今回の(7-2)は、前回の「(7)ニコチン依存性テスト」の補足説明です。前回の「(7)ニコチン依存性テスト」の中で、「ニコチンの依存性と中毒性が誘導される理由」についての概略をご説明しました。その説明では、下図のようにニコチンがアセチルコリン受容体に作用する結果として、ドーパミンが分泌され、このドーパミンの上昇が「快楽」をもたらすことから、精神依存が促され、結果として常習化し、ついには中毒化に至るとご説明しました。今回は、ニコチンがどうしてアセチルコリン受容体に作用できるかについて化学的に説明を加えます。・・・タバコに含まれるニコチンと神経伝達物質であるアセチルコリンの化学構造における電子の偏りの類似性ニコチンがアセチルコリンと同じ受容体に作用する理由について化学的に簡単に触れておきます。化学物質(ここではニコチンやアセチルコリン)の分子構造内では、それぞれの分子構造の周りの電子が分子内で偏って存在しています。その結果、電子がマイナスイオンであることから、電子が集まっているところは相対的にマイナスの荷電を生じ、電子が不足している部分は、相対的にプラスの状態が産まれてしまいます。下の図で、アセチルコリン受容体(下図のAChR表面)に対して、アセチルコリンの化学構造中で受容体と結合するときに重要な、電子の偏りのある二ヶ所の部分の距離が4.2Å(オングストローム、長さを現す単位)となっており、ニコチンも類似の距離で電子の偏りを持っています。O(酸素原子)とニコチン構造中の青色部分であるN(窒素原子)には、電子が集まっており、結果的にマイナスの荷電状態です。(+)部分にはアセチルコリンまたはニコチン構造の(ー)部分が作用します。アセチルコリン受容体(AChR)表面の(-)部分にはアセチルコリンまたはニコチン構造の(+)部分が結合します。従って、アセチルコリン分子内とニコチン分子内の荷電がプラスの部分とマイナスの部分の距離が同じで、両化学物質がアセチルコリン受容体(AChR)表面に作用する際、結合しやすい立体構造であることから、受容体に結合できます。結果的にアセチルコリン受容体(AChR)にアセチルコリンではないニコチンが作用してもドーパミンが神経伝達物質として分泌されます。ドーパミンが増えると幻覚やパラノイア(不安や恐怖から妄想を持つ状態)が起こったり、発話や運動をコントロールできなくなって、変な事を思わずやったり口走ったりします。麻薬、コカイン、アンフェタミンなどの覚醒剤やタバコは、いずれもドーパミンを増やす効果があります。頻繁な喫煙の結果、ニコチンの作用が多くなることで、本来の神経伝達物質であるアセチルコリンの分泌が抑制され、しだいにニコチンに頼るようになり、精神依存をきたします。<補足説明>このように化学構造における分子内の電子の偏りや原子間距離を調べる方法には、幾つかございますが、多くは計算によって求められます。分子内の原子間距離は、分子力場計算(分子力学法)あるいは分子軌道計算(フロンティア軌道理論)によって極めて高い精度で計算されます。分子力場計算は、北海道大学の大沢映二先生が北大の大型計算機に移植されておられました(30年以上前に利用させて頂きました)。フロンティア軌道理論は、福井謙一氏が1952年に発表し、1981年にノーベル化学賞を受賞された量子化学の理論的な研究論文です。1950年頃、その計算はアセチルコリンのような分子の計算では、鉛筆と紙を使う手計算で一週間以上かかったと推測されます。秒で可能になりましたが、パソコンでは24時間以上かかりました。2010年以降でになるとパソコンでも10秒程度で計算されるまでに至っていると思います。上記の科学計算でパソコンレベルで使用されるのは、最近では主に次の2つです。分子力場計算は、Molbyで分子のモデリングと力場計算が可能ですが、原子間距離までは確認できませんでした。分子軌道法に関しては、「Winmoster」のサイトからソフトをダウンロードすると分子のモデリングからMOPAC計算まで可能でしたが、無償版では原子間距離を表示させることはできませんでした。類似のソフトは、探せばいろいろあります。30年以上前から見れば、夢のような世界が実現しています。成人は40–60mg(タバコ:2–3本)を、直接、溶液で飲下した場合に急性中毒に達します。刺激・精神の脱抑制や興奮症状。10~60分以内で、中毒症状は2~4時間の間に現われます。