醇和醛类脱氢反应
1. 羟化反应：在细胞微粒体内进行。
• 包括脂肪族羟化、芳香族羟化及N-羟化。
• 如R-CH2-CH3烷烃→→ R-CH2-CH2OH醇； • R-C6H5芳香烃→→R-C6H4OH 酚类。 • 羟化后大多毒性增强。
化学生物学
化学生物学第四章生物转化
大连民族学院生命科学学院 Prof. Dr. J.T. Liu
第一节 概 述
• 生物转化(biotransformation)或称代谢转化(metabolic transformation)，指化学物质在生物体内经酶催化或 非酶作用转化成一些代谢物的过程。
• 生物解毒/生物灭活（biodetoxication）
• 偶氮还原
• 还原脱卤
1. 硝基还原：芳香族硝基化合物的-NO被还原成-NH，多 数反应是在厌氧条件下进行的。
• 例如：硝基苯→亚硝基苯→羟氨基苯→苯胺 • 三硝基甲苯2,4,6位置上的硝基，均可经硝基还原为氨
基，产生多种氨基类代谢物。
2. 偶氮还原：偶氮化合物经偶氮还原反应，形成氢偶氮 复合物，最后生成胺。反应可在有氧条件下进行。
• 常使毒性增加。
4. 氧化脱硫或硫氧化反应：例如，
• 农药对硫磷经氧化脱硫反应生成对氧磷，其毒性增强 若干倍；
• 农药内吸磷经硫氧化生成亚砜型内吸磷，毒性比母体 增加5~10倍。
5. 醇和醛类脱氢反应： • 主要在细胞液中进行，经醇脱氢酶、醛脱氢酶等催化，
使醇和醛类脱氢氧化，最后生成CO2。这些基团的氧 化反应具有解毒意义。 • 但某些中间代谢物也有毒性。