Связи в клетках, которые играют важную роль в создании оси «медикамент-рецептор», способствуют возникновению большого силового поля на наружной части рецепторов, которые, в свою очередь, притягивают, молекулы различных фармакологических препаратов, смешанных при помощи диффузии. Данный процесс рассчитывают по закону Адольфа Фика. Насчитывается некоторое количество связей, принимающих участие во взаимодействии молекул препарата и клеточных рецепторов:
- Ковалентные связи образуются между 2-мя атомами в том случае, если у них обобществляются две отрицательно заряженных частицы (электроны) с антипараллельными спинами. Данный вид связи происходит на небольшом расстоянии 1-2 атома, а её энергетический потенциал имеет 15-150 ккал на единицу вещества (моль). Подобные связи образуются из препаратов, содержащих ртуть и мышьяк, а их ферменты имеют тиоловые объединения, группу алкилфосфатов и холинэстеразы, соединения дибенамина с альфа-рецепторами адренергической системы. Также такие связи присутствуют в классе препаратов-цитостатиков.
- Ионная связь между атомами достаточно стабильна. Энергетический потенциал такой связи около 5 ккал на моль. Такая связь имеет важное значение для взаимодействия препарата и рецепторов.
- Ион-дипольное взаимодействие с энергетическим потенциалом 2-5 ккал на моль также важны для образования связи «медикамент-рецептор».
- Водородная связь обладает энергией около 2-7 ккал на моль и принимает участие во взаимодействии препаратов в поле действия рецепторов.
- Диполь-дипольная связь, участвует в фиксации препаратов поле действия рецепторов, а энергия такой связи равна 2-3 ккал на моль.
- Силы Ван-дер-Ваальса осуществляют стабилизацию оси «медикамент-рецептор», Энергия такой связи невысока – 0.3-1 ккал на моль.
- Гидрофобная связь возникает под действием неполярных медикаментозных препаратов в воде.
Молекулы препарата ориентируются в поле действия рецепторов за счет оптимального взаимодополнения друг друга (рецепторов и препарата). Это возможно в случае, если энергический потенциал связи будет больше 10 ккал на моль.
Влияние препарата на рецепторы происходит в 3 основных этапа: притягивание молекул рецепторами, ориентация их в рецепторном поле и фиксирование на рецепторах. Чем ближе молекулы препарата находятся в близости с рецепторным полем, тем больше включается связей, описанных выше, в том числе и связь Ван-дер-Ваальса.
В случае если препарат воздействует с помощью изменения характеристик рецептора, то тогда необходимо отличать область молекулы, отвечающую за свойства и область молекулы, отвечающую за функции. Таким образом, это помогает систематизировать медикаментозные средства по критерию действия на рецепторы:
- Агонист – лекарство, которое прикрепляется к рецепторам и приводит к их индуцированию (возбуждению), тем самым вызывая изменения характеристик самого рецептора.
- Антагонист – лекарство, которое прикрепляется к рецепторам, но не приводит к конфигурационным изменениям в рецепторах.
- Частичный агонист – лекарство, которое также фиксируется на рецепторах и может приводит к индуцированию конфигурационных изменений, опять же меняя характеристики рецептора, но уже в меньшей мере, чем лекарственные агонисты.
Эти определения предполагают, что рецепторы находятся не в двух формах (в состоянии покоя и в сложенной форме), а имеют ещё промежуточные варианты форм – «частично сложенная». Эту форму необходимо трактовать как места в структуре рецептора для молекул некоторых лекарственных средств.
Структуры молекул фармакологических средств играют большую роль в процессе воздействия этих самых молекул на рецепторы. Активные частицы препаратов могут существовать в разнообразных состояниях, в форме изомеров (оптические, геометрические и конформационные). Определен ряд некоторых фармакологических закономерностей:
- Если рассматривать низкомолекулярные вещества (например, дихлорэтан), то в них стерический эффект построения молекул мало выражен и практически не влияет на взаимодействие препарата и рецепторов.
- Специфический эффект происходит если применяется фармакологический препарат, имеющий большую молекулярную массу, к примеру, препараты-нейромедиаторы. В их число входят: норадреналин, адреналин, серотонин (количество атомов 23, 26 и 25, соответственно). Выявлено, что чем твёрже структура рецепторов, тем больше различий в работе изомеров, то есть различия в действиях изомеров напрямую зависят от ригидности рецепторов.
- Важная составляющая абсорбции (всасываемости) препаратов – это их полная водорастворимость, показывающая не только вид, но ещё и большое количество полярных групп в препаратах.
- Обратная сторона предыдущего пункта – это жирорастворимость (липофильность) препаратов, которая говорит о соединении молекул с меньшей полярностью. Растворимость в воде и жирах имеет обратную пропорциональную зависимость. Например, чем больше показатель коэффициента жира, тем проще лекарственный препарат проходит сквозь биологическую мембрану клетки, то есть через наружную оболочку, состоящую из липидов. Анализ коэффициентов растворимости в воде и жире, а также изучение биохимических свойств воздействия стероидных препаратов на биологические мембраны клеток, даёт возможность сделать выводы о липофильности и нерастворимости в воде многих стероидных средств.
Исследователи, изучающие этот вопрос, попытались создать модель воздействия ацетилхолина и других подобных нейромедиаторов с рецепторами. Было исследовано действие биологических ионов аммонийного основания со структурой электролитов и тогда пришли к выводу, что высокая специфичность нейромедиаторов появляется при помощи гидрофобного эффекта. В дальнейшем факторы, влияющие на действие холиновых рецепторов и ацетилхолина или ионов аммонийного основания, были уточнены, а проведение подобных экспериментов стало возможным при помощи термодинамического расчёта.
В последнее время среди специалистов по фармакокинетике и фармакодинамике стала популярной оценка образования комплекса фармакологического препарата и рецепторов (ось «медикамент-рецептор»). В связи с этим стали исследовать электронные структуры различных препаратов. Изучены многие антибактериальные средства, стероидные препараты, сульфаниламиды и прочие.
В заключение можно сделать вывод о том, что изучение физических и биохимических свойств молекул лекарственных средств – это важный этап анализа их взаимодействия с рецепторами клеток.