A CyP450 izoenzimek végzik a legtöbb aromás és alifás oxidációt. Aromás gyűrű esetén a fenollá való átalakulás jellemzően közvetlen hidroxilálás útján megy végbe. Az alkének és alkinek oxidatív metabolizmusa során főként reaktív epoxid-metabolit képződik, melyet általában gyökfogó glutation semlegesít vagy az epoxid-hidroláz alakít át diollá. Ezek hiányában a képződő epoxid (nukleofilekkel) DNS- és fehérje-adduktokat képez, ami karcinogenitást, genotoxicitást és egyéb toxikus hatásokat okozhat. Az alifás oxidáció allil-, vagy benzil-pozícióban lévő szénatomon igen gyakori metabolikus reakció. Főként a CyP450 enzimek végzik a heteroatomok vagy a heteroatom meletti pozíció oxidálását. Esetenként a tercier aminokból N-oxid, a szekunder és primer aminokból hidroxilamin képződik. Gyakoribb azonban, hogy a tercier nitrogén, illetve alkil-szubsztituált kén- és oxigénatom dezalkilálódik (az alfa-pozícióban lévő szénatom hidroxileződik), és amin-, tiol- vagy alkohol-metabolit, a lehasadt részből pedig aldehid vagy keton keletkezik. A CyP450 oxidálja a szulfidok és a szulfoxidok kénatomját. A CyP450 enzimek oxidatív hidrolízist, illetve reduktív dehalogénezést, nitrocsoport-redukciót is katalizálhatnak, és főként anaerob körülmények között képesek az oxidatív reakcióban képződő hidroxil-aminok, iminek, N-oxidok visszaalakítására is.

Noha a CyP450 izoenzimek szubsztrát-specificitása alacsony és átfedő, valamint adott gyógyszer több izoenzimnek is a szubsztrátja lehet (ami kívánatos tulajdonság, hiszen csökkenti egy esetleges, enzimgátláson alapuló káros gyógyszeri-nterakció esélyét), megfigyelhetők bizonyos szubsztrát-preferenciák az egyes izoenzimeket illetően. A négy legfontosabb CYP-re (CYP3A4, CYP2D6, CYP2C9 és CYP1A2) egyaránt jellemző, hogy a lipofil molekulákat kedveli, ez leginkább a CYP3A4-re és legkevésbé a CYP1A2-re érvényes.

A CYP3A4 a becslések szerint a gyógyszerek felének metabolizmusában vesz részt. Elsősorban a nagy méretű, lipofil gyógyszermolekulákat metabolizálja. A reakcióban leggyakrabban N-dealkilálás, aromatizálódás, alifás és aromás hidroxiláció történik. A CYP3A4 a tercier aminok N-demetilezésének a fő enzime; a folyamat gyakran farmakológiailag aktív, de metabolikusan stabilabb metabolitot eredményez (pl. eritromicin, etilmorfin, lidokain, verapamil, kokain, amiodaron). Könnyen oxidálja az allil-, vagy benzil-pozícióban lévő szénatomokat (pl. szteroidok, kinidin, ciklosporin), főleg azokat a molekularészeket preferálja, ahol a primer szénatomok száma a legmagasabb. Esetenként a telítetlen szénlácon (alkén, alkin) és aromás gyűrűn epoxidokat alakít ki, és oxidatív hidrolízist is katalizálhat (pl. flutikazon).

A CYP2D6-szuszbsztrátok között viszonylag gyakori a közepes méretű, ionizált, bázikus amin, amelyben az oxidáció helyéhez közel egy hidrofób szerkezeti elem van (aril-alkilaminok). Annak ellenére, hogy a máj teljes CyP450-tartalmának csak kb. 2%-át teszi ki, de összhangban azzal, hogy az enzim által preferált szerkezeti elemmel számos gyógyszer rendelkezik, a CYP2D6 vesz részt a gyógyszerek mintegy 30%-ának a metabolizmusában. Könnyen telíthető, ezért főként alacsony dózisok és alacsony koncentrációk esetén lehet fő metabolizáló enzim. Szubsztrátjai például a β-blokkolók, az I. osztályba tartozó antiarritmikumok és számos antidepresszáns. A CYP2D6 jelentős polimorfiát mutat, lassú, gyors és ultragyors metabolizmussal rendelkező egyének egyaránt előfordulnak (a kaukázusi populáció mintegy 6–9%-a tekinthető lassú metabolizálónak). Noha fennáll a veszélye, hogy a lassú metabolizáló egyénekben a szokásos dózisban adott gyógyszerek toxikus hatásokat kiváltó expozíciót érnek el, a CYP2D6-metabolizmust ma már nem tekintjük mindenképpen kerülendőnek, mivel a gyorsan és lassan metabolizáló fenotípusokban az enzimaktivitás különbsége nem nagyobb, mint a CYP3A4 aktivitások természetes varianciája, valamint a lassú metabolizáló fenotípus egyszerű eszközökkel azonosítható. A CYP2D6 által metabolizált nagyszámú gyógyszer mellett az enzimnek viszonylag kevés jelentős inhibitora van (pl. kinidin, citaloprám, fluoxetin, paroxetin, bupropion, duloxetin, terbinafin), és szemben más CYP enzimekkel a CYP2D6 nem indukálható.

A CYP2C9 szubsztrátjai elsősorban nagy, dipól karakterű vagy savas jellegű, oxigénben gazdag vegyületek (pl. nem szteroid gyulladásgátlók, szulfonamid, alkohol, warfarin, fenitoin). A vele nagyon közeli rokonságban álló CYP2C19 hasonló, de inkább semleges molekulákat metabolizál (pl. mefenition).

A CYP1A2 elsősorban planáris aminokat és amidokat metabolizál. Ismert szubsztrátja, egyebek mellett, a koffein, a fenacetin és a takrin. Jelentős szerepet játszik a policiklusos aromás szénhidrogének és más karcinogén vegyületek bioaktiválásában. A CYP1A2 a dohányzás következtében legnagyobb indukciót mutató CYP enzim.

A monoamino-oxidázok (MAO) különböző szövetekben előforduló, a mitokondriumok külső membránjához kötött enzimek, melyek FAD segítségével primer, szekunder és tercier aminok oxidatív dezaminálását végzik. Az amin oxidációjakor imin, ennek hidrolízisekor aldehid képződik, ami tovább oxidálódik karbonsavvá. A MAO enzimeknek két formája ismert, a MAO-A főleg a bélben, májban és placentában, a MAO-B főleg az agyban, májban és vérlemezkékben fordul elő. Elsősorban endogén katekolaminok (MAO-A: szerotonin, adrenalin, MAO-B: feniletilaminok, triptofán) metabolizmusában vesznek részt. MAO-A által katalizált reakcióban képződik a szumatriptán egyetlen humán metabolitja, az indolecetsav.

Az aldehid-dehidrogenázok citoszolban, endoplazmatikus retikulumban, mitokondriumban egyaránt előforduló enzimek, melyek NADP+ felhasználásával karbonsavvá oxidálják az aldehideket. Egy csoportjuk azokat az aldehid-metabolitokat oxidálja, melyek a CyP450 enzimek által végzett N- és O-dealkiláció, oxidatív dehalogenizáció, arilmetil- és alkilmetil-hidroxiláció, illetve a MAO enzimek által végzett dezamináció során keletkeznek.

Az epoxid-hidrolázok az éter-hidrolázok csoportjába tartozó enzimek. Membránhoz kötött és citoszolban lévő formájuk is ismert. Az epoxid-hidrolázok vizet építenek be az oxidatív metabolizmus során képződő alkén- és arén-oxidokba, és az előbbiből diolt (pl. karbamazepin, protriptilin, alkofenák, szekobarbitál), az utóbbiból dihidrodiolt (pl. fenitoin, rofekoxib) állítanak elő.

Az UDP-glükuronil-transzferáz enzimek egy nagyobb enzimcsalád, az UDP-glikozil-transzferáz két alcsaládját alkotják (UGT1 és UGT2). A két alcsaládban 18 izoenzim ismert. Az UGT-k az endoplazmatikus retikulumhoz kötött enzimek. Számos szövetben megjelennek, a legnagyobb mennyiségben a májban, a bélben és a vesében fordulnak elő. Élettani szerepüket tekintve fontos feladatot töltenek be a bilirubin, az epesavak és a szteroidok metabolizmusában. Így a humán populáció mintegy 2–5%-át érintő UGT1 gén hiánya, a gátolt bilirubin-konjugáció miatt hiperbilirubinémiát okoz (Gilbert-kór). A gyógyszer-metabolizmushoz kapcsolódó glükuronidálások túlnyomó részét három izoenzim, az UGT2B7, az UGT1A4 és az UGT1A1 végzi (Andrew, 2004). Az UGT enzimek az UDPGS kofaktorról glükuronsavat visznek át a gyógyszermolekulák nukleofil csoportjaira. O-Glükuronid képződik, ha a glükuronsav a fenolok, alkoholok, karbonsavak, hidroxilaminok, hidroxilamidok hidroxilcsoportján keresztül, és N-glükuronid, ha amidok, szulfonamidok, aromás, heterociklusos és alifás aminok nitrogénjén keresztül kapcsolódik. A tiolok S-glükuronidot adnak, és ismert a C-glükuronid is. Legfontosabbak az O-glükuronidok, mint amilyen a fenol-glükuronid (pl. paracetamol), az alkohol-glükuronid (pl. oxazepám) és az acil-glükuronidok (pl. ketoprofén, sztatinok). Az O-glükuronidok néha megőrzik az eredeti molekula farmakológiai aktivitását: a morfin-6-O-glükuronid hatékony opiát-agonista, az α-hidroxi-midazolám-O-glükuronid szedatív hatású, a digitoxin-16-O-glükuronid pozitív inotróp hatást mutat. Az acil-glükuronidok, melyek könnyebben képződnek alifás, mint aromás karboxilokból, esetenként meglehetősen reaktívak lehetnek, és intramolekuláris átrendeződéssel képződő származékaik kovalensen kötődhetnek fehérjékhez. Az N-glükuronidok ritkábbak, de példák erre a szulfonamidok, a karbamazepin, a fenitoin, az imipramin és a nikotin metabolizmusa. A bélben lévő β-glükuronidáz enzim bontani képes az epével a bélbe ürített glükuronidokat, ami a változatlan hatóanyag glükuronidjai esetén új felszívódási ciklushoz (enterohepatikus recirkuláció) vezethet. Az acil-glükuronidok csak savas közegben stabilak és már enyhén bázikus közegben is bomlanak, ugyanakkor intramolekuláris átrendeződéssel keletkező származékukat a β-glükuronidáz enzim nem bontja.

Az N-acetiltranszferázok citoszolikus enzimek, melyeknek két formája (NAT1 és NAT2) ismert. A NAT1 minden szövetben megtalálható, a NAT2 elsősorban a májban és a bél epitéliumsejtjeiben jelenik meg. Az N-acetiltranszferázok acetil-CoA-ról acetilcsoportot visznek át a lipofil molekulák (pl. hidrazinok, arilaminok) eleve meglévő vagy N-dealkilálás, nitro- és azo-redukció, illetve amid-hidrolízis során keletkező primer aminocsoportjára. A NAT1 főleg endogén szubsztrátokat acetilál, de ez az izoenzim acetilálja a p-aminoszalicilsavat és a p-aminobenzoesavat is. A gyógyszerek, például a szulfametazin, az izoniazid, a prokainamid, a hidralazin, a koffein metabolizmusában elsősorban a NAT2 vesz részt. A NAT2 jelentős polimorfiát mutat, a kaukázusi populáció 50–55, az ázsiai 10%-a tartozik a lassú acetilátorok csoportjába. A sokszor toxikus arilaminok inaktiválása mellett a NAT1 és NAT2 képes az arilaminok CyP450-függő metabolizmusában (főleg CYP1A2) keletkező N-hidroxil-metabolitok O-acetilálására is, ami DNS-adduktot képző, karcinogén származék előállításához vezethet (pl. a szulfametazin esetében).

A glutation-S-transzferáz enzimek két nagy családba tartoznak, a membránkötött (MAPEG), illetve a citoszolikus (cGST) családba. A gyógyszer-metabolizmusban csak az utóbbi család, illetve ennek alcsaládjai vesznek részt. A cGST minden szövetben megtalálható. Egy részük szállítófehérjeként is működik endogén vegyületek (pl. bilirubin, szteroidok, tiroid hormonok), illetve testidegen vegyületek (pl. festékek) transzportjában. A cGST-k az enzimhez kötődő glutationt különféle gyógyszermolekulákban és metabolitjaikban meglévő elektrofil csoportokhoz kapcsolhatják. A reakció lehet nukleofil addíció vagy nukleofil helyettesítés. Előbbi történik az etakrinsav, az ösztrogén kinon-metabolitja, vagy a paracetamol kinonimin-metabolitja, a klóramfenikol esetében. A cGST enzimekkel kapcsolatban sem beszélhetünk valódi szubsztrát-specificitásról, de a GSTM enzimek magas affinitást mutatnak a planáris aromás széhidrogének epoxidjaihoz, a GSTA enzimek az organikus peroxidokhoz, a GSTT enzimek pedig az aril-szulfátokhoz, melyeket deszulfatálnak. A GSH-konjugátumok ritkán ürülnek változatlan formában. A GSH-ból glicin hasadhat le, ami cisztein-konjugátumot eredményez, ennek acetilálása N-acetil-cisztein-konjugátumhoz (merkaptursavhoz) vezet. A GSH-konjugátumok bomlástermékei gyakran önmagukban is reaktív metabolitok, ám ha nem is lennének azok, jelzik, hogy adott molekulából a metabolizmus folyamán reaktív metabolit képződött.

Az epével a bélbe jutó gyógyszermolekulák vagy metabolitjaik nem feltétlenül ürülnek a széklettel. Bizonyos vegyületek (pl. szteroid hormonok, nem szteroid gyulladásgátlók, digoxin, opioidok) ismét felszívódnak. A felszívódás–epeelimináció–felszívódás ciklust a 4.8.22. ábrán már vázolt enterohepatikus recirkulációnak nevezzük. Más esetben az epével ürített metabolitból (főleg glükuronid-konjugátumból) a bélflóra enzimjei (β-glükuronidáz) képesek a hatóanyagot felszabadítani, miáltal az ismét képessé válik felszívódásra (pl. az orális fogamzásgátlók szteroidjai).