优选化学生物学第四章生物转化
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第三,四章 毒物的生物转运与转化
（二）毒物动力学参数及其概念： 5、清除率（CL）： 每单位时间多少升血中毒物量被清除。 6、生物利用度（F）： 生物有效度，是指毒物被机体吸收利用的程度。 7、吸收速率常数（Ka）、峰浓度（Cm）、峰时间 （Tm）： 8、房室概念：
（三）毒物消除动力学：
一级消除动力学：速率与毒物的浓度成比例。
简单扩散(simple diffusion) 被动转运
(passive transport)
滤过(filtration)
生 物 转 运
主动转运(active transport)
特殊转运
(special
transport)
膜动转运 (cytosis)
易化扩散(facilitated diffusion) 吞噬(phagocytosis) 入胞作用 (endocytosis) 胞饮(pinocytosis) 出胞作用(exocytosis)
（一）时量曲线（concentration-time curve）：
在染毒后不同时间采血样，测定血毒物浓度，以
血毒物浓度为纵坐标，时间为横坐标作图即为毒物
浓度时间曲线，简称时量曲线，通过曲线可定量地 分析毒物在体内动态变化。
（二）毒物动力学参数及其概念：
1、消除半减期（t1/2）： 体内血毒物浓度下降一半所需的 时间。 2、曲线下面积（AUC）： 指时量曲线下覆盖的总面积。 3、表观分布容积（Vd）： 在体内达到动态平衡时，根据与体内毒物量血毒物浓度 的比值，表示毒物以血毒物浓度计算应占有的体液容积。 4、消除速率常数（Ke）： 表示体内消除毒物的快慢，可以单位时间内体内毒物被 消除的百分率表示。
一、被动转运（passive transport）
（一）简单扩散
食品毒理学：第四章 化学毒物的生物转化
8 硫氰酸盐化
➢ 硫氰酸形成是机体内氰化物代谢解毒的过程。
➢ 硫氰酸盐形成反应并不是典型的结合反应，因 为反应中没有结合剂
➢ 具有代谢解毒的作用
➢ 代谢解毒 ➢ 代谢活化
➢ 葡糖醛酸结合 ➢ 硫酸结合 ➢ 乙酰化作用 ➢ 甲基化作用 ➢ 硫氰酸盐化 ➢ 磷酸化 ➢ 谷胱甘肽结合
➢ 氨基酸结合
第四节 毒物代谢酶的诱导和 激活、抑制和阻遏
➢ 绝大多数外源化学物在第一相反应中无论发生氧化、 还原或水解反应，最后必须进行结合反应排出体外。
➢ 结合反应首先通过提供极性基团的结合剂或提供能量 ATP而被活化，然后由不同种类的转移酶进行催化，
➢ 将具有极性功能基团的结合剂转移到外源化学物或将 外源化学物转移到结合剂形成结合产物。结合物一般 将随同尿液或胆汁由体内排泄。
2 还原作用
在哺乳动物组织中还原反应活性较低， 但在肠道菌群内还原酶的活性较高。
➢ 硝基和偶氮还原 ➢ 羰基还原 ➢ 二硫化物、硫氧化物还原
3 水解作用
➢ 酯酶——分解酯类结构 ➢ 酰胺酶——酰胺键水解 ➢ 糖苷酶——糖苷水解
第三节 Ⅱ相反应
➢ 毒物原有的功能基因或由1相反应引入（暴露）的功 能基因与内源性辅因子反应。
➢ 是外源化学物在一系列酶催化下与还原型谷胱甘肽结 合形成硫醚氨酸的反应。
➢ 卤化物，例如烷基卤化物、硝基卤化物、芳基卤化物， 各种酯类化合物如磷酸酯类杀虫剂，苯、萘、苯胺等 芳烃类及芳胺类化合物和环氧化物等。
➢ 催化谷胱甘肽结合反应的酶类主要有谷胱甘肽S-转移 酶。另外，值得注意的是有些外源化学物与谷胱甘肽 形成的结合物可与生物大分子结合，诱发突变以及癌 变，例如氯甲烷和二溴乙烷。
1 氧化作用
氧化反应
生物转化
（三）水解反应 催化酶类：脂酶、酰胺酶、肽酶、环氧化水解 酶。 1、脂酶、酰胺酶（esterase and amidase) 可水解羧酸酯、酰胺、硫酯、硫酸酯和酸酐， 生成相应的醇、酸、胺等。 2、肽酶(peptidase) 氨基肽酶和羧基肽酶以及内肽酶 3、环氧水化酶（ epoxide hydrodase,EH) EH有五种形式，与B（ a）P解毒有关。其中微 粒体环氧水化酶（ mEH)有多态性。
• ２、微粒体黄素加单氧酶 • 氧化亲核性Ｎ、Ｓ、Ｌ杂原子，以ＦＡＤ为辅酶， 须ＮＡＤＰＨ和Ｏ２。 • ３、醇、醛、酮氧化－还原系统与胺氧化 • ４、过氧化物酶依赖性共氧化 • 包括氢过氧化物还原和其它底物的脂质过氧化 • 如前列腺素Ｈ合成酶（ＰＨＳ）和白细胞髓过氧化 物酶均可催化此类反应。ＰＨＳ可活化芳香胺。 （二）还原反应 １、硝基和偶氮还原（成氨基） ２、羰基还原（成醇） ３、硫化物、硫氧化物和氮氧化物还原（体内较少） ４、醌还原（成含羟基的氢醌）５、脱卤反应
• 2、细胞内分布 • 在肝和大多数组织细胞内主要分布于内质网（微粒 体）或胞质的可溶部分（胞浆）
• 二、Ⅰ相反应
• 包括氧化、还原和水解 • （一）氧化反应 • 加氧、脱氢、脱烷基、 • 1、细胞色素P-450酶系 又称微粒体混合功能氧化酶系 （microsomal mixed function oxidase,MFO)包括三类： • 血红素蛋白类：细胞色素P-450和细胞色素b-5; • 黄素蛋白类：NADPH-细胞色素P-450 和NADH-细 胞色素P-450； • 磷脂酶
毒物的代谢转化
一、生物转化与毒物代谢酶 生物转化（ biotransformation) 是指外源化学物在机体 内经多种酶催化的代谢转化过程。 生物转化的反应类型 Ⅰ相反应——氧化、还原、水解 Ⅱ相反应——结合 （一）生物转化的意义： 1、促进排泄（大多数） 2、改变其毒效应性质 代谢解毒与代谢活化
生物转化
及其基因多态性与癌的关系等问题，一向备受人们
关注。分子生物学的发展势必会极大地促进CYPs结
构与功能的研究，并促进CYPs在多个领域的广泛应
用。许多P-450网页可查。
26
生物转化酶
黄素单加氧酶（微粒体内）
(flavin-containing monoxygenase,FMO) 特点：
1、以黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)为辅酶
肽-s-转移酶等。
其中细胞色素P450酶系是化学物代谢转化Ⅰ相反应的重要 酶。
17
生物转化酶
微粒体细胞色素P-450酶系 或单加氧酶
又称
混合功能氧化酶（ mixed function oxidase，MFO）
是一个蛋白质的超家族。是多种同工酶的集合体，可催
化不同类型的氧化反应。 特点：加单氧，微粒体，混合功能，多种氧化（还原） 含有的血红素铁在二价时与CO结合在光谱450nm处有最 大吸收峰而命名。
31
生物转化过程
多环芳烃类物质苯并(a)芘(BaP) 在体内的主要代谢 途径（图3-2，p48)： ①向下箭头：形成3-羟-BaP，主要的解毒产物 ②右下箭头：在P450酶催化下生成BaP-4,5环氧化 物；再经环氧化物水化酶的催化生成BaP-4,5二氢二 醇（重排为酚类）。进一步代谢解毒。 ③向右箭头：在P450酶催化下生成BaP-7,8环氧化 物（或BaP-9,10环氧化物）；再经环氧化物水化酶 的催化生成BaP-7,8二氢二醇；再由P450酶催化进 一步生成邻二氢二醇环氧化物，邻二氢二醇环氧化 物有多种形式，其中的7,8-二氢二醇-9,10环氧化物 为终致癌物。
24
生物转化酶
P-450催化的7种氧化反应类型(下述） ①脂肪族和芳香族的羟化：
《生物转化》课件
生物转化的途径与类型
1
生物转化涉及多种途径和类型，如糖代谢、脂肪 代谢、蛋白质代谢等，这些途径和类型在生物体 内相互联系、相互协调。
2
生物转化的途径和类型可以根据不同的分类标准 进行划分，如根据反应类型、底物性质、酶的来 源等。
3
生物转化的途径和类型具有高度的灵活性和可塑 性，能够适应不同的生理需求和环境变化，促进 生物体的生存和繁衍。
加强生物转化的应用研究
将生物转化技术应用于制药、化工、环保等 领域，解决实际问题。
生物转化在可持续发展中的地位与作用
生物转化是实现可持续发展的 重要手段之一，能够将可再生 资源转化为有用的产品，减少
对化石资源的依赖。
生物转化技术可以生产可持续 的化学品和燃料，替代传统的 石化产品，降低碳排放。
生物转化技术可以应用于废弃 物资源化利用，减少环境污染
，促进循环经济发展。
生物转化技术可以应用于制药 行业，生产天然药物和手性化 合物，促进人类健康事业的发 展。
05
生物转化的实际应用案例
生物转化在制药行业的应用
生物转化在制药行业的应用广泛，主要用于生产手性药物、 复杂药物和天然产物的类似物。通过生物转化，可以实现对 药物分子的立体选择性修饰，提高药物的疗效和降低副作用 。
例如，将BT基因转入棉花中，可以培育出抗虫棉花品种，减少农药的使用量；将 抗草甘膦基因转入大豆中，可以培育出抗除草剂大豆品种，提高大豆的产量和品 质。
生物转化在能源领域的应用
生物转化在能源领域的应用主要包括生物燃料的开发和利用。通过微生物或酶的作用，可以将废弃物 或可再生资源转化为生物燃料，如乙醇、生物柴油等。
对环境压力。
生物转化可以产生一些对生物体有益的代谢产物，如 维生素、激素和抗生素等，这些产物对于维持生物体
生物转化资料
生物转化生物转化是指生物体内或生物体间发生的一系列化学反应过程，通过这些反应，能够将一种化合物转化为另一种化合物。
这种转化过程在自然界和人工生产中都有着重要的应用。
生物转化可以发生在各种不同的生物体内，包括微生物、植物和动物等。
下面将深入探讨生物转化的一些重要方面。
生物转化的类型生物转化的类型可以分为多种，其中包括氧化还原反应、水解反应、反应消解、羰基转移反应等。
每种类型的生物转化都有其独特的特点和机制。
氧化还原反应氧化还原反应是一种常见的生物转化类型，通过氧化还原反应，生物体可以将一种物质氧化或还原成另一种物质。
这种转化过程经常涉及到电子的转移。
水解反应水解反应是生物体内一种常见的化学反应，通过水解反应，生物体可以将某种化合物分解成更简单的物质，从而释放能量。
生物转化的应用生物转化在生活中有着广泛的应用，其中最为重要的就是在食品生产和制药领域。
在食品生产中，许多食品的生产过程都依赖于微生物或酶的生物转化作用。
比如，酵母菌在发酵过程中可以将糖转化为酒精，制作出各种酒类产品。
在制药领域，生物转化也发挥着重要的作用。
许多药物的合成过程都通过生物转化来实现，这种方法不仅可以提高产率，减少废物排放，还可以得到更纯净的药物。
生物转化的未来随着生物技术的不断发展，生物转化的应用领域将会更加广泛。
未来，我们有望看到生物转化在环境保护、新材料开发和生物能源生产等方面发挥更为重要的作用。
生物转化的研究将会为人类社会带来许多新的可能性，推动科学技术的不断进步。
总的来说，生物转化是一种重要的化学反应过程，对于生命活动和人类社会都具有重要意义。
通过深入研究生物转化的机制和应用，我们可以更好地利用这种过程，促进科学技术的发展，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
外源化学物的生物转化
1、微粒体混合功能氧化酶（MFO）催化的反应
为细胞色素P-450 酶系单加氧酶
又称
MFOS催化的氧化反应
微粒体混合功能氧化酶MFOS (microsomal mixed function oxidase system)
主要存在于肝细胞内质网中
特异性低
• 可催化几乎所有环境化学物的氧化反应
毒物代谢酶对底物的专一性相对较差，一类或一种 酶可代谢几种外源化学物，而且还可代谢内源性化 学物等。 外源化学物可刺激（诱导）很多生物转化酶类合成。 某些生物转化酶具有多态性，其结构（即氨基酸序 列）和活性不同。
有些手性外源化学物的生物转化具有立体选择性。
三、毒物代谢酶的分布
在脊椎动物，肝脏是含外源化学物生物转化酶最 丰富组织，次之为皮肤、肺脏、鼻粘膜、眼及胃 肠道。 此外，其他组织如肾脏、肾上腺、胰、脾、心、 大脑、睾丸、卵巢、胎盘、血浆、血细胞、血小 板、淋巴细胞及大动脉等均有生物转化酶。 肠道菌群在某些外源化学物生物转化中起着重要 的作用。
外源化学物的生物转化
第一节 生物转化概述 第二节 Ⅰ相反应 第三节 Ⅱ相反应 第四节 影响生物转化的因素
第一节 生物转化概述
生物转化是指外源化学物在机体内经一系列化 学变化并形成其衍生物以及分解产物的过程。
或称代谢转化。所形成的衍生物即代谢物。
生物转化是机体对外源化学物处置的重要的环
节，是机体维持稳态的主要机制。
脂肪族烯烃：
双键上引入一个氧原子而形成1，2-环氧化合物 反应
环氧化物水解酶
H C Cl C H H
水解产物 S-烷基谷胱甘肽
O
H C H O C
Cl H
非蛋白巯基 GSH、Cys RNA、DNA 白蛋白 O
生物转化的名词解释生物化学
生物转化的名词解释生物化学
生物转化是指生物体内或生物过程中，物质的转化或变化过程。
它包括生物体内的代谢过程、生物体对外界环境的适应和应答，以及生物体内的信号传递等。
生物体内的转化过程通常涉及底物的吸收、转运、代谢、合成和分解等。
生物转化在生物化学中起着重要的作用。
生物化学研究生物体中的化学反应和生物分子之间的相互作用。
生物体内的物质转化是通过一系列酶催化的化学反应进行的。
酶是生物体内的催化剂，能够加速化学反应的速率。
生物体内的酶对底物具有高度的选择性，只作用于特定的底物并产生特定的产物。
生物转化的研究对于了解生物体内的代谢过程、生物体对环境的适应性以及疾病的发生和治疗具有重要意义。
通过研究生物转化过程，可以发现新的代谢途径、寻找新的药物靶点以及开发新的药物和治疗策略。
生物转化的研究领域包括代谢组学、蛋白质组学、基因组学等。
代谢组学通过研究生物体内代谢物的组成和变化，来了解生物转化过程。
蛋白质组学研究生物体内蛋白质的组成和功能，揭示生物转化的分子机制。
基因组学研究生物体内基因的组成和表达，探索基因在生物转化中的作用。
总之，生物转化是生物体内物质转化的过程，是生物化学研究的重要领域。
通过深入研究生物转化过程，可以揭示生物体的生理和病理过程，为新药物的发现和疾病治疗提供理论基础。
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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。
• 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。