毒物及其代谢产物与机体中各器官的受体之间的生物化学反应及其机制，是毒作用的启动过程，在毒理学和毒理化学中占重要的地位。毒作用的生化反应及机制内容很多，下面对“三致”作用，即因环境因素引起的使机体致突变、致畸和致癌作用加以简单介绍。

(1)致突变作用

生物细胞内DNA发生改变从而引起的遗传特性突变的作用称为致突变作用。具有致突变作用的污染物质称为致突变物。致突变作用使父本或母本配子细胞中的脱氧核糖核酸（DNA）结构发生了根本变化，这种突变可遗传给后代。致突变作用分为基因突变和染色体突变两种。突变的结果不是产生了与意图不符的酶，就是导致酶的基本功能完全丧失。突变可以使个体生物之间产生差异，有利于自然选择和最终形成最适宜生存的新物种。然而大多数的突变是有害的，因此可以引起突变的致突变物受到了特殊的关注。

为了了解突变，可先来了解一些关于脱氧核糖核酸（DNA）的知识。DNA是存在于细胞核中的基本遗传物质，DNA分子是由单糖、胺类和磷酸组成的。单糖即脱氧核糖，DNA包含的四种胺均呈环状，分别为腺嘌呤（用“A”表示）、鸟嘌呤（用“G”表示）、胞嘧啶（用“C”表示）和胸腺嘧啶（用“T”表示）。

如果DNA中脱氧核糖被核糖所代替，胸腺嘧啶被尿嘧啶代替，可得到一种与DNA密切相关的物质即核糖核酸（RNA)，其功能是协同DNA合成蛋白质。

基因突变是DNA碱基对的排列顺序发生改变，包括碱基对的转换、颠换、插入和缺失四种类型。

转换是指同种类型的碱基对之间的置换，即一种嘌呤碱被另一种嘌呤碱取代，一种嘧啶碱被另一种嘧啶碱取代。如亚硝酸可以使带氨基的碱基A、G和C脱氨而变成带酮基的碱基。

于是可以引起一种碱基对转换。其中，HX为次黄嘌呤，A、G、T、C。

颠换是异型碱基之间的置换，就是嘌呤碱基为嘧啶碱基取代，或反之。野生型基因的顺数第四对碱基对由A...T转换为T...A碱基对。颠换和转换统称为碱基置换。
插入和缺失分别是DNA碱基对顺序中增加或减少一对碱基或几对碱基。插入和缺失作用使遗传代码格式发生改变，并使自该突变点之后的一系列遗传密码都发生错误。插入和缺失突变统称为移码突变。

细胞内染色体是一种复杂的核蛋白结构，主要成分是DNA。在染色体上排列着很多的基因。如果染色体的结构和数目发生改变，则称之为染色体畸变。

染色体畸变属于细胞水平的变化，这种改变可以用普通的光学显微镜直接观察。基因突变属分子水平的变化，不能用上述方法直接观察，要用其他方法来鉴定。一个常用的鉴定基因突变的实验，是鼠伤寒沙门杆菌一哺乳动物肝微粒体酶试验（艾姆斯试验）。

常见的具有致突变作用的有毒物质包括亚硝胺类、苯并［a]芘、甲醛、苯、砷、铅、烷基汞化物、甲基硫磷、敌敌畏、百草枯和黄曲霉素B1等。

最典型的致突变物质是十几年前就进行过大量研究的一种诱变剂“三联体”，它是一种阻燃化学品，过去用于治疗小儿失眠。这个化合物的名称是三磷酸酯。它除能致突变外，还能引起癌变和实验动物不育症。

(2）致畸作用

人或动物胚胎发育过程中由于各种原因所形成的形态结构异常，称为先天性畸形或畸胎。遗传因素、物理因素、化学因素、生物因素、母体营养缺乏或内分泌障碍等引起的先天性畸形作用，称为致畸作用。具有致畸作用的有毒物质称为致畸物。虽然新生儿中有些具有先天性缺陷，但其中只有5%~10％是由致畸胎因素引起，25％左右是由遗传造成的，其他60%~65％原因不明，可能是遗传因素和环境因素相互作用的结果。目前已经确认，有25种化学物质是人类致畸胎剂。但动物致畸胎剂却有800多种，显然其中有许多可能是人类的致畸胎剂。

最典型的人类致畸胎剂的例子是“反应停”（塞利多米，a一苯太戊二酰亚胺）。反应停是1960-1961年在欧洲和日本广泛使用过的镇静安眠药。若在怀孕后35~50天之间服用反应停，会使未完全发育的胎儿长出枝状物。在日本、欧洲和其他地方因反应停引起的婴儿先天畸形约有一万例。另外，甲基汞对人的致畸作用也是大家所熟知的。
致畸作用的生化机制总的来说还不清楚，一般认为可能有以下几种：致畸物干扰生殖细胞遗传物质的合成，从而改变了核酸在细胞复制中的功能；致畸物引起粒染色体数目缺少或过多；致畸物抑制了酶的活性；致畸物使胎儿失去必需的物质，从而干扰了向胎儿的能量供给或改变了胎盘细胞壁膜的通透性。

(3)致癌作用

体细胞失去控制的生长现象称为癌症。在动物和人体中能引起癌症的化学物质叫致癌物。通常认为致癌作用与致突变作用之间有密切的关系。实际上，所有的致癌物都是致突变剂，但尚未证实它们之间能够互变。因此，致癌物作用于DNA，并可能组织控制细胞生长物的合成。据估计，人类癌症80%~90％与化学致癌物有关，在化学致癌物中又以合成化学物质为主，因此化学品与人类癌症的关系密切，受到多门学科和公众的极大关注。致癌物的分类方法很多，根据性质划分可以分为化学（性）致癌物、物理（性）致癌物（如X射线、放射性核素氡）和生物（性）致癌物（如某些致癌病毒）。按照对人和动物致癌作用的不同，可以分为确证致癌物、可疑致癌物和潜在致癌物。

确证致癌物是经人群流行病调查和动物试验均已证实确有致癌作用的化学物质。可疑致癌物是以确定对实验动物有致癌作用，而对人致癌性证据尚不充分的化学物质。
潜在致癌物是对实验动物致癌，但无任何资料表明对人有致癌作用的化学物质。目前确定为动物致癌的化学物质达到3000多种，确认为对人类有致癌作用的化学物质有20多种，如苯并「a]芘、二甲基亚硝胺等。

根据化学致癌物的作用机理可以分为遗传性致癌物和非遗传性致癌物。遗传性致癌物可细分为两种：一种是直接致癌物，即能直接与DNA反应引起DNA基因突变的致癌物，如双氯甲醚；另一种是间接致癌物，又称前致癌症物，它们不能与DNA反应，而需要机体代谢活化转变，经过近致癌物至终致癌物，才能与DNA反应导致遗传密码的修改。如苯并[a]芘、二甲基亚硝胺、砷及其化合物等。

非遗传致癌物不与DNA反应，而是通过其他机制，影响或呈现致癌作用，包括促癌物，可以使已经癌变的细胞不断增殖而形成瘤块，如巴豆油中的巴豆醇二酯、雌性激素己烯雌酚等；助致癌物可以加速细胞癌变和已癌变细胞增殖成瘤块，如二氧化硫、乙醇、十二烷、石棉、塑料、玻璃等。此外还有其他种类的化合物，如铬、镍、砷等若干种金属的单质及其无机化合物对动物是致癌的，有的对人也是致癌的。

化学致癌物的致癌机制非常复杂，仍在研讨之中。关于遗传性致癌物的致癌机制一般认为有两个阶段：第一是引发阶段，即致癌物与DNA反应，引起基因突变导致遗传密码改变；第二是促长阶段，主要是突变细胞改变了遗传信息的表达，增殖成为肿瘤，其中恶性肿瘤还会向机体其他部位扩展。