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代谢（metabolism）是指药物吸收后在体内经酶或其他作用发生一系列的化学反应，导致药物化学结构上的转变，又称生物转化（biotransformation）。生物转化的能力反映了机体对外来性物质（xenobiotics）或者药物的处置（disposition）能力。绝大多数药物在体内被代谢后极性增大，有利于排出体外，因此代谢是药物在体内消除的重要途径。
（一）药物代谢意义
肝脏是最主要的药物代谢器官。此外，胃肠道、肺、皮肤、肾等也可产生有意义的药物代谢作用。
药物经过代谢后其药理活性或毒性发生改变。大多数药物被灭活（inactivation），药理作用降低或完全消失，但也有少数药物被活化（activation）而产生药理作用或毒性。需经活化才产生药理效应的药物称为前药（prodrug），如可的松须在肝脏转化为氢化可的松而生效。药物的代谢产物与药物毒性作用有密切关系。如对乙酰氨基酚在治疗剂量（1.2g/d）时，95% 的药物经葡萄糖醛酸化和硫酸化而生成相应结合物，然后由尿排泄；另 5% 则在细胞色素 P450 单加氧酶系催化下生成代谢产物 N-乙酰对位苯醌亚胺（N-acetyl-p-benzoquinone imine，NAPQI），NAPQI 与谷胱甘肽（glutathione）结合，生成巯基尿酸盐而被排泄，因此对乙酰氨基酚在治疗量时是很安全的。但如长期或大剂量使用，葡萄糖醛酸化和硫酸化途径被饱和，较多药物经细胞色素 P450 单加氧酶催化反应途径代谢生成大量的 NAPQI，此时因为肝脏谷胱甘肽消耗量超过再生量，不能把 NAPQI 有效转化为巯基尿酸盐而被排泄，蓄积的NAPQI 与细胞内大分子（蛋白质）上的亲核基团发生反应，引起肝细胞坏死。
（二）药物代谢时相
药物代谢通常涉及Ⅰ相（phaseⅠ）和Ⅱ相（phaseⅡ）反应。Ⅰ相反应通过氧化、还原、水解，在药物分子结构中引入或脱去功能基团（如—OH、—NH2、—SH）而生成极性增高的代谢产物。Ⅱ相反应是结合（conjugation）反应，是药物分子的极性基团与内源性物质（如葡萄糖醛酸、硫酸、醋酸、甘氨酸等）经共价键结合，生成极性大、水溶性高的结合物而经尿液排泄。大量药物的代谢是经Ⅰ、Ⅱ两相反应先后连续进行，但也有例外，如异烟肼代谢时，是先由其结构中的酰肼部分经Ⅱ相反应（乙酰化）生成氮位乙酰基结合物（N-乙酰异烟肼）后再进行Ⅰ相反应（水解），生成肝脏毒性代谢产物乙酰肼和乙酸。
（三）药物代谢酶
少数药物在体内的代谢可以在体液的环境下自发进行，如酯类药物可以在体液环境下发生水解反应，但是绝大多数药物的代谢反应需要药物代谢酶（drug metabolizing enzyme）的参与。肝脏中药物代谢酶种类多而含量丰富，因此是药物代谢的主要器官。药物代谢酶按照在细胞内的存在部位分为微粒体酶系（microsomal enzymes）和非微粒体酶系（non-microsomal enzymes）。微粒体酶系主要存在于肝细胞或其他细胞（如小肠黏膜、肾脏和肾上腺皮质细胞等）内质网的亲脂性膜上；非微粒体酶系主要是指一些结合酶（葡萄糖醛酸结合酶除外）、水解酶、还原酶、脱氢酶等，这些酶催化药物代谢往往具有结构特异性，如酯酶催化各类酯及内酯的水解，酰胺水解酶催化酰胺的水解等。
肝 脏 药 物 代 谢 酶 主 要 包 括 细 胞 色 素 P450 单 加 氧 酶 系（cytochrome P450 monooxygenases 或CYP450，简称 CYP）、含黄素单加氧酶系（flavin-containing monooxygenases，FMO）、环氧化物水解酶系（epoxide hydrolases，EH）、结合酶系（conjugating enzymes）和脱氢酶系（dehydrogenases）。
1.细胞色素 P450 单加氧酶系 CYP 为一类亚铁血红素 -硫醇盐蛋白（heme-thiolate proteins）的微粒体酶超家族，参与内源性物质和包括药物、环境化合物在内的外源性物质的代谢。CYP 根据氨基酸序列的同一性分为家族、亚家族和酶个体。氨基酸序列有 40% 以上相同者划为同一家族，以阿拉伯数字表示；同一家族内氨基酸序列相同达 55% 以上者为一亚家族，在代表家族的阿拉伯数字之后标以英文字母表示；而同一亚家族的单个同工酶则再以阿拉伯数字表示。如 CYP2D6 中的 CYP 是细胞色素 P450 的缩写，2 是家族，D 是亚家族，6 是单个酶。在人类已发现 CYP 共 18 个家族，42 个亚家族，64 个酶。CYP1，CYP2 和 CYP3 家族中各有 8～10 个同工酶，介导人体内绝大多数药物的代谢，其中 CYP3A 代谢 50% 以上的药物。其他家族在类固醇激素、脂肪酸、维生素和其他内源性物质的合成与降解中起重要作用。
CYP 参与药物代谢的总反应式可用下式表达：
DH 为未经代谢的原形药物，DOH 为代谢产物。CYP 的基本作用是从辅酶Ⅱ及细胞色素 b5 获得两个 H+，另外接受一个氧分子，其中一个氧原子使药物羟化，另一个氧原子与两个 H+ 结合成水。
CYP 催化底物的选择性低，不同亚型的 CYP 能催化同一底物，而多种底物也可被同一种 CYP 所代谢；其作用的变异性大，易受多种因素影响，如遗传、年龄、性别、营养状况、疾病状态等都可导致CYP 活性发生变化。了解每一个 CYP 所催化的药物，对于保障临床合理用药以及阐明在代谢环节发生的药物相互作用有重要意义。
2.含黄素单加氧酶系 FMO 是参与Ⅰ相药物氧化反应的另一个微粒体酶超家族，与 CYP 共存于肝脏内质网，主要参与水溶性药物的代谢。该酶系包括 6 个超家族，其中 FMO3 含量丰富，主要代谢烟碱、西咪替丁、雷尼替丁、氯氮平、伊托必利等，产生的代谢产物基本无活性。FMO 不被诱导或抑制，未见基于 FMO 的药物相互作用。
3.环氧化物水解酶系 EH 分为两类：存在于细胞质中的可溶性环氧化物水解酶（sEH）和存在于细胞内质网膜上的微粒体环氧化物水解酶（mEH）。该酶系的作用是将某些药物经 CYP 代谢后生成的环氧化物进一步水解变成无毒或毒性很弱的代谢物。
4.结合酶系 主要参与Ⅱ相药物结合反应，如葡萄糖醛酸转移酶、硫酸转移酶、乙酰转移酶、甲基转移酶、谷胱甘肽 -S-转移酶等。除葡萄糖醛酸转移酶存在于内质网外，其余均位于细胞质中。该酶系反应速度通常快于Ⅰ相反应酶系，可迅速终止代谢物毒性。
5.脱氢酶系 包括乙醇脱氢酶、乙醛脱氢酶、乳酸脱氢酶、二氢嘧啶脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、葡萄糖 -6-磷酸脱氢酶、11β-羟基类固醇脱氢酶等。它们主要存在于细胞质中，对许多药物和体内活性物质进行代谢。
（四）影响药物代谢的因素
1.遗传因素 药物代谢的个体差异主要由药物代谢酶的个体差异引起，而遗传因素对药物代谢酶的个体差异起着重要的作用，多与微粒体酶活性差异有关。不同种族间由于药物代谢酶的遗传特性差异可以导致药物代谢酶活性的差异，同一种族不同个体间由于药物代谢酶遗传基因的多态性也可以导致药物代谢酶活性差异，致使药物代谢差异。遗传因素是药物代谢差异的决定因素。
2.药物代谢酶的诱导与抑制 许多药物长期应用时对药物代谢酶具有诱导或抑制作用，改变药物作用的持续时间与强度。能使药物代谢酶活性降低、药物代谢减慢的药物叫作酶抑制剂（enzyme inhibitor）；能使药物代谢酶活性增高、药物代谢加快的药物叫作酶诱导剂（enzyme inducer）。苯巴比妥的药酶诱导作用强，可加速抗凝血药双香豆素的代谢，使凝血酶原时间缩短。如前所述，大剂量对乙酰氨基酚引起的肝脏毒性反应主要来自经 CYP 代谢的毒性代谢产物 N-乙酰对位苯醌亚胺，CYP 的诱导将导致其毒性反应增强。有些药物本身就是其所诱导的药物代谢酶的底物，因此在反复应用后，药物代谢酶的活性增高，药物自身代谢也加快，这一作用称自身诱导。可发生自身诱导的药物包括苯巴比妥、格鲁米特、苯妥英钠、保泰松等。自身诱导作用是药物产生耐受性的重要原因。药物代谢酶的被诱导程度受其表型和基因型遗传多态性的影响，野生型纯合子的可诱导性显著高于野生型杂合子，更高于突变型纯合子。有些药物可抑制肝微粒体酶的活性，导致同时应用的一些药物代谢减慢，如氯霉素可抑制甲苯磺丁脲和苯妥英钠的代谢。还有一些药物对某一药物的代谢来说是诱导剂，对另一药物的代谢却可能是抑制剂，如保泰松对洋地黄毒苷等药物的代谢起诱导作用，而对甲苯磺丁脲和苯妥英钠的代谢起抑制作用。
3.肝血流量的改变 肝血流量是决定肝脏药物清除率的重要因素。病理状态下，心排血量及肝血流量发生明显变化时，可能引起有临床意义的血流动力学性质的药物代谢改变。肝血流量的改变也可由药物引起，如苯巴比妥增加肝血流量，而普萘洛尔和吲哚美辛能降低肝血流量，从而引起有临床意义的药物相互作用。
4.其他因素 包括环境、昼夜节律、生理因素、病理因素等。
