薬物作用

薬物が人体（または他の生物の体）に及ぼす作用は薬力学と呼ばれ、薬物に対する体の反応は薬物動態と呼ばれます。体内に入る薬物は、特定の受容体、イオンチャネルを刺激したり、酵素に作用したり、タンパク質を輸送したりする傾向があります。その結果、人体は特定の方法で反応します。

受容体に対する薬物の作用に基づいて、2 つの異なるタイプの薬物が存在します。

• アゴニスト– 受容体を刺激して活性化する
• 拮抗薬– 受容体を刺激する作動薬を阻害する

受容体が活性化されると、身体に直接特定の反応を引き起こすか、または特定の反応を刺激するために体内でホルモンやその他の内因性薬物の放出を引き起こします。

薬物は特定の結合部位で結合することにより受容体と相互作用します。ほとんどの受容体はタンパク質で構成されているため、薬物はアミノ酸と相互作用して受容体タンパク質の構造を変化させることができます。

これらの相互作用は、他の化学結合と同様に非常に基本的なものです。

主に反対電荷間の引力によって生じます。たとえば、プロトン化されたアミノ（サルブタモール上）または第四級アンモニウム（アセチルコリンなど）と解離したカルボン酸基の間などです。同様に、薬物上の解離したカルボン酸基は受容体上の アミノ基と結合することができます。

このタイプの結合は非常に強力であり、原子間の距離の逆数に応じて変化するため、長距離にわたって作用することができます。

陽イオン-π 相互作用はイオン結合としても分類できます。このタイプの相互作用は、陽イオン (例: アセチルコリン) が受容体の芳香族基の 負のπ 結合と相互作用するときに発生します。

イオン-双極子結合と双極子-双極子結合は同様の相互作用を持ちますが、イオン結合よりも複雑で弱いです。

水素原子と極性官能基（例：ヒドロキシル[-OH] 基）の間には、小さいながらも重要な引力があります。これらのいわゆる水素結合は短距離でのみ作用し、官能基間の正しい配置に依存します。

受容体は体内のすべての細胞に存在します。同じ受容体が、異なる臓器、さらには異なる種類の組織に存在することもあります。また、同じアゴニストに反応して異なる効果を引き起こす、異なるサブタイプの受容体もあります。たとえば、ヒスタミン受容体にはH1とH2の 2 種類があります。H1 サブタイプ受容体の活性化は平滑筋の収縮を引き起こし、H2 受容体の活性化は胃液の分泌を刺激します。

この現象が薬剤の特異性を生み出します。もちろん、薬剤は受容体に作用するだけでなく、イオンチャネル、酵素、細胞輸送タンパク質にも作用します。これらの水素結合はイオン結合よりも非常に強力です。

分子の形状について話すとき、生化学者は主に薬物分子の三次元構造に関心があります。特定の薬物には多くの異性体があり、それぞれに独自の効果があります。異性体の違いは、薬物が活性化するものに影響を与えるだけでなく、各薬物の 効力も変化させます。

効力とは、特定の効果を生み出すために薬がどれだけ必要かを示す尺度です。したがって、効力の高い薬を少量投与するだけで、大きな反応を誘発することができます。薬が反応を引き起こす能力を測定するために使用される他の用語は次のとおりです。

• 固有アクティビティは以下を定義します:
  • 固有活性を持つアゴニスト = 1
  • 拮抗薬の固有活性は 0 である
  • 部分作動薬は、固有活性が0～1である。
• 内因的効力は、受容体のさまざまな活性化状態と、薬剤がすべての受容体に結合することなく最大の反応を引き起こす能力も測定します。

製薬会社は、特定の受容体と特異的に相互作用する薬剤の設計に多大な労力を費やしています^[1]。なぜなら、非特異的な薬剤はより多くの副作用を引き起こす可能性があるからです。

一例として、内因性薬物のアセチルコリン (ACh) が挙げられます。ACh は、副交感神経系によってムスカリン受容体を活性化するために使用され、神経筋系によってニコチン受容体を活性化するために使用されます。ただし、ムスカリンとニコチンという化合物は、それぞれ 2 種類の受容体の 1 つと優先的に相互作用するため、ACh 自体が 2 つのシステムの両方を活性化するところ、2 つのシステムのうちの 1 つだけを活性化することができます。

薬物の特異性は、薬物の親和性について触れずには語れません。親和性は、薬物が受容体にどれだけ強く結合するかの尺度です。薬物がうまく結合しないと、薬物の作用は短くなり、結合する可能性も低くなります。これは、解離定数 K _{D を使用して数値的に測定できます。K D}の値は、受容体の 50% が占有されているときの薬物の濃度と同じです。

この式はK _D =と表すことができます。${\displaystyle {\frac {[薬物][受容体]}{[複合体]}}}$

_{しかし、K D}の値は、薬物と受容体の構造、結合、サイズによっても影響を受けます。K _Dが高いほど、薬物の親和性は低くなります。

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