Весьма подробно исследованы к настоящему времени и механизмы действия наркотиков морфиевого ряда. Медицине и фармакологии давно известны свойства опия снимать болевые ощущения. Уже в 1803 году немецкий фармаколог Фриц Сертюнер сумел очистить препарат опиума и извлечь из него действующее начало – морфин. Медицинский препарат морфина широко использовался в клинической практике, особенно в годы первой мировой войны. Главный его недостаток – побочное действие, выражающееся в формировании химической зависимости и привыкания организма к наркотику. Поэтому были предприняты попытки найти замену морфию столь же эффективным обезболивающим средством, но лишенным побочного действия. Однако и все новые вещества, как оказалось на поверку, тоже вызывают синдром привыкания. Такая судьба постигла героин (1890), меперидин (1940) и другие производные морфина. Обилие различающихся по форме молекул опиатов дает основание для точного установления строения опиат-рецептора, к которому присоединяется молекула морфия, подобно рецептору тетродотоксина.

Все молекулы анальгетически активных опиатов имеют общие элементы. Молекула опия имеет жесткую Т-образную форму, представленную двумя взаимно перпендикулярными элементами. В основании Т-молекулы размещается гидроксильная группа, а на одном из концов горизонтальной планки – атом азота. Эти элементы составляют «базовую основу» ключа, открывающего рецептор-замок. Существенным представляется то, что обезболивающей и эйфорической активностью обладают лишь левовращающие изомеры морфиевого ряда, тогда как правовращающие такой активности лишены.

Многочисленными исследованиями было установлено, что опиат-рецепторы существуют в организмах всех без исключения позвоночных животных, от акулы до приматов, включая человека. Более того, оказалось, что сам организм способен синтезировать опиеподобные вещества, называемые энкефалинами (метионин-энкефалин и лейцин-энкефалин), состоящие из пяти аминокислот и обязательно содержащие специфический морфиевый «ключ». Энкефалины выбрасываются специальными энкефалиновыми нейронами и вызывают расслабление организма. В ответ на присоединение энкефалинов в опиат-рецептору управляющий нейрон посылает сигнал расслабления гладкой мускулатуре и воспринимается древнейшей формацией нервной системы – лимбическим мозгом – как состояние высшего блаженства, или эйфории. Такое состояние, например, может наступать после завершения стресса, хорошо выполненной работы или глубокого сексуального удовлетворения, требующих известной мобилизации сил организма. Морфий возбуждает опиат-рецептор, как и энкефалины, даже когда нет основания для блаженства, например, в случае болезни. Доказано, что состояние нирваны йогов есть не что иное, как эйфория, достигнутая выбросом энкефалинов путем аутотренинга и медитации. Таким способом йоги открывают доступ к гладкой мускулатуре и могут регулировать работу внутренних органов, даже приостанавливать биение сердца.

Детальные исследования синтетических опиатов дали интереснейшие результаты. В частности, были обнаружены морфиеподобные вещества, обладающие в десятки тысяч раз большей активностью, чем морфий, и вызывающие эйфорию уже при 0,1 мг (эторфин). Последовательно синтезируя новые и новые производные морфия, исследователи пытаются выяснить, какая же структурная часть молекулы наиболее точно соответствует рецептору. Подобным образом на опиат-рецепторы действуют и эндорфины. Некоторые опиаты обладают свойствами антагонистов морфия. Например, налорфин, полученный замещением метильной группы у азота в молекуле морфия на аллильную, почти немедленно приводит в чувство находящихся на грани смерти людей, отравленных морфием. В рамках теории ключа и замка довольно трудно понять, как химически инертная аллильная группа способна столь радикально изменить свойства вещества. К тому же, свойствами антагониста налорфин обладает лишь в одной стереоизомерной форме, когда аллильная группа становится продолжением Т-образной молекулы. В другом стереоизомере, где аллильная группа ориентирована перпендикулярно верхней планке, налорфин обладает свойствами слабого наркотика. Все эти данные наводят на мысль, что определенную роль в модели «ключа» и «замка» может играть гидратация гидрофобной части молекулы, как это видно на примере натриевых каналов. Гидратация, по-видимому, может вносить существенные помехи в специфическую рецепторную реакцию.

Все энкефалины и имитирующие их опиаты подобны ферментам, поскольку соединение их с рецептором влечет определенные биохимические превращения. Антагонистов морфия (например, налорфин) можно рассматривать как ингибиторы, конкурирующие в борьбе за акцептор с молекулами морфия. Ингибиторами следует считать и такие нервные яды, как тетродотоксин и сакситоксин, выигрывающие в борьбе за натриевый канал и блокирующие распространение сигнала действия вдоль аксона. Предполагается, что одна молекула ингибитора индивидуально выводит из строя одну или несколько молекул фермента, соединяясь с ними химически. При этом нарушается комплементарность фермента с субстратом, либо он вообще выпадает в осадок. По такому принципу протекают иммунологические реакции, когда каждая чужеродная молекула подвергается атаке со стороны иммуноглобулинов в составе сыворотки крови. Продукт взаимодействия можно наблюдать в пробирке в виде выпавших в осадок хлопьев, содержащих как чужеродные белки, так и иммунные тела. Однако такая модель не объясняет эффективности налорфина и тетродотоксина. Молекул этих веществ в активной зоне явно меньше, чем активных центров на поверхности субстрата. Как одна молекула налорфина может вывести из строя десятки молекул морфия, а одна молекула тетродотоксина блокировать сотни натриевых каналов?

В связи с указанными затруднениями следует вспомнить о других эффективных механизмах ингибирования, основанных на зависимости растворимости различных веществ от внешних условий. Границы гомогенных растворов часто оказываются весьма чувствительными к присутствию посторонних веществ, незначительные количества которых могут резко сместить фазовую границу раствор-эмульсия вплоть до того, что растворенное вещество выпадет из раствора и из зоны реакции. Действие такого ингибитора основано не на индивидуальном взаимодействии с молекулами, а на смещении констант физико-химического равновесия раствора. Поскольку устойчивость водных клеток и раствора в целом зависят от структуры молекул гидратируемых в растворе веществ, любые изменения структуры этих молекул могут изменять границы устойчивости. Можно предположить, что налорфин действует как ингибитор, смещая границу устойчивости водного раствора, в результате чего наркотическое вещество – морфий – выпадает в осадок. Точно так же, возможно, что потенциал действия и волна нервного возбуждения есть не только распространяющийся по аксону ток короткого замыкания, но и кратковременный (в течение нескольких миллисекунд) фазовый переход в тонком поверхностном слое раздела между мембраной и межклеточным раствором. В этом случае остановка сигнальной волны может осуществляться как через блокирование потоков ионов через мембрану, так и нарушением условий возникновения фазового перехода. Можно предположить, что такие вещества как тетродотоксин, присоединяясь к мембране, настолько сильно смещают константы равновесия, что имеющихся изменений в концентрации натрия может оказаться недостаточно для достижения фазового перехода расслоения.