In biochimica, il substrato è una molecola su cui agisce un enzima. Gli enzimi catalizzano reazioni chimiche che coinvolgono il substrato (o i substrati). Nel caso di un singolo substrato, il substrato si lega al sito attivo dell’enzima e si forma un complesso enzima-substrato. Il substrato viene trasformato in uno o più prodotti, che vengono poi rilasciati dal sito attivo. Il sito attivo è quindi libero di accettare un’altra molecola di substrato. Nel caso di più di un substrato, questi possono legarsi in un ordine particolare al sito attivo, prima di reagire insieme per produrre prodotti. Un substrato è detto “cromogenico” se dà origine a un prodotto colorato quando viene agito da un enzima. Negli studi istologici di localizzazione degli enzimi, il prodotto colorato dell’azione enzimatica può essere visto al microscopio, in sezioni sottili di tessuti biologici. Allo stesso modo, un substrato è detto ‘fluorogenico’ se dà origine a un prodotto fluorescente quando viene agito da un enzima.
Per esempio, la formazione della cagliata (coagulazione presamica) è una reazione che avviene quando si aggiunge l’enzima rennina al latte. In questa reazione, il substrato è una proteina del latte (ad esempio, la caseina) e l’enzima è la rennina. I prodotti sono due polipeptidi che si sono formati dalla scissione del substrato peptidico più grande. Un altro esempio è la decomposizione chimica del perossido di idrogeno effettuata dall’enzima catalasi. Poiché gli enzimi sono catalizzatori, non vengono modificati dalle reazioni che svolgono. Il substrato (o i substrati), tuttavia, viene convertito in prodotto (o prodotti). Qui, il perossido di idrogeno viene convertito in acqua e ossigeno gassoso.
E + S ↽ – – ⇀ ES ⟶ EP ↽ – – ⇀ E + P {\displaystyle {\ce {{E}+ S <> ES -> EP <> {E}+ P}}
- dove E è l’enzima, S è il substrato, e P è il prodotto
Mentre il primo (legame) e il terzo (scioglimento) passo sono, in generale, reversibili, il passo intermedio può essere irreversibile (come nelle reazioni di rennina e catalasi appena menzionate) o reversibile (ad es.
Aumentando la concentrazione del substrato, il tasso di reazione aumenterà a causa della probabilità che il numero di complessi enzima-substrato aumenti; questo si verifica fino a quando la concentrazione dell’enzima diventa il fattore limitante.
Promiscuità del substratoEdit
Anche se gli enzimi sono tipicamente altamente specifici, alcuni sono in grado di eseguire la catalisi su più di un substrato, una proprietà definita promiscuità enzimatica. Un enzima può avere molti substrati nativi e un’ampia specificità (ad esempio l’ossidazione da parte del citocromo p450) o può avere un singolo substrato nativo con un insieme di substrati simili non nativi che può catalizzare a un tasso inferiore. I substrati con cui un dato enzima può reagire in vitro, in un ambiente di laboratorio, non riflettono necessariamente i substrati fisiologici ed endogeni delle reazioni dell’enzima in vivo. Vale a dire che gli enzimi non eseguono necessariamente tutte le reazioni nel corpo che possono essere possibili in laboratorio. Per esempio, mentre l’idrolasi dell’ammide degli acidi grassi (FAAH) può idrolizzare gli endocannabinoidi 2-arachidonoilglicerolo (2-AG) e l’anandamide a tassi comparabili in vitro, l’interruzione genetica o farmacologica di FAAH eleva l’anandamide ma non il 2-AG, suggerendo che il 2-AG non è un substrato endogeno in vivo per FAAH. In un altro esempio, si è osservato che le N-acil taurine (NATs) aumentano drammaticamente negli animali con FAAH interrotto, ma sono in realtà poveri substrati di FAAH in vitro.
SensibilitàModifica
I substrati sensibili, noti anche come substrati indice sensibili, sono farmaci che dimostrano un aumento dell’AUC di ≥5 volte con forti inibitori indice di una determinata via metabolica in studi clinici di interazione farmaco-farmaco (DDI).
Substrati moderatamente sensibili sono farmaci che dimostrano un aumento dell’AUC da ≥2 a <5 volte con forti inibitori di indice di una determinata via metabolica in studi clinici di DDI.
Interazione tra substratiModifica
Il metabolismo dello stesso isozima del citocromo P450 può provocare diverse interazioni farmaco-farmaco clinicamente significative.