藥物化學淺論

篇 名 : 藥 物 化 學 淺 論 作 者 : 林 穎 詩 台 中 市 立 忠 明 高 中 高 二 4 班 粘 育 旋 台 中 市 立 忠 明 高 中 高 二 4 班 指 導 老 師 : 陳 必 榮 老 師

壹 前 言 生 病 了 要 吃 藥 是 大 家 都 知 道 的 道 理, 但 是 大 部 分 的 人 都 不 知 道 它 到 底 是 用 什 麼 做 的 成 份 是 什 麼? 從 藥 局 買 回 來 的 藥 包 裝 上 的 說 明 大 部 分 都 是 英 文 及 特 殊 專 有 名 詞, 即 使 查 字 典 亦 無 法 得 知 其 成 份 為 了 一 探 究 竟, 便 做 了 這 份 小 論 文 貳 正 文 一 藥 物 來 源 1. 發 酵 抗 生 素 (antibiotics) 類 的 藥 物, 如 盤 尼 西 林 ( 即 青 黴 素,penicillin, 圖 1) 紅 黴 素 (erythromycin) 鏈 黴 素 (streptomycins) 及 四 環 黴 素 (tetracyclines) 等 ; 一 些 類 固 醇 (steroids) 維 他 命, 如 B2 B12 及 某 些 生 長 激 素 等 也 都 是 利 用 各 種 菌 種 發 酵 而 得 抗 生 素 藥 物 大 多 是 微 生 物 ( 如 細 菌 黴 菌 放 射 線 菌 ) 新 陳 代 謝 的 產 物 細 菌 的 繁 殖 非 常 快, 約 20 分 鐘 便 可 完 成 一 代 選 定 菌 種, 提 供 其 繁 殖 所 需 的 各 種 養 分, 適 當 溫 度 濕 度 下, 約 5-10 天 發 酵, 當 所 需 代 謝 物 達 到 最 高 產 量 時 即 可 收 成 這 些 粗 產 物 需 要 經 過 分 離 純 化, 才 能 提 煉 出 我 們 所 需 要 的 藥 物 圖 1 組 織 培 養 的 盤 尼 西 林 菌 落 及 其 化 學 結 構 ( 註 一 ) 2. 化 學 合 成 如 阿 斯 匹 靈 (aspirin), 各 種 安 眠 藥 鎮 定 劑, 及 治 療 風 濕 關 節 炎 的 腎 上 腺 類 固 醇 1

藥 物 合 成 與 一 般 工 業 原 料 的 合 成 頗 不 相 同, 藥 物 合 成 往 往 無 法 避 免 繁 複 的 步 驟 和 昂 貴 的 藥 劑, 以 最 終 合 成 藥 物 的 純 度 與 活 性 為 最 高 考 量 由 於 產 量 少, 價 格 因 此 偏 高 合 成 藥 物 也 常 取 材 於 天 然 產 物, 利 用 類 似 結 構 的 化 學 骨 架, 再 略 加 修 飾 某 些 官 能 基, 即 可 得 到 所 要 的 藥 物 3. 植 物 很 多 植 物 鹼 類 ( 天 然 含 氮 化 合 物 ) 藥 物 都 是 自 植 物 的 根 莖 葉 果 組 織 中 萃 取 而 得, 近 年 發 現 治 療 乳 癌 卵 巢 癌 非 常 有 效 的 紫 三 醇 (taxol, 圖 2), 或 稱 汰 癌 勝 ( 泰 克 索 ) 是 一 種 雙 萜 類 衍 生 物, 則 分 離 自 一 種 加 州 紫 杉 但 是 植 物 的 來 源 往 往 有 限, 產 率 極 低 因 此 為 了 製 取 較 多 量 的 紫 杉 醇, 化 學 家 生 物 學 家 藥 物 學 家 試 著 採 取 各 種 策 略, 如 全 合 成 ( 由 簡 單 的 起 始 物 合 成 ), 半 合 成 ( 由 已 具 備 紫 杉 醇 骨 架 的 前 驅 物 開 始 合 成 ), 組 織 培 養 菌 種 發 酵 或 尋 找 其 他 結 構 類 似 的 有 效 藥 物 圖 2 紫 三 醇 (taxol)( 註 二 ) 4. 動 物 各 種 疫 苗 可 以 算 是 自 感 染 的 動 物 血 清 中 提 取 得 到, 傳 統 中 藥 裡 也 用 了 一 些 動 物 來 源 的 藥, 如 蜈 蚣 蚯 蚓 鹿 茸 羚 羊 角 等 5. 礦 物 其 他 一 些 無 機 鹽 類, 瀉 藥 硫 酸 鎂 (MgSO 4 ) 氧 化 鎂 (MgO) 和 胃 藥 制 酸 劑 碳 酸 氫 鈉 (NaHCO 3, 即 小 蘇 打 ), 氫 氧 化 鋁 (Al(OH) 3 ) 等 則 可 算 是 礦 物 來 源 的 藥 物 2

二 藥 物 作 用 1. 干 擾 神 經 傳 達 物 質 屬 於 神 經 傳 導 物 質 的 藥 物, 如 乙 醯 膽 鹼, 去 甲 腎 上 腺 素, 多 巴 胺, 血 清 素 等 及 一 般 影 響 中 樞 神 經 的 藥 物, 如 興 奮 劑 迷 幻 藥 鎮 靜 劑 抗 憂 鬱 藥 等 都 與 此 有 關 2. 抑 制 酵 素 絕 大 多 數 的 酵 素 是 一 種 蛋 白 質, 在 生 化 反 應 中 扮 演 催 化 的 角 色, 如 果 缺 少 了 酵 素 的 催 化, 這 些 體 內 的 反 應 速 率 就 會 慢 至 幾 乎 無 法 進 行 3. 與 接 受 器 的 相 互 作 用 接 受 器 可 以 視 為 一 種 蛋 白 質 分 子, 通 常 在 酵 素 分 子 的 表 面, 反 應 物 如 神 經 傳 導 物 質, 荷 爾 蒙 ( 激 素 ) 或 藥 物 等 進 行 生 化 反 應 前, 先 附 著 在 此 接 受 器 部 位, 與 蛋 白 質 做 某 種 程 度 的 結 合 這 種 結 合 引 起 接 受 器 或 蛋 白 質 分 子 的 構 形 (conformation) 改 變 ( 圖 3), 可 能 會 活 化 或 啟 動 一 系 列 的 反 應, 也 可 能 是 關 閉 或 抑 制 某 一 反 應 藥 物 與 接 受 器 的 結 合 有 時 具 有 高 度 的 專 一 性, 有 時 則 選 擇 性 不 高 4. 抑 制 運 輸 過 程 細 胞 膜 是 一 層 油 脂 性 的 結 構, 膜 上 有 很 多 管 道, 這 些 管 道 其 實 是 由 膜 中 間 的 一 些 蛋 白 質 所 形 成 ( 圖 4), 某 些 離 子 管 道 具 有 高 度 的 選 擇 性, 只 允 許 一 種 離 子 通 過, 如 鈉 管 道 (Na + ) 細 胞 膜 內 外 的 電 壓 改 變 會 引 起 管 道 的 開 閉 ; 管 道 蛋 白 質 與 某 一 特 定 分 子 ( 如 藥 物 ) 的 結 合 也 會 控 制 此 開 關 圖 3 藥 物 與 蛋 白 質 接 受 器 的 結 合 ( 註 三 ) 3

圖 4 細 胞 膜 上 的 離 子 管 道 ( 註 四 ) 三 藥 物 的 吸 收 排 泄 和 代 謝 作 用 及 使 用 後 果 1. 吸 收 大 部 分 的 藥 物 都 是 口 服 的, 然 後 經 由 胃 腸 壁 吸 收 進 入 血 液 循 環 如 果 是 靜 脈 注 射, 藥 物 直 接 進 入 循 環 系 統, 不 經 過 吸 收 障 礙, 藥 效 自 然 較 快 2. 排 泄 藥 物 經 由 血 液 循 環 被 帶 至 各 組 織, 當 經 過 肝 臟 時, 很 多 藥 物 即 在 此 處 被 分 解 代 謝 ; 繼 之 經 過 腎 臟, 水 溶 性 的 分 子 即 由 尿 液 排 泄 出 體 外, 脂 溶 性 的 則 會 被 再 吸 收 至 血 液 循 環 3. 代 謝 全 身 血 液 差 不 多 每 分 鐘 循 環 一 次 因 此 一 旦 藥 物 進 入 血 液 後, 只 要 一 分 鐘 的 時 間, 就 已 分 配 至 全 身 的 循 環 系 統 了 在 任 一 剎 那, 只 有 極 小 部 分 的 藥 物 與 他 真 正 的 接 受 器 結 合, 發 揮 功 能 其 他 絕 大 部 份 的 藥 物, 都 隨 血 液 循 環, 分 佈 在 身 體 各 部 份, 並 引 起 副 作 用 藥 物 的 分 解 代 謝 主 要 具 有 下 列 兩 種 功 能 : A 將 脂 溶 性 的 藥 物 氧 化 成 水 溶 性 的 分 子, 以 便 於 腎 臟 排 泄 B 代 謝 後 的 產 物 通 常 具 有 較 低 的 藥 理 活 性, 即 毒 性 降 低, 以 減 少 對 身 體 的 傷 害 4

代 謝 反 應 中 最 主 要 的 是 氧 化 作 用, 如 酒 精 的 代 謝 ( 圖 5), 其 次 還 原 於 與 解 反 應 也 是 常 見 的 代 謝 途 徑 圖 5 酒 精 的 代 謝 ( 註 五 ) 由 於 絕 大 多 數 的 分 解 代 謝 都 是 在 肝 臟 中 進 行, 而 且 需 要 各 種 酵 素 的 催 化, 因 此 個 人 的 肝 功 能 是 否 健 全, 對 藥 物 的 代 謝 具 有 相 當 的 影 響 4. 使 用 後 果 因 為 國 人 有 自 行 服 用 止 痛 藥 或 感 冒 藥 的 習 慣, 所 以 常 常 見 到 身 體 一 有 症 狀, 就 自 行 到 藥 局 購 買 止 痛 藥 或 感 冒 藥 服 用 光 田 綜 合 醫 院 腎 臟 內 科 王 守 玠 醫 師 指 出 : 通 常 這 類 藥 物 對 疼 痛 症 狀 的 紓 解 很 有 效, 可 立 刻 止 痛, 因 此 疼 痛 病 人 往 往 視 為 仙 丹 妙 藥, 但 這 些 止 痛 藥 卻 也 可 能 造 成 腎 臟 間 質 組 織 發 炎, 亦 造 成 腎 臟 內 血 管 收 縮 導 致 腎 臟 病 變, 長 期 使 用, 不 僅 會 對 藥 物 上 癮, 產 生 依 賴 性, 導 致 服 用 劑 量 越 來 越 大, 在 不 知 不 覺 中 對 腎 臟 造 成 很 大 的 傷 害, 嚴 重 的 還 會 引 發 尿 毒 症 需 終 身 洗 腎 ( 註 六 ) 年 紀 大 的 人 消 炎 止 痛 藥 能 不 吃 就 不 吃, 尤 其 是 以 前 就 有 消 化 性 潰 瘍 或 胃 出 血 病 史 的 病 人 或 目 前 正 天 天 服 用 低 劑 量 阿 斯 匹 靈 來 預 防 心 臟 病 或 腦 中 風 的 病 人, 更 需 要 避 免 服 用 消 炎 藥 有 些 人 認 為 消 炎 藥 加 上 胃 藥 一 齊 服 用 就 不 會 傷 胃, 這 是 錯 誤 的 觀 念 新 竹 醫 院 許 丁 壬 醫 師 表 示, 不 要 亂 服 用 消 炎 止 痛 藥, 在 有 需 要 時 才 服 用 消 炎 止 痛 藥, 儘 量 不 要 長 期 或 常 常 服 用 ( 註 七 ) 5

四 飯 前 吃? 飯 後 吃? 飯 前 是 指 空 胃 時, 胃 部 呈 現 強 酸 性, 此 時 對 某 些 藥 物 的 吸 收 最 好, 所 以 應 該 在 飯 前 半 小 時 至 一 小 時 之 間 服 用, 例 如 瀉 藥 治 潰 瘍 藥 降 血 糖 的 藥 和 一 些 滋 補 藥 等, 而 飯 後 則 指 胃 裡 充 滿 食 物, 胃 部 成 弱 酸 性 時, 對 這 些 藥 物 的 吸 收 較 好, 所 以 飯 後 半 小 時 至 一 小 時 之 內 應 服 用, 例 如 一 般 制 酸 劑 胃 藥 雌 激 素 荷 爾 蒙 非 固 醇 類 止 痛 消 炎 藥 普 拿 疼 和 其 他 對 胃 腸 刺 激 性 較 大 的 藥 服 藥 應 以 白 開 水 吞 服, 很 多 人 習 慣 以 茶 代 水, 其 實 是 不 好 的 習 慣 服 藥 前 後 更 忌 飲 酒, 因 為 酒 精 會 嚴 重 的 影 響 藥 效 而 有 一 些 藥 卻 是 可 以 和 牛 奶 一 起 併 服 的, 如 廣 效 抗 生 素 安 美 西 林 (amoxicillin) 非 固 醇 類 止 痛 消 炎 藥 普 拿 疼 等 也 有 一 些 人 服 用 西 藥 的 同 時 也 在 吃 中 藥, 原 則 上 中 西 藥 的 服 用 至 少 應 間 隔 兩 小 時, 以 免 相 互 抵 消 藥 效, 甚 至 引 起 中 毒 五 藥 物 名 稱 1. 商 品 名 (Tread name) 即 藥 廠 為 自 己 的 產 品 所 賦 予 的 名 稱, 不 同 藥 廠 生 產, 但 主 成 分 相 同 的 藥, 商 品 名 稱 一 定 不 同 例 如 主 成 分 同 是 阿 司 匹 靈 (aspirin) 的 頭 痛 藥, 某 一 廠 的 產 品 叫 百 服 靈 (Bufferin), 另 一 廠 的 則 叫 溫 氏 補 靈 (Winsprin) 2. 俗 名 或 學 名 (Generic name,synonm name) 阿 斯 匹 靈 是 大 家 都 熟 悉 的 止 痛 藥, 最 早 由 德 國 大 藥 廠 拜 耳 (Bayer) 銷 售 的 名 稱 即 是 Aspirin 在 醫 典 上 可 以 查 到 俗 名 為 阿 司 匹 靈 的 藥, 至 於 各 種 商 品 名 則 可 能 查 不 到 通 常 俗 名 藥 都 比 較 便 宜, 一 旦 冠 以 商 品 名, 有 了 專 利, 要 價 至 少 差 一 級 3. 化 學 名 稱 (semisystematic name,official name) 阿 斯 匹 靈 其 實 是 一 個 為 了 方 便 記 憶 的 俗 名, 在 藥 典 上 的 記 載 則 為 乙 醯 水 楊 酸 (acetylsalicylic acid) 水 楊 酸 早 在 1860 年 左 右 即 自 柳 皮 樹 中 分 得, 並 知 其 有 止 痛 作 用 乙 醯 基 的 化 學 式 為 CH 3 CO-, 所 以 根 據 乙 醯 水 楊 酸 的 名 稱, 一 個 熟 悉 有 機 化 學 命 名 的 人, 大 約 可 推 出 它 的 化 學 結 構 水 楊 酸 的 IUPAC 系 統 名 應 為 鄰 - 羥 基 苯 甲 酸, 乙 醯 水 楊 酸 的 IUPAC 系 統 命 名 為 2- 乙 醯 氧 苯 甲 酸 6

( 註 八 ) 德 國 化 學 家 經 由 實 驗 認 識 到 這 個 可 以 退 燒 消 炎 的 活 性 成 分 是 水 楊 酸 可 惜 水 楊 酸 對 胃 的 刺 激 很 大, 科 學 家 們 不 斷 嘗 試 水 楊 酸 的 各 種 衍 生 物, 終 於 在 1899 年, 發 現 水 楊 酸 的 乙 醯 酯 十 分 溫 和, 對 胃 的 刺 激 小, 就 是 直 到 今 天 還 十 分 有 名 的 阿 斯 匹 靈 (aspirin) 英 文 藥 名 aspirin 的 a 表 示 acetyl( 乙 醯 酯 ), spir 代 表 spiraea, 一 種 薔 薇 科 的 銹 線 菊, 含 有 很 多 柳 酸, 而 in 則 是 一 般 在 化 學 俗 名 上 表 示 提 煉 自 某 種 植 物 的 要 素 或 精 華 ( 註 九 ) 止 痛 能 夠 阻 斷 前 列 腺 素 的 合 成, 因 而 減 弱 末 梢 疼 痛 接 受 體 對 機 械 性 或 化 學 性 刺 激 的 感 受 性, 緩 解 輕 度 至 中 度 的 疼 痛 特 別 是 用 於 與 發 炎 有 關 的 狀 況 如 肌 痛 神 經 炎 頭 痛 解 熱 促 進 血 管 擴 張 發 汗 和 體 熱 散 失, 降 低 上 升 的 體 溫 抗 發 炎 減 弱 微 血 管 的 滲 透 性, 干 擾 破 壞 組 織 之 溶 菌 酶 (Lysozyme) 的 釋 出, 抑 制 前 列 腺 素 和 其 它 內 生 性 物 質 的 釋 出, 減 少 組 織 的 腫 脹 和 疼 痛, 對 於 各 種 發 炎 狀 況 如 風 濕 骨 關 節 炎 滑 囊 炎 的 症 狀 療 法 都 有 效, 這 種 用 途 通 常 需 要 較 大 劑 量, 每 天 3mg-7mg 預 防 血 栓 能 夠 減 少 血 小 板 的 凝 集, 預 防 與 心 臟 血 管 有 關 的 血 栓 塞 併 發 症 ( 這 是 近 二 十 年 來 發 現 的 新 效 用 ) ( 註 十 ) 普 通 一 片 阿 司 匹 靈 的 劑 量 約 300 毫 克, 一 天 分 數 次 服 用 至 4 克 均 屬 安 全 範 圍 如 果 一 次 服 用 10 克 就 會 因 血 液 太 酸 而 有 生 命 危 險 同 時 醫 生 也 警 告 :12 歲 以 下 的 孩 子 發 燒 或 病 毒 感 染 時 不 可 以 自 行 服 用 阿 司 匹 靈 因 為 可 能 會 導 致 一 種 雷 氏 症 候 群 (Reye s syndrome), 比 例 雖 不 高 卻 可 能 致 命 六 新 止 痛 劑 的 展 望 1992 年 科 學 家 們 發 現 一 種 比 嗎 啡 止 痛 效 果 還 要 強 的 新 化 合 物, 取 名 次 貝 涕 汀 (epibatidine), 原 來 分 離 自 南 美 厄 瓜 多 爾 高 地 上 一 種 三 色 青 蛙 的 皮 膚 它 雖 然 具 有 強 烈 止 痛 的 效 果, 但 是 在 大 腦 中 它 並 不 是 和 鴉 片 接 受 器 結 合, 卻 是 與 尼 古 丁 接 受 器 結 合, 而 且 結 合 得 更 緊 密 次 貝 涕 汀 的 化 學 結 構 與 尼 古 丁 的 化 學 結 構 十 分 相 像, 所 不 同 的 是 兩 個 氮 原 子 間 的 距 離 在 兩 化 合 物 中 有 所 差 異 ( 註 十 一 ) 7

令 科 學 家 們 特 別 感 興 趣 的 是, 為 了 避 免 環 保 人 士 的 抗 議, 後 來 他 們 自 己 在 實 驗 室 培 養 的 這 種 青 蛙 的 皮 膚 中 竟 不 含 這 個 新 的 化 合 物, 次 貝 涕 汀 既 有 止 痛 的 作 用, 卻 不 像 鴉 片 類 化 合 物 與 鴉 片 接 受 器 結 合, 而 是 占 據 大 腦 中 的 尼 古 丁 接 受 器, 也 許 它 真 的 開 啟 了 止 痛 劑 新 一 頁 的 研 究 參 結 論 經 過 一 番 研 究 與 老 師 的 指 導 及 說 明, 了 解 到 藥 的 成 份 來 源 有 這 麼 多 種, 與 細 胞 結 合 的 部 位 也 隨 之 不 同 人 類 的 醫 學 科 技 進 步 得 飛 快, 這 麼 多 的 新 藥 繼 而 發 明, 連 之 前 一 直 為 人 們 所 用 來 治 療 風 濕 及 骨 關 節 炎 的 止 痛 劑 阿 斯 匹 靈 也 將 被 替 換 掉, 不 得 不 佩 服 現 在 的 科 學 家 們 智 慧 之 高 啊! 肆 引 用 資 料 註 一 吳 嘉 麗 (1999) 化 學 醫 藥 與 社 會 台 北 市 : 淵 明 註 二 吳 嘉 麗 (1999) 化 學 醫 藥 與 社 會 台 北 市 : 淵 明 註 三 吳 嘉 麗 (1999) 化 學 醫 藥 與 社 會 台 北 市 : 淵 明 註 四 吳 嘉 麗 (1999) 化 學 醫 藥 與 社 會 台 北 市 : 淵 明 註 五 吳 嘉 麗 (1999) 化 學 醫 藥 與 社 會 台 北 市 : 淵 明 註 六 優 活 健 康 網 2009 年 3 月 21 日, 取 自 http://www.uho.com.tw/hotnews.asp?aid=4605 註 七 優 活 健 康 網 2009 年 3 月 21 日, 取 自 http://www.uho.com.tw/hotnews.asp?aid=4605 註 八 普 化 虛 擬 實 驗 教 室 2009 年 3 月 27 日, 取 自 http://general.chemistry.pu.edu.tw/aspirin/(98/3/27) 註 九 吳 嘉 麗 (1999) 化 學 醫 藥 與 社 會 台 北 市 : 淵 明 註 十 普 化 虛 擬 實 驗 教 室 2009 年 3 月 27 日, 取 自 http://general.chemistry.pu.edu.tw/aspirin/(98/3/27) 註 十 一 吳 嘉 麗 (1999) 化 學 醫 藥 與 社 會 台 北 市 : 淵 明 8