La biotransformation, parfois appelée métabolisme, est la modification structurelle d’un produit chimique par des enzymes dans l’organisme. Les produits chimiques sont biotransformés dans plusieurs organes, notamment le foie, les reins, les poumons, la peau, les intestins et le placenta, le foie étant le plus important. Les produits chimiques absorbés dans le tractus gastro-intestinal doivent passer par le foie, où ils peuvent être biotransformés et ainsi éliminés avant d’être distribués dans d’autres parties du corps. Ce phénomène est connu sous le nom d’effet de premier passage. Par conséquent, de plus petites quantités de certains produits chimiques sont distribuées dans le corps après une administration orale qu’après d’autres voies d’exposition, telles que les injections intraveineuses ou intramusculaires. La biotransformation d’un produit chimique facilite principalement son excrétion dans l’urine ou la bile ; cependant, certains produits chimiques sont biotransformés en formes plus toxiques et, par conséquent, la biotransformation des produits chimiques n’est pas toujours bénéfique.
La biotransformation des produits chimiques exogènes (produits chimiques qui ne sont pas naturellement présents dans le corps) se produit généralement en deux phases. Dans la phase I, une molécule exogène est modifiée par l’ajout d’un groupe fonctionnel tel qu’un hydroxyle, un carboxyle ou un sulfhydryle. Cette modification permet à la phase II, la conjugaison, ou l’assemblage, de la molécule exogène avec une molécule endogène (une molécule naturellement présente dans l’organisme), d’avoir lieu. Dans la plupart des cas, le principal produit final est un produit chimique plus hydrosoluble qui est facilement excrété.
Les réactions de la phase I peuvent être classées en oxydation, réduction ou hydrolyse. L’oxydation est effectuée par les monooxygénases du cytochrome P-450, les amines oxydases à fonction mixte et les alcools et aldéhydes déshydrogénases. Les réactions médiées par les monooxygénases du cytochrome P-450 peuvent rendre le produit chimique moins ou plus toxique. Les enzymes du cytochrome P-450 peuvent, par exemple, produire des époxydes de certains produits chimiques, qui sont très réactifs et peuvent attaquer des molécules cellulaires importantes, comme l’ADN. Les autres enzymes oxydatives de phase I agissent sur une gamme étroite de substrats.
En plus de l’oxydation d’un produit chimique, les monooxygénases du cytochrome P-450 peuvent catalyser la réduction. Un autre groupe d’enzymes qui peut effectuer la réduction est celui des aldéhyde/cétone réductases. Chacun des trois groupes d’enzymes hydrolytiques (époxyde hydrolases, estérases et amidases, respectivement) crée des métabolites avec un groupe fonctionnel hydroxyle, carboxyle ou amino.
Dans les réactions de phase II, un produit chimique exogène altéré se lie à une molécule endogène, ce qui conduit à la formation d’un produit final (le conjugué), qui est généralement beaucoup plus hydrosoluble et facilement excrété que le produit chimique parent. Il existe quatre types de composés parents dont l’excrétion peut être améliorée par conjugaison : l’acide glucuronique, le glutathion, les acides aminés ou le sulfate. Les deux premiers types sont les réactions de phase II les plus courantes.
La conjugaison de l’acide glucuronique avec un groupe hydroxyle, carboxyle, amino ou sulfhydryle conduit à la formation de glucuronides d’oxygène, d’azote ou de soufre, qui sont plus facilement excrétés que l’acide glucuronique parce qu’ils sont plus hydrosolubles et parce qu’ils contiennent un groupe carboxyle. La conjugaison avec le glutathion améliore également l’excrétion. La conjugaison avec le glutathion donne des conjugués du glutathion et des dérivés de l’acide mercapturique, qui sont excrétés par le foie, les reins ou les deux.
Deux types de conjugaisons, les acétylations et les méthylations, n’améliorent pas l’excrétion du produit chimique parent. L’acétylation et la méthylation diminuent la solubilité dans l’eau du produit chimique parent et masquent le groupe fonctionnel du produit chimique parent, empêchant ces groupes fonctionnels de participer aux conjugaisons qui augmentent leur excrétion. L’acétylation agit sur les produits chimiques comportant un groupe amino et peut les rendre moins toxiques. Les produits chimiques comportant un groupe amino, hydroxyle ou sulfhydryle peuvent être méthylés. La méthylation n’est pas une voie de biotransformation aussi importante pour les produits chimiques exogènes que pour les produits chimiques endogènes.