Исследование количественных зависимостей структура — биотрансформация — активность подразумевает построение математических моделей, позволяющих количественно оценить сравнительную вероятность возникновения токсического или иного биологического эффекта в ряду химических соединений.
Для получения таких зависимостей используются различные физико-химические параметры, зависящие от структуры соединений. Для построения наиболее обоснованных и надежных моделей связи структура — активность необходимо понимание механизма интоксикации, которая, как показано в предыдущей главе, непосредственно связана с биотрансформацией.
Биотрансформация — это биохимический процесс, в ходе которого вещества трансформируются под действием ферментных систем организма. Это явление называют также метаболизмом или детоксикацией. Вместе с тем определение "метаболизм" подразумевает усвоение организмом вещества в качестве продукта питания, источника энергии. Очевидно, что далеко не все чужеродные химические вещества могут играть эту роль, хотя их биотрансформация осуществляется в результате тех же химических реакций и с участием тех же ферментных систем, что и биотрансформация продуктов питания и эндогенных веществ.
В течение многих лет процесс превращения веществ в организме рассматривался только как позитивное явление, направленное на уменьшение токсичности, а случаи увеличения токсичности считались исключением и получили название "летальный синтез", поэтому термин "детоксикация" был вполне оправдан. Однако, как будет показано ниже, с течением времени накопилась информация о том, что повышение токсичности в результате биохимических превращений веществ — скорее правило, чем исключение. Поэтому термин "биотрансформация" более универсален и точен, чем метаболизм или детоксикация.
Биотрансформация является важнейшей составляющей механизма хемотоксикокинетики и представляет собой сложный многостадийный процесс В ходе биотрансформации может образовываться ряд продуктов, часть из них представляет собой соединения, менее опасные, чем исходные вещества, однако другие могут быть более реакционноспособными, чем исходные, и вследствие этого обладать более высокой биологической активностью. В предыдущей главе подробно описаны биохимические механизмы метаболизма и токсического действия, а также обсуждены понятия "летальный распад" и "летальный синтез".
Процесс биотрансформации, в ходе которого образуются высокоактивные продукты или промежуточные соединения, называется также биоактивацией. Высокая химическая активность этих соединений определяет их способность легко связываться с биомолекулами. Взаимодействие химических веществ или продуктов их трансформации с биомолекулами представляет собой ключевую реакцию механизма токсического действия. Ключевая реакция запускает целый ряд биохимических и феноменологических изменений, которые приводят к наблюдаемому токсическому эффекту. Определение того, какой именно продукт трансформации (или исходное вещество) участвует в этой ключевой реакции, позволяет теоретически обосновать механизм токсического действия и выявить наиболее биологически активное вещество.
В последние годы появились многочисленные экспериментальные и теоретические исследования процессов биотрансформации, результаты которых приведены, например, в монографии. Такие исследования включают биологические эксперименты in vitro и in vivo, в ходе которых с помощью методов современной аналитической химии (газожидкостная хроматография, масс-спектрометрия и др.) идентифицируются продукты биохимических превращений, а также их аддукты с биомолекулами. Оценивается также сравнительная токсичность исходных веществ и продуктов биотрансформации.