In de biochemie is het substraat een molecuul waarop een enzym inwerkt. Enzymen katalyseren chemische reacties waarbij het substraat of de substraten betrokken zijn. In het geval van een enkel substraat bindt het substraat zich met de actieve site van het enzym, en wordt een enzym-substraatcomplex gevormd. Het substraat wordt omgezet in een of meer producten, die vervolgens worden vrijgemaakt uit de actieve zone. De actieve site is dan vrij om een ander substraatmolecuul te aanvaarden. In het geval van meer dan één substraat, kunnen deze zich in een bepaalde volgorde aan de actieve plaats binden, alvorens samen te reageren om producten te produceren. Een substraat wordt “chromogeen” genoemd als het een gekleurd product oplevert wanneer het door een enzym wordt bewerkt. Bij histologisch onderzoek naar de lokalisatie van enzymen kan het gekleurde product van de enzymwerking onder een microscoop worden bekeken, in dunne coupes van biologische weefsels. Evenzo wordt een substraat “fluorogeen” genoemd als het een fluorescerend product oplevert wanneer het door een enzym wordt beïnvloed.
Bijv. de vorming van wrongel (stremming door stremsel) is een reactie die optreedt wanneer het enzym stremsel aan melk wordt toegevoegd. Bij deze reactie is het substraat een melkeiwit (b.v. caseïne) en het enzym stremsel. De producten zijn twee polypeptiden die zijn gevormd door de splitsing van het grotere peptidesubstraat. Een ander voorbeeld is de chemische afbraak van waterstofperoxide door het enzym catalase. Aangezien enzymen katalysatoren zijn, worden zij niet veranderd door de reacties die zij uitvoeren. Het (de) substraat(en) wordt (worden) echter omgezet in product(en). Hier wordt waterstofperoxide omgezet in water en zuurstofgas.
E + S ↽ – – ⇀ ES ⟶ EP ↽ – – ⇀ E + P {Displaystyle {{E}+ S <> ES -.> EP <> {E}+ P}}
- Waar E is enzym, S is substraat, en P is product
Want de eerste (binding) en derde (ontbinding) stappen zijn, in het algemeen omkeerbaar zijn, kan de middelste stap onomkeerbaar zijn (zoals in de zojuist genoemde rennine- en catalase-reacties) of omkeerbaar (bijv.b.v. veel reacties in de metabole route van de glycolyse).
Door verhoging van de substraatconcentratie zal de reactiesnelheid toenemen doordat het aantal enzym-substraatcomplexen waarschijnlijk zal toenemen; dit gebeurt totdat de enzymconcentratie de beperkende factor wordt.
Substraat promiscuïteitEdit
Hoewel enzymen typisch zeer specifiek zijn, zijn sommige in staat om katalyse uit te voeren op meer dan één substraat, een eigenschap die enzyme promiscuity wordt genoemd. Een enzym kan veel natieve substraten hebben en een brede specificiteit (bv. oxidatie door cytochroom p450’s) of het kan één natief substraat hebben met een reeks vergelijkbare niet-natieve substraten die het met een lagere snelheid kan katalyseren. De substraten waarmee een bepaald enzym in vitro, in een laboratoriumomgeving, kan reageren, zijn niet noodzakelijk een afspiegeling van de fysiologische, endogene substraten van de reacties van het enzym in vivo. Dat wil zeggen dat enzymen niet noodzakelijk alle reacties in het lichaam uitvoeren die in het laboratorium mogelijk zijn. Bijvoorbeeld, terwijl vetzuur-amidehydrolase (FAAH) de endocannabinoïden 2-arachidonoylglycerol (2-AG) en anandamide met vergelijkbare snelheid in vitro kan hydrolyseren, verhoogt genetische of farmacologische verstoring van FAAH anandamide maar niet 2-AG, hetgeen suggereert dat 2-AG geen endogeen, in vivo substraat voor FAAH is. In een ander voorbeeld worden de N-acyl taurines (NATs) waargenomen die dramatisch toenemen in FAAH-gestoorde dieren, maar eigenlijk slechte in vitro FAAH-substraten zijn.
GevoeligheidsEdit
Gevoelige substraten ook bekend als gevoelige indexsubstraten zijn geneesmiddelen die een toename in AUC laten zien van ≥5-voud met sterke indexremmers van een bepaalde metabolische route in klinische geneesmiddel-geneesmiddelinteractie (DDI)-studies.
Matig gevoelige substraten zijn geneesmiddelen die een toename in AUC laten zien van ≥2 tot <5-voud met sterke indexremmers van een bepaalde metabolische route in klinische DDI-studies.
Interactie tussen substratenEdit
Metabolisme door hetzelfde cytochroom P450-isozym kan resulteren in verschillende klinisch significante geneesmiddel-geneesmiddelinteracties.