Les effets de la plupart des médicaments résultent de leurs interactions avec les récepteurs. Les protéines forment la classe la plus importante de récepteurs de médicaments. Les protéines cellulaires qui sont des récepteurs pour les ligands endogènes tels que les neurotransmetteurs, les hormones et les facteurs de croissance sont les récepteurs de médicaments les plus importants. Ces protéines possèdent un domaine de liaison au ligand où le médicament se lie et un domaine effecteur qui propage le signal, conduisant à un effet. L’effet d’un médicament est proportionnel à la fraction de récepteurs occupés par le médicament et l’effet maximal est atteint lorsque tous les récepteurs sont occupés.

La courbe dose-réponse graduée exprime la réponse d’un individu à des doses croissantes d’un médicament donné. L’amplitude d’une réponse pharmacologique est proportionnelle au nombre de récepteurs avec lesquels un médicament interagit efficacement. La courbe dose-réponse graduée comprend des paramètres tels que (1) l’amplitude de la réponse qui est graduée en ce qu’elle augmente continuellement avec la dose jusqu’à la capacité maximale du système et elle est souvent représentée en fonction du logarithme de la dose administrée. (2) ED₅₀ qui est la dose qui produit la réponse semi-maximale ; la dose seuil est celle qui produit le premier effet notable (3) l’activité intrinsèque qui est la capacité d’un médicament à provoquer une réponse.

La constante de dissociation à l’équilibre K_D est définie comme la concentration d’un radioligand qui occupe la moitié d’une population de récepteurs. La concentration utilisée est la concentration in vitro. K_D est déterminé expérimentalement et est une mesure de l’affinité d’un médicament pour un récepteur. Pour déterminer K_D , une masse fixe de membranes (avec récepteur) sont incubés avec des concentrations croissantes d’un radioligand jusqu’à saturation. Aux niveaux de saturation, B_max est
déterminé (nombre maximal de récepteurs) et la moitié de celui-ci est utilisé pour déterminer K_D . La liaison de haute affinité se produit à faibles concentrations de médicament; par contre, une liaison de faible affinité se produit à une concentration élevée de médicament. Si un ligand a une affinité, cela ne signifie pas nécessairement qu’il produira une réponse. Un antagoniste qui affiche une affinité élevée ne provoque pas de réponse.

Un agoniste est un médicament qui se lie à un récepteur et produit un réponse fonctionnelle. La capacité à produire une réponse est appelée efficacité (ou activité intrinsèque) ; cela varie selon le type de réponse mesurée. La gamme de dose sur laquelle une réponse est produite est appelée puissance. La puissance d’un agoniste particulier peut être définie à partir de la courbe dose-réponse comme la dose de médicament qui produit 50 % de la réponse maximale (DE₅₀) ; la réponse maximale elle-même est une mesure de l’efficacité.

La puissance et l’efficacité sont des concepts différents et ne peuvent pas être échangés. Si un agoniste a une efficacité élevée, cela ne signifie pas nécessairement qu’il présentera une puissance élevée et vice versa. Un agoniste qui produit la réponse maximale capable est appelé un agoniste complet et tout ce qui produit une réponse inférieure est un agoniste partiel. Le médicament le plus puissant a un K_D inférieur ou une CE₅₀ inférieure définie comme 50 % de l’Emax. CE₅₀ représente le milieu de la partie linéaire de la courbe dose-réponse.

Un simple antagoniste aura une affinité mais une efficacité nulle. Clairement, pour un agoniste, la capacité de se lier à un récepteur déterminera la capacité à produire une réponse et, dans une certaine mesure, la taille de cette réponse.

Si deux médicaments qui produisent le même effet ont des courbes dose-effet non parallèles, ils ont probablement des sites d’action différents.

Les antagonistes sont des composés qui ne provoquent pas d’effet biologique et ont donc une efficacité intrinsèque nulle. L’effet biologique d’un antagoniste pur n’est observé qu’en présence d’un agoniste. Les antagonistes sont généralement divisés en antagonistes compétitifs qui interagissent de manière réversible avec le récepteur et de manière dépendante de la concentration et de l’affinité, bloquent la liaison d’un agoniste. En présence d’un antagoniste compétitif, une dose ou une concentration accrue d’un agoniste peut complètement inverser l’effet de l’antagoniste. La plupart des antagonistes utilisés en clinique sont compétitifs.

L’action d’un antagoniste compétitif peut être surmontée en augmentant la dose de l’agoniste (c’est-à-dire que le blocage est surmontable). L’agoniste et l’antagoniste se lient au même site sur le récepteur. L’effet que cela a sur la courbe dose-réponse d’un agoniste est de le déplacer vers la droite. Comme la réponse est surmontable, la réponse maximale reste inchangée. Le degré de décalage vers la droite est lié à l’affinité de l’antagoniste et de la dose utilisée. Plus la dose est élevée, plus il faut d’agoniste pour surmonter la réponse. Plus l’affinité de l’antagoniste est élevée, plus le décalage est important. Inversement, si le degré de décalage est connu, alors l’affinité de l’antagoniste peut être estimée.

Les actions d’un antagoniste non compétitif ne peuvent pas être surmontées en augmentant la dose d’agoniste. Ceci est dû au fait que les sites de liaison agonistes et antagonistes sont différents ; par conséquent, l’agoniste ne déplacera pas la molécule antagoniste

Certains systèmes de récepteurs présentent une activité constitutive, soit expérimentalement à la suite d’une surexpression, soit à la suite d’une mutation. Ces récepteurs sont actifs en l’absence d’agoniste. Un agoniste inverse inhiberait cette activité constitutive et, comme tel, est dit présenter une efficacité négative.

L’index thérapeutique est défini comme TD₅₀/DE₅₀ et est déterminé en utilisant les données de la courbe dose-réponse quantique qui relie le dosage d’un médicament à la fréquence à laquelle une réponse désignée se produira dans une population. C’est le rapport de la dose qui produit un effet toxique dans la moitié de la population à la dose qui produit l’effet désiré dans la moitié de la population.