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　　藥物的性質與其結構密切相關，結構決定了化合物的內在性質(如分子體積、分子連接性、電荷分布、脂溶性)、化學性質(如pKa、穩定性)和生物性質(如活性、毒性、生物轉化、藥代動力學)。構性相關(SPC)或構性關系(SPR)主要研究二者之間的規律，其中藥物的化學結構與生物活性的關系，簡稱構效關系，一直是藥物化學和藥理學研究的中心問題，也是藥物設計的基礎。生物活性的改變可以是生物系統狀態的改變，即藥效學的影響，也可以是藥物在生物系統中的位置和分子結構的改變，即藥代動力學的影響，或者是對生物系統的毒性作用。藥物與生物系統受體的相互作用導致生物活性，是藥物分子和受體大分子的物理、化學性質和化學結構相互適應和相互作用的結果。藥物分子結構的改變可能引起生物活性強度的改變(即量變)或生物活性類型的改變(即質變)。

　　研究構效關系的目的是獲得一種藥物的生物活性與其結構之間的依賴關系的規律，從而分析和了解一種藥物的作用機制和作用方式，預測一種化合物的生物活性。與藥物受體和生物活性相互作用的機制一般是藥物(小分子)與生物(大分子)在體內的反應，或者是一個物理化學平衡過程。然而，到目前為止，大多數藥物的作用機制仍不清楚，因為受體分子或受體結合位點的結構相當復雜，其組成、特性和空間結構尚未徹底了解。在這種情況下，對藥物構效關系的研究可以間接闡明藥物的作用機制。

　　利用藥物構效關系的研究成果對新藥設計具有重要意義，可以為有效研究藥物作用規律、合理設計新藥提供理論依據和實踐指導。例如諾氟沙星，是日本杏林公司于1978年通過定量構效關系設計并上市的新型抗菌藥物。除藥效學外，藥物設計的構效關系研究還包括構效關系研究(SKR)和構效關系研究(STR)。區分決定藥物療效的基團(即藥效團)、影響藥代動力學的結構部分(藥代動力學基團)和毒性基團，以便在設計藥物時考慮藥物的代謝性質和毒性，為設計高效、低毒、安全的新藥提供依據。

　　還有與藥物研究的結構特性相關的結構-親和性關系(SAFIR)和結構-代謝關系(SMR)。

　　藥效構象

　　構象是由于有機化合物中單鍵的自由旋轉，形成各種不同空間排列的立體圖像。其中能量最低的構象最穩定，是首選構象。藥物的構象變化與其生物活性之間有著重要的關系，因為受體大分子的結構和構象在誘導fit方面與藥物是互補的。為了實現互補性，當藥物與受體相互作用時，藥物本身不一定采用其優勢構象，而是發生構象重組。藥物為了與受體的結合位點結合而采用的構象稱為活性構象，而藥物分子與受體結合時采用的實際構象為藥效構象。以棕櫚酸為例，其在水溶液中的優勢構象表現為伸展構象，而與脂肪酸結合蛋白(FABP)結合的藥物構象為收縮構象。在FABP的誘導下，棕櫚酸被扭曲成收縮的活性構象，然后才能與FABP結合。

　　在分子可能的構象中，原子之間的距離、原子核之間的斥力、電子之間的相互作用以及原子核與電子之間的引力都不一樣，所以具有不同的能量。分子的構象可以通過理論計算或實驗測量得知。比如進行構象分析，計算不同構象的相對能量，從而得到能量最低的構象；x射線衍射可以確定晶體結構，晶體的狀態代表分子處于晶格形式時的低能構象。核磁共振是通過偶合常數、化學位移等實驗數據計算藥物在溶液中不同構象的比例，從而估算藥物在體液環境中的存在形式。然而，藥效構象與固體和液體實驗確定的或理論計算的孤立分子狀態的優勢構象不一定一致。藥效構象允許熱力學不穩定的構象，其能量差由與受體的點相互作用釋放的能量來補償。當扭轉勢壘較小時，生物相中的構象轉變是允許的。

　　定量結構-活性關系(QSAR)

　　從定性的角度討論了藥物的化學結構與生物活性的關系，即分子結構和構象的變化與生物活性的存在和強弱的關系來推測藥物的作用方式和機制。構效關系研究的重要突破是量化，這極大地促進了當時藥物設計的發展。定量構效關系的研究可以推斷藥物作用機制，預測新設計化合物的生物活性，指導新藥設計，提高成功率。

　　定量構效關系(QSAR)研究一組化合物的生物活性與其結構特征之間的關系。結構特征由物理化學參數、分子拓撲參數、量子化學指數和/或結構碎片指數表示。用數理統計方法進行數據回歸分析，用數學模型表達和總結數量變化規律。由于數學模型的參數大多是從化合物的二維結構中獲得的，這種定量構效關系研究可以稱為2D-QSAR。二維結構是指原子的連接順序和方式，也可以反映幾何異構體存在時構型與活性的關系。

　　早在100多年前，藥理學家就試圖用函數式來表達構效關系。但由于當時科技水平的限制，缺乏表征化學結構的物理量，未能得到實際的發展和應用。直到1964年，Hansch和Fujita首次將物理有機化學中取代基的Hammett方程中Hammett常數的定量處理方法應用于生物活性與結構的定量關系，首次建立了定量構效關系的研究方法。同時，本文提出的Free-Wilson模型通過加入取代基的活性貢獻來確定定量構效關系。Kier等人的分子連接性定律通過拓撲學描述化合物的化學結構。這些物理化學參數、結構參數、幾何參數、電學參數和拓撲參數與生物活性之間的相關性研究大多采用多元回歸分析來求解數學模型。此外，模式識別的人工智能技術和人工神經網絡方法用于統計。

　　在QSAR，生物效應的大小通常用產生標準生物效應時藥物的摩爾劑量或物質的量濃度的負對數[lg(1/C)]來表示。但標準的生物效應大多是用劑量效應曲線的敏感部分來表示的，如酶抑制劑抑制50%藥物特異性結合的物質的濃度(IC50)，半致死物質的濃度(LD50)，產生50%最大效應的藥物的濃度(ED50)。