为什么有些有机物加热久了会产生致癌物质？

已前面答主提到的多环芳烃为例，讲讲这些焦化产物为啥能致癌。

一些多环芳烃的例子，图片来自于 wiki：

这些化合物的典型结构特征是疏水亲油，并且分子成平面型或者大致呈平面型。

我们的身体摄入这一类物质以后，为了将其排出体外，需要把它们溶解于血浆中，通过肾脏将其过滤排出去。

前面我们说了这些化合物都疏水亲油，在血浆中的溶解度是极其低的。

那怎么解决这个问题呢？

我们的身体给出的答案是，以细胞色素 P450 为代表的氧化酶。这一类酶的功能是将这种难溶的有机物代谢成容易溶解于水的产物。

一般来说，初级的代谢过程是在双键上插入一个氧原子，转化成环氧。这样环氧就能被进一步开环成邻二醇，从来引入亲水基羟基。这些羟基可以被磷酸化 / 糖基化引入更多的亲水基。这样疏水的烃类就能转化成易溶于水的形式，进入血浆，在肾脏中被过滤掉。这个代谢过程主要发生在肝脏。

多环芳烃经过环氧化和开环得到的中间产物：

看着很美好，但是问题就出在这些初级代谢产物上。

这里介绍一种中间代谢产物致癌的原理。实际上环氧中间产物只是众多致癌中间产物中的一种。

环氧因为有三元环带来的环张力，很容易被亲核加成。而细胞内的 DNA 中就有很多的亲核基团：碱基上的氮原子。

还记得我们之前说过的这类多环芳烃的另一个结构特征：平面型分子么？

DNA 中的碱基对正好也都是平面型分子，DNA 的螺旋形三级结构主要依靠一层一层的碱基对的

相互作用来维持。

而这些多环芳烃也都是芳香大环，可以轻松地插入 DNA 的碱基对之中。实际上，有人用多环芳烃取代 DNA 中的碱基对，这种没有氢键作用维持的 DNA 也能在水中依靠疏水作用与

作用组装成与天然 DNA 无异的双螺旋。

说了这么多，都是为了说明为什么这些多环芳烃的代谢产物能威胁我们的 DNA。

当这些代谢产物通过输水作用与

作用插入 DNA 双螺旋的时候，它们就很容易被附近的碱基上的亲核性原子开环。

这个过程会将这些代谢产物通过共价键键合在 DNA 上。图片来自 wiki：

这些加合产物会干扰 DNA 的复制，导致复制错误，这就是突变。

一般的错误可以被修正，但是错误累积多了，就可能出现修正失败。

如果这些错误导致了一些特定基因的表达水平变化，这些基因就有可能影响细胞的生命周期。比如控制细胞的正常死亡的基因表达变少了，细胞就有可能不可逆地进入不受控制地分裂的状态。当这些细胞数目多到侵袭到周围组织器官时，就是我们说的恶性肿瘤了。

一般来说我们需要在细胞中积累平均约 5 个关键性的突变，才会让一个细胞变成癌细胞。这就是为什么癌症的发展一般需要很长的时间，需要致癌物的剂量达到一个阈值。

这就是我们说的，抛开剂量谈毒性，就是耍流氓。

拓展阅读：Weiling Xue, David Warshawsky, Metabolic activation of polycyclic and heterocyclic aromatic hydrocarbons and DNA damage: A review, Toxicology and Applied Pharmacology, Volume 206, Issue 1, 2005, Pages 73-93.

此回答中的图片也大多出自该综述。