Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях см. Подложка .

В химии субстрат обычно представляет собой химическое соединение , наблюдаемое в химической реакции , которое реагирует с реагентом с образованием продукта . Он также может относиться к поверхности, на которой происходят другие химические реакции, или играть вспомогательную роль в различных спектроскопических и микроскопических методах. [1] В синтетической и органической химии субстрат - это интересующее химическое вещество, которое модифицируется. В биохимии , субстрат фермента является материалом , на котором фермент действует. Ссылаясь на принцип Ле Шателье, субстрат - это реагент, концентрация которого изменяется. Термин « субстрат» сильно зависит от контекста. [2]

Микроскопия [ править ]

В трех наиболее распространенных методах наномасштабной микроскопии , атомно-силовой микроскопии (АСМ), сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) и просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) для крепления образца требуется подложка. Подложки часто тонкие и относительно не содержат химических элементов или дефектов. [3] Обычно используются пластины из серебра, золота или кремния из-за простоты их изготовления и отсутствия интерференции в данных микроскопии. Образцы наносятся на подложку тонкими слоями, где она может выступать в качестве твердой основы надежной толщины и пластичности. [1] [4] Гладкость подложки особенно важна для этих типов микроскопии, поскольку они чувствительны к очень небольшим изменениям высоты образца.

В отдельных случаях используются различные другие подложки для размещения самых разных образцов. Теплоизолирующие подложки требуются, например, для АСМ чешуек графита [5], а проводящие подложки требуются для ПЭМ. В некоторых контекстах слово «подложка» может использоваться для обозначения самого образца, а не твердой основы, на которую он помещен.

Спектроскопия [ править ]

Различные спектроскопические методы также требуют закрепления образцов на подложках, таких как порошковая дифракция . Этот тип дифракции, который включает направление мощных рентгеновских лучей на порошковые образцы для определения кристаллических структур, часто выполняется с аморфной подложкой, так что это не мешает получению получаемых данных. Кремниевые подложки также широко используются из-за их рентабельности и относительно небольшого влияния данных при сборе рентгеновских лучей. [6]

Монокристаллические подложки полезны при порошковой дифракции, потому что они отличаются от интересующего образца на дифрактограммах путем дифференцирования по фазам. [7]

Осаждение атомного слоя [ править ]

При осаждении атомного слоя подложка действует как начальная поверхность, на которой реагенты могут объединяться для точного создания химических структур. [8] [9] В зависимости от интересующей реакции используются самые разные субстраты, но они часто связывают реагенты с некоторым сродством, что позволяет им прилипать к субстрату.

Подложка последовательно подвергается воздействию различных реагентов и промывается между ними для удаления излишков. Подложка имеет решающее значение в этой технике, потому что первому слою необходимо место для связывания, чтобы он не терялся при воздействии второго или третьего набора реагентов.

Биохимия [ править ]

В биохимии субстрат - это молекула, на которую действует фермент . Ферменты катализируют химические реакции с участием субстрата (субстратов). В случае единственного субстрата, субстрат связывается с активным центром фермента , и образуется комплекс фермент-субстрат . Подложка превращается в один или несколько продуктов., которые затем снимаются с активного сайта. Тогда активный центр может свободно принимать другую молекулу субстрата. В случае более чем одного субстрата они могут связываться в определенном порядке с активным сайтом, прежде чем вступить в реакцию вместе с образованием продуктов. Субстрат называется «хромогенным», если он дает окрашенный продукт под действием фермента. При гистологических исследованиях локализации ферментов окрашенный продукт действия фермента можно увидеть под микроскопом в тонких срезах биологических тканей. Точно так же субстрат называется «флуорогенным», если он дает флуоресцентный продукт под действием фермента.

Например, образование сгустка ( сычужная коагуляция) - это реакция, которая происходит при добавлении фермента реннина в молоко. В этой реакции субстратом является молочный белок (например, казеин ), а ферментом - реннин. Эти продукты представляют собой два полипептида, которые образовались в результате расщепления более крупного пептидного субстрата. Другим примером является химическое разложение из перекиси водорода осуществляется с помощью фермента каталазы . Поскольку ферменты являются катализаторами , они не изменяются в результате проводимых ими реакций. Однако субстрат (субстраты) превращается / превращается в продукт (ы). Здесь перекись водорода превращается в воду и газообразный кислород.

  • Где E - фермент, S - субстрат, а P - продукт.

Хотя первая (связывание) и третья (развязывание) стадии, как правило, обратимы , средняя стадия может быть необратимой (как в только что упомянутых реакциях с реннином и каталазой) или обратимой (например, многие реакции метаболического пути гликолиза ).

При увеличении концентрации субстрата скорость реакции будет увеличиваться из-за вероятности увеличения количества комплексов фермент-субстрат; это происходит до тех пор, пока концентрация фермента не станет ограничивающим фактором .

Субстратная распущенность [ править ]

Основная статья: Ферментная распущенность

Хотя ферменты, как правило, очень специфичны, некоторые из них способны выполнять катализ более чем на одном субстрате, и это свойство называется промискуитетом ферментов . Фермент может иметь множество нативных субстратов и широкую специфичность (например, окисление цитохромом p450s ) или он может иметь единственный нативный субстрат с набором аналогичных ненативных субстратов, которые он может катализировать с некоторой более низкой скоростью. Субстраты, с которыми данный фермент может реагировать in vitro в лабораторных условиях, необязательно могут отражать физиологические, эндогенные субстраты реакций фермента in vivo . Это означает, что ферменты не обязательно выполняют в организме все реакции, которые могут быть возможны в лаборатории. Например, покаамидгидролаза жирных кислот (FAAH) может гидролизовать эндоканнабиноиды 2-арахидоноилглицерин (2-AG) и анандамид с сопоставимой скоростью in vitro , генетическое или фармакологическое нарушение FAAH повышает уровень анандамида, но не 2-AG, что позволяет предположить, что 2-AG не является эндогенным , субстрат in vivo для FAAH. [10] В другом примере, N- ацилтаурины (NAT) резко увеличиваются у животных с нарушенным FAAH, но на самом деле они являются бедными субстратами для FAAH in vitro . [11]

Чувствительность [ править ]

Чувствительные субстраты, также известные как субстраты чувствительного индекса, представляют собой препараты, которые демонстрируют увеличение AUC в ≥5 раз с сильными ингибиторами индекса данного метаболического пути в клинических исследованиях лекарственного взаимодействия (DDI). [12]

Субстраты с умеренной чувствительностью - это препараты, которые демонстрируют увеличение AUC от ≥2 до <5 раз с сильными ингибиторами индекса данного метаболического пути в клинических исследованиях DDI. [12]

Взаимодействие между субстратами [ править ]

Метаболизм одного и того же изофермента цитохрома P450 может привести к нескольким клинически значимым лекарственным взаимодействиям. [13]

См. Также [ править ]

  • Ограничивающий реагент
  • Кинетический анализ хода реакции
  • Растворитель

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b «Подложки для АСМ, СТМ» . www.emsdiasum.com . Проверено 1 декабря 2019 .
  2. ^ IUPAC , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) « Подложка ». DOI : 10,1351 / goldbook.S06082
  3. ^ Хорняк, GL; Пещель, ул. Sawitowski, Th .; Шмид, Г. (1998-04-01). «ТЕМ, СТМ и АСМ как инструменты для изучения кластеров и коллоидов». Микрон . 29 (2): 183–190. DOI : 10.1016 / S0968-4328 (97) 00058-9 . ISSN 0968-4328 . 
  4. ^ "Кремниевые пластины для AFM, STM" . Электронная микроскопия наук . Проверено 1 декабря 2019 .
  5. ^ Чжан, Ханг; Хуанг, Цзюньсян; Ван, Юнвэй; Лю, Руи; Хуай, Сюлань; Цзян, Цзинцзин; Анфузо, Шантель (01.01.2018). «Атомно-силовая микроскопия для двумерных материалов: учебный обзор». Оптика Коммуникации . Оптоэлектроника и фотоника на основе двумерных материалов. 406 : 3–17. DOI : 10.1016 / j.optcom.2017.05.015 . ISSN 0030-4018 . 
  6. ^ "Держатели образцов - рентгеновская дифракция" . Bruker.com . Проверено 1 декабря 2019 .
  7. ^ Кларк, Кристин М .; Датроу, Барбара Л. "Монокристаллическая дифракция рентгеновских лучей" . Геохимические приборы и анализ .
  8. ^ Detavernier, Кристоф; Дендувен, Джолиен; Шри, Срипрасантх Пулинтанатху; Людвиг, Карл Ф .; Мартенс, Йохан А. (17.10.2011). «Пошив нанопористых материалов методом осаждения атомных слоев». Обзоры химического общества . 40 (11): 5242–5253. DOI : 10.1039 / C1CS15091J . ISSN 1460-4744 . PMID 21695333 .  
  9. ^ Се, Ци; Дэн, Шаорен; Шекерс, Марк; Лин, Деннис; Каймакс, Мэтти; Делаби, Аннелис; Цюй, Синь-Пин; Цзян Юй-Лун; Дедуйче, Дэви; Детавернье, Кристоф (2012-06-22). «Пассивация поверхности германием и осаждение атомных слоев диэлектриков с высоким k - учебный обзор по МОП-конденсаторам на основе Ge». Полупроводниковая наука и технология . 27 (7): 074012. DOI : 10,1088 / 0268-1242 / 27/7/074012 . ISSN 0268-1242 . 
  10. ^ Cravatt, BF; Демарест, К .; Патричелли, депутат; Брейси, MH; Gaing, DK; Мартин, BR; Лихтман, AH (2001). «Сверхчувствительность к анандамиду и усиление эндогенной каннабиноидной передачи сигналов у мышей, лишенных гидролазы амида жирных кислот» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 98 (16): 9371–9376. Полномочный код : 2001PNAS ... 98.9371C . DOI : 10.1073 / pnas.161191698 . PMC 55427 . PMID 11470906 .  
  11. ^ Сагательян, А .; Trauger, SA; Хочу, EJ; Хокинс, EG; Сюздак, Г .; Краватт, Б.Ф. (2004). «Отнесение эндогенных субстратов к ферментам по глобальному профилированию метаболитов». Биохимия . 43 (45): 14322–14339. CiteSeerX 10.1.1.334.206 . DOI : 10.1021 / bi0480335 . PMID 15533037 .  
  12. ^ a b «Разработка лекарств и взаимодействия с ними: таблица субстратов, ингибиторов и индукторов» . Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США.
  13. ^ Огу, СС; Макса, JL (2000). «Лекарственное взаимодействие за счет цитохрома P450» . Труды (Бейлорский университет. Медицинский центр) . 13 (4): 421–423. DOI : 10.1080 / 08998280.2000.11927719 . PMC 1312247 . PMID 16389357 .