Пуговицы Наполеона. Семнадцать молекул, которые изменили мир

Поскольку оказалось, что выпущенный компанией “Байер” героин не вызывает тошноты и запоров, как морфин, его стали назначать от кашля, астмы, мигрени, эмфиземы, даже туберкулеза. Однако как только побочное действие этого “супераспирина” стало очевидным, компания перестала его рекламировать. Когда в 1917 году истек срок действия патента на аспирин и его начали производить другие компании, “Байер” подала в суд в связи с нарушением патентного права. Однако она никогда не преследовала в судебном порядке использование названия “героин” для диацетилморфина.

В настоящее время в большинстве стран действует запрет на ввоз, производство и владение героином. Но все эти меры бессильны против незаконной торговли маленькими молекулами. Одной из проблем, с которыми сталкиваются подпольные лаборатории, производящие героин из морфина, является устранение следов уксусной кислоты — одного из побочных продуктов синтеза. Уксусная кислота имеет характерный запах (запах уксуса). Часто именно этот запах позволяет спецслужбам обнаружить подпольное производство. Специально обученные собаки способны учуять очень слабый запах, который человеческий нос уловить не в состоянии.

Исследования обезболивающей способности морфина и родственных алкалоидов показывают, что эти вещества не препятствуют прохождению нервных импульсов в головной мозг. Вместо этого они изменяют способ восприятия им болевых сигналов. По-видимому, молекула морфина может связываться с болевыми рецепторами в головном мозге и блокировать их действие, что соответствует химической теории о том, что для связывания с рецептором молекула должна иметь совершенно определенную форму.

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”.