Powinowactwo Strukturalne

Czynnikiem o pierwszorzędnym znaczeniu dla zadziałania trucizny jest jej powinowactwo do określonego receptora w komórce organizmu, a czasem brak takiego oddziaływania. Powinowactwo można rozpoznać po budowie związku (tj. rozmieszczeniu atomów w przestrzeni trójwymiarowej) lub po stereochemicznej konfiguracji cząsteczki. Powinowactwo zachodzi, jeśli toksyna ma budowę komplementarną wobec receptora komórkowego. W zasadzie stwierdzenie powinowactwa między strukturą składnika komórki i cząsteczki ksenobiotyku spowoduje, że mogą one połączyć się lub nawet związać trwale - patrz rysunek. Działa to analogicznie jak klucz umieszczony w zamku.

Mechanizm działania wielu trujących chemikaliów polega na związaniu stereospecyficznych szczelin w cząsteczce receptora w sposób uniemożliwiający receptorowi wypełnianie jego specyficznej funkcji w komórce. Takie połączenie może spowodować zakłócenie działania enzymów lub niektórych innych procesów. Wiązanie nie musi powodować reakcji toksycznej. Może natomiast zablokować przepuszczalność membrany, zmagazynowanie w określonym organie tkankowym, albo zainicjować enzymatyczną transformację trucizny. W pewnych przypadkach (np. wiązanię tlenku węgla z hemoglobiną) trucizna blokuje miejsce normalnie przeznaczone dla tlenu. Tlenek węgla może 40 razy mocniej wiązać się z hemoglobiną niż tlen. W ten sposób trucizna konkuruje z pożyteczną substancją, choć jej nie eliminuje. W innych przypadkach wejście "klucza" całkowicie unieczynnia cząsteczkę receptora. Można przypuszczać, że im dokładniejsze jest dopasowanie tym silniejszy będzie efekt działania trucizny. Ksenobiotyki nie mające powinowactwa do cząsteczek aktywnych w komórce będą prawdopodobnie nietoksyczne i w większości zostaną wydalone. Niemniej znane są wyjątki w postaci trucizn niespecyficznych.

przykłady związków chemicznych o tych samych wzorach cząsteczkowych ale o różnej toksyczności
Istotę powinowactwa strukturalnego wyjaśniają przykłady licznych izomerów wykazujących wielkie różnice w toksyczności (izomery to związki posiadające taką samą liczbę i rodzaj atomów składowych ale mające odmienną budowę). Przykładem mogą być pokazane na powyższym rysunku dwa izomery sześciochlorowanego dwufenylu (jednego z wielochlorowanych dwufenyli PCB, który ma sześć atomów chloru). Zwykle dwa pierścienie benzenowe mają możliwość rotacji wokół wiązania węgiel-węgiel między nimi. Jednak umieszczenie chloru na wewnętrznych atomach węgla (w pozycji orto- , jak to jest w cząsteczce z lewej strony rysunku) blokuje rotację, więc dwa pierścienie benzenowe nie mogą ustawić się koplanarnie. Ponieważ ułożenie koplanarne pierścieni jest warunkiem przyłączenia się cząsteczki do określonych receptorów komórkowych, więc spowodowania efektu toksycznego, więc lewy izomer jest 20 razy mniej trujący niż prawy.

Koncepcja kompleksu toksyny z cząsteczką receptora powstającego w przypadku powinowactwa struktur cząsteczkowych była w przeszłości podstawą szerokich badań. Kiedy została rozwinięta do teorii zwanej quantitative structural-activity relationships (QSAR), pozwoliła na przewidywanie własności toksykologicznych dla nowych substancji, zanim skierowano je do pełnych testów laboratoryjnych.