Пуговицы Наполеона. Семнадцать молекул, которые изменили мир - Джей Берресон, Пенни Лекутер (2003)

Морфин имитирует действие эндорфинов — природных болеутоляющих молекул, содержание которых в головном мозге обычно очень низкое, но возрастает в моменты стресса. Эндорфины — это полипептиды, то есть вещества, состоящие из соединенных молекул аминокислот. Пептиды являются структурной основой белков, например белка шелка (см. главу 6). Но если молекула белка шелка состоит из сотен или даже тысяч аминокислотных остатков, то эндорфины построены всего из нескольких аминокислот. Два известных эндорфина являются пентапептидами (состоят из пяти аминокислотных остатков). Оба эти эндорфина имеют такой же структурный элемент, какой содержится в молекуле морфина: остаток β-фенилэтиламина. Считается, что именно этот элемент структуры отвечает за влияние на мозг таких веществ, как ЛСД, мескалин и некоторых других галлюциногенных молекул.

Остаток β-фенилэтиламина

Хотя в остальном молекулы эндорфинов и морфина не имеют между собой ничего общего, считается, что данного структурного элемента достаточно, чтобы они могли связываться с одними и теми же участками мозга.

Остаток β-фенилэтиламина в молекуле морфина

Однако морфин и производные химические вещества отличаются от других галлюциногенных молекул еще и наркотическим действием: они обезболивают, усыпляют и вызывают привыкание. По-видимому, это связано с наличием в их молекулах следующих структурных элементов: 1) фенольное, или ароматическое, кольцо; 2) четвертичный атом углерода (то есть атом углерода, связанный с четырьмя другими атомами углерода); 3) CH2-CH2-группа, связанная с 4) третичным атомом азота (то есть атомом азота, связанным с тремя атомами углерода).

Структурные элементы молекулы морфина: 1) бензольное кольцо; 2) четвертичный атом углерода (выделен жирным шрифтом); 3) две связанные между собой CH2-группы; 4) третичный атом азота (выделен жирным шрифтом)

Соединив все эти элементы вместе, мы получим структуру, подчиняющуюся так называемому морфиновому правилу:

Важнейшие элементы структуры, подчиняющейся “морфиновому правилу”

Ниже показано, что в молекуле морфина соблюдены эти условия (как, например, в молекулах кодеина и героина).

Структура морфина и ее соответствие “морфиновому правилу”, которое обеспечивает физиологическое действие обезболивающих препаратов

Определяющая роль данного структурного элемента в проявлении наркотических свойств была открыта благодаря научной интуиции. Ученые, которые вкалывали крысам синтетический препарат меперидин, заметили, что после инъекции крысы держат хвост совершенно определенным образом, причем тот же эффект наблюдался ранее при инъекции морфина.

Меперидин

Молекула меперидина не очень похожа на молекулу морфина. Что же между ними общего? Во-первых, бензольное кольцо. Во-вторых, соединенный с ним четвертичный атом углерода. В-третьих, группа CH2-CH2. В-четвертых, третичный атом азота, то есть элементы “морфинового правила”.

Демонстрация “морфинового правила” на структуре меперидина (демерола)

Тестирование меперидина показало, что он оказывает обезболивающее действие. Это вещество, известное под торговым названием демерол, часто используют вместо морфина, поскольку оно хотя и менее эффективно ослабляет боль, почти не оказывает рвотного действия. Однако оно также вызывает привыкание. Еще один мощный синтетический анальгетик, метадон, подобно героину и морфину, подавляет нервную систему, но не вызывает дремоты или эйфории. Структура метадона не вполне удовлетворяет “морфиновому правилу”: в этой молекуле нет двух соединенных между собой CH2-групп, поскольку к одной из них присоединена дополнительная CH3-группа. Это, казалось бы, незначительное отличие, по-видимому, определяет различие в биологической активности веществ.