藥物分子與受體結合時，下列何者的鍵能最高？

本題觀念：

本題考查的是藥物化學 (Medicinal Chemistry) 中關於「藥物-受體交互作用 (Drug-Receptor Interactions)」的基礎化學鍵結能量比較。

在藥物與受體結合的過程中，涉及多種化學鍵結力。理解這些鍵結的相對能量大小對於預測藥物的作用強度、可逆性以及持續時間至關重要。一般而言，鍵結能量越高，結合越緊密，藥物作用通常越不可逆。

選項分析

• A. 氫鍵 (Hydrogen Bond)：錯誤。

  • 氫鍵是藥物與受體間最常見的結合力之一，通常發生在氫原子與電負度高的原子（如 N, O, F）之間。
  • 其鍵能通常介於 1 ~ 7 kcal/mol 之間。雖然比凡得瓦爾力強，但遠低於共價鍵與強離子鍵。
  • 氫鍵主要負責維持藥物與受體結合的特異性與方向性。

• B. 共價鍵 (Covalent Bond)：正確。

  • 共價鍵涉及原子間電子的共用，是化學鍵中最強的一種。
  • 其鍵能通常介於 40 ~ 140 kcal/mol (甚至更高)，是所有選項中能量最高的。
  • 由於鍵能極高，共價結合通常被視為不可逆 (Irreversible)。這意味著藥物一旦與受體形成共價鍵，通常無法解離，必須等待身體合成新的受體蛋白才能恢復功能（例如：Aspirin抑制血小板環氧合酶、Omeprazole抑制氫離子幫浦）。

• C. 離子鍵 (Ionic Bond)：錯誤。

  • 離子鍵（或靜電交互作用）發生在帶相反電荷的基團之間（例如藥物的正電荷銨基與受體的負電荷羧基）。
  • 其鍵能通常介於 5 ~ 10 kcal/mol。雖然比氫鍵強，且作用距離較遠，但其強度仍遠不及共價鍵。
  • 離子鍵常發生在藥物進入受體結合位的初始階段（Initial recognition）。

• D. 凡得瓦爾力 (Van der Waals force)：錯誤。

  • 凡得瓦爾力是原子間暫時性的偶極誘導作用力。
  • 其鍵能最低，通常 < 1 kcal/mol。
  • 雖然單一凡得瓦爾力很弱，但當藥物與受體的形狀高度互補（Steric fit）時，大量的凡得瓦爾力加總起來也能提供顯著的結合穩定性。

答案解析

根據藥物化學原理，各類化學鍵結的鍵能由大至小排列通常為： 共價鍵 (40-140 kcal/mol) > 離子鍵 (5-10 kcal/mol) > 氫鍵 (1-7 kcal/mol) > 凡得瓦爾力 (0.5-1 kcal/mol)。

題目詢問何者的鍵能最高，故答案選 B (共價鍵)。

核心知識點

考生應掌握以下藥物-受體結合力的特性與臨床意義：

1. 鍵能大小排序：共價鍵 >>> 離子鍵 > 氫鍵 > 凡得瓦爾力。
2. 可逆性 (Reversibility)：
   • 多數藥物：主要依賴較弱的鍵結（離子鍵、氫鍵、凡得瓦爾力）與受體結合，屬於可逆反應，藥物可隨濃度梯度解離。
   • 共價結合藥物：屬於不可逆反應。
3. 共價鍵藥物實例 (高頻考點)：
   • Aspirin：乙醯化 COX 酵素。
   • Penicillin：乙醯化細菌 Transpeptidase。
   • Omeprazole (PPIs)：與 H+/K+ ATPase 形成雙硫鍵。
   • Alkylating agents (抗癌藥)：與 DNA 形成共價鍵。
   • Organophosphates (有機磷)：磷酸化 Acetylcholinesterase (通常導致中毒)。

參考資料

1. Drug-Receptor Interactions and Bonding Forces. Basic and Clinical Pharmacology.
2. The Role of Functional Groups in Drug Receptor Interactions. The Practice of Medicinal Chemistry.
3. Molecular Interactions in Drug Design. American Chemical Society (ACS).