生体に異常が起こった状態が病気であり，病気の進行を止めたり，生体を通常の状態に戻すことを治療という．その治療のための最大のツールが，薬学部で皆さんが学ぶ医薬品である．ここで登場する生体も医薬品もそのほとんどが有機化合物であり，生体と医薬品の関係をミクロ単位（分子レベル，構造レベル）で学ぶ学問が医薬品化学である．薬剤師が医師や看護師と違う点は，生体と医薬品の関係を構造式レベルで理解できることである．また，ほかの理系学部では，構造を含めて個々の医薬品に対してこれほど深く学習することはなく，これは薬学部生の大きなアドバンテージの１つである．本書では，構造を通して生体と薬の関係を明らかにし，少しでも医薬品への理解を深められるような構成や記述を心がけたつもりである．構造を含めた医薬品への理解を深く修めることで１つ上のレベルの薬剤師を目指してほしい．アメリカの薬剤師は処方権をもっていたり，インフルエンザの予防接種を行ったりすることができる．もちろん日本とアメリカの制度の違いはあるが，アメリカの薬剤師養成カリキュラムには医薬品の構造活性相関研究の講義なども含まれており，医薬品の構造を含めたより専門性の高い知識の修得がアメリカにおける薬剤師の地位の高さに関係しているだろう．日本でも病院薬剤師の先生から医薬品の化学構造について質問を受けることがあり，これから医薬品の構造を理解できることはますます重要になると考えられる．
医薬品の構造は多岐にわたる．しかし，医薬品が作用する生体，より正確にいえば標的生体分子の構造は決まっており，そこに結合するためにはある特定の構造が必要となる．そのため，同じ作用機序で効果を発揮する医薬品の構造は，基本的に類似している．一見複雑そうにみえる構造のなかに，共通の構造を見出せるようになってほしい．有機化学に精通していなくても，構造の類似性を見出すことは可能であり，それぞれの医薬品に特有の構造を理解できれば，ある医薬品がもつほかの薬理作用（副作用）も，その薬理作用を示す医薬品との構造の共通点から理解することができる．薬剤師を目指す学生にとって，構造式はさほど関係ないように思えるかもしれないが，薬の取り違え問題や，眠気などの副作用や薬同士の相互作用の予測，さらには構造の類似性によって引き起こされる重篤な薬害などを避けるためにも，さらに高いレベルの薬物治療を実践するためにも構造を理解しておくことが必須の素養となる．
たとえば，第８章で取り上げるH1受容体拮抗薬は副作用として抗コリン作用を示すことが知られている．これはH1受容体拮抗薬と抗コリン薬の構造が類似しているためである．
医薬品化学で学んでほしいことはおもに次の２つである.
1）医薬品の特徴的な構造を覚える
一構造が似ているかどうかで，薬の有効性や薬同士の相互作用，副作用の予測ができるようになる
2）医薬品の性質を判断する
一医薬品がもつ特徴的な構造から，水溶性，脂溶性，酸性，塩基性などの物理化学的な性質を判断し，その医薬品の物性を理解できるようになる
たとえ有機化学が得意ではなく，反応機構などを理解できなくても，構造式から，各医薬品間での構造の類似性，化学的な性質をイメージできれば，薬理学で学んだ内容をより深く理解することができるだろう．
医薬品開発の標的となる代表的な生体分子は@酵素，A受容体，Bイオンチャネル，Cトランスポーターである．これらのなかでも，酵素と受容体が全体の約80％を占めている。
酵素は生体で触媒作用を機能とするタンパク質で，酸化，還元，加水分解や合成反応などの生体内の化学反応を緩和な条件で進行させることができる．ヒトの酵素以外に細菌，真菌，ウイルスに存在する酵素も薬物の標的となり，酵素を標的とする医薬品としては酵素のはたらきを阻害するものが多い。
受容体は細胞膜，細胞質，あるいは核内に存在するタンパク質で，受容体に生体内物質（リガンド）が特異的に結合することにより，細胞の生化学反応が起こり，情報が伝達される．そのため，酵素に次いで多い医薬品の標的分子である．受容体にはＧタンパク質共役型.イオンチャネル型，チロシンキナーゼ型，核内受容体がある．
イオンチャネルは細胞の生体膜にある膜貫通型タンパク質で，特定のイオン（ＣａへＫへＮａ゛など）を透過させるはたらきを有するものの総称である（図1-3).イオンチャネルを標的とする医薬品としては，イオンチャネル拮抗（遮断）作用に基づくものが多く，高血圧治療薬，狭心症治療薬，不整脈治療薬，局所麻酔薬などがある．
実はイオンチャネルの開閉口のメカニズムには，構造に含まれるアミノ酸の化学的性質が大きく影響している．図1-4にアセチルコリン受容体イオンチャネルを示した．閉口状態では，M2ヘリックス中の疎水性のアミノ酸がチャネル中心を向くため，イオンが通過できない．内因性リガンドであるアセチルコリンが結合すると，M2ヘリックスにねじれをもたらし，アミノ酸の極性残基がチャネル中心を向くようになり，イオンが通過できるようになる．このようにイオンチャネルの開閉にもアミノ酸の側鎖残基の化学的性質が大きく影響している．
トランスポーターは糖やアミノ酸あるいはイオンなどの化学物質の輸送を仲介する細胞膜に存在するタンパク質である．トランスポーターに選択的に作用する医薬品にセロトニン再取り込み阻害薬のフルボキサミン（抗うっ薬）などがある。
医薬品と標的生体分子の相互作用は，１つの強い力がはたらくのではなく，いくつもの弱い力が重なり合ってはたらき，鍵と鍵穴のような関係が構築され，複合体を形成する。
おもな相互作用を以下に示す.
@共有結合（強い) (210〜630 kJ/ｍｏｌ）
Aイオン結合（21〜42 kj/mol)
Bイオン（双極子）一双極子相互作用(8.4〜42
kJ/ｍｏｌ）
C水素結合(8.4〜21 kj/mol)
Dファンデルワールス相互作用(2.1〜4.2 kj/mol)
E疎水性相互作用
参考までに値を載せたが，共有結合はほかの相互作用に比べて非常に強い．その次に強いイオン結合が21〜42
kj/mol ということからも，共有結合の強さがわかる．それ以外の相互作用は弱く，場合によっては20
kj/mol Iこなることもあるが，ほとんどの場合，それよりも小さいため単独での相互作用は非常に弱く，標的分子と結合するには不十分である．そのため，共有結合やイオン結合を除き，複数の相互作用がはたらかなければ結合できない．
共有結合はほかの相互作用に比べて非常に強く，ほとんどの場合，標的分子と不可逆的な結合を形成する．そのため，非常に強力な効果が発現しやすいが，相互作用としては強すぎるためあまり適していない．
代表的な例として，プロトンポンプ阻害薬であるオメプラソールは，酵素と共有結合を形成して酵素を完全に失活させるため，作用が24時間持続する（新しい酵素が生成するまで活性が復活しないため。
共有結合で作用する医薬品は少ないので，代表的なものを理解しておくほうがよい。
共有結合で作用する医薬品の例
| オメプラソール（消化性潰瘍治療薬） |
H＼ K+ -ATP&seとS-S結合を形成して酵素活性を阻害し，
胃酸の分泌を抑える |
ナイトロジェンマスタード，シスプラチン
（抗悪性腫瘍薬） |
ＤＮＡアルキル化を引き起こし，細胞増殖を阻止する |
| β−ラクタム系抗菌薬 |
菌のトランスペプチダーゼとエステル結合（C-Ｏ結合）
を形成して酵素を阻害する |
| フルオロウラシル(5-FU) (抗悪性腫瘍薬） |
チミジル酸合成酵素とC-C結合を形成して酵素を阻害する |
| アセチルコリンエステラーゼ阻害薬 |
アセチルコリンエステラーゼとエステル結合（Ｃ-Ｏ結合）
を形成して阻害する |
| アスピリン（抗炎症薬） |
シクロオキシゲナーゼとエステル結合(C-0結合）を形
成して阻害する |
イオン結合は，正と負の逆符号をもつイオン間の結合で，共有結合に次いで強い相互作用である。共有結合以外の相互作用に比べて比較的強い相互作用で，受容体などとの結合に大きな影響を及ぼす．
カルボニル基は，炭素原子がより電気陰性度の大きい酸素原子と結合しているため，炭素が部分電荷∂十をもち，酸素原子はδ−をもつ．この現象を分極といい，その結果，生じる構造を双極子（中性だが，電荷の偏りがある構造）という．
イオン一双極子相互作用は，イオンと双極子との相互作用で，プラスとマイナスが引き合う相互作用になる．また，プラスの双極子とマイナスの双極子が引き合うのが，双極子一双極子相互作用である。
双極子となりうる代表的な官能基は，カルボニル基，水酸基（−ＯＨ），アミノ基などである．
水素結合は多くの医薬品でみられる重要な相互作用の１つである．水素結合は，水酸基（−ＯＨ）やアミノ基の水素（酸性プロトンという）と，ローンペアをもつ原子（おもにF,
0, N)との間に生じる（図1-10).水素結合自体の強さはかなり小さい(8.4〜21
kj/mol)が，フアンデルワールスカと比べると強い．
非極性分子の原子内の電子運動による一時的な電荷の偏り（瞬間双極子と誘起双極子）によって生じる引力で，近接している原子にしか作用しないごく弱い相互作用(2.1〜4.2
kJ/ｍｏｌ）である。
水溶液中で疎水性の原子団が接近することによる安定化の効果のことである．接近することにより，疎水性物質の周りの不安定な水分子が減少することによって，おもにエントロピー的に安定化する（図1-12).ファンデルワールス相互作用と同様．非常に弱い相互作用として扱われるが，ほかの相互作用と性質は異なる．
疎水性相互作用の一種で，分子内に平面構造をもつ化合物が，ＤＮＡの核酸塩基対の間に入り込む相互作用である．たとえば，ドキソルビシンは破線で囲った部分が平面構造であり，その部分がインターカレーションにより核酸塩基対問に入り込み，ＤＮＡの複製などを阻害することで抗がん作用を示す。
生体アミンは生体内で重要な役割を担っているアミンの総称で，カテコールアミン（ドパミン，ノルアドレナリン，アドレナリン），セロトニン，ヒスタミンがある（カテコールアミンについては，第12章で詳細に説明する）．構造的には，「芳香環−２炭素−アミノ基」という共通構造をもっている．芳香環に関しては，ベンゼン環のものもあれば，複素環であるインドール環やイミダゾール環のものもあるが，芳香族性を示すという点で同等の
ものとしてみなすことができる。
これら生体アミンの構造は，関連する医薬品の構造を理解するうえで重要なので，ぜひ覚えておいてほしい。