W biochemii substrat to cząsteczka, na którą działa enzym. Enzymy katalizują reakcje chemiczne z udziałem substratu (lub substratów). W przypadku pojedynczego substratu, substrat wiąże się z miejscem aktywnym enzymu i powstaje kompleks enzym-substrat. Substrat jest przekształcany w jeden lub więcej produktów, które są następnie uwalniane z miejsca aktywnego. Miejsce aktywne jest wtedy wolne i może przyjąć kolejną cząsteczkę substratu. W przypadku więcej niż jednego substratu, mogą one wiązać się w określonej kolejności do miejsca aktywnego, po czym reagować ze sobą w celu wytworzenia produktów. Substrat nazywany jest „chromogennym”, jeśli w wyniku działania enzymu powstaje barwny produkt. W histologicznych badaniach lokalizacji enzymów, zabarwiony produkt działania enzymu może być oglądany pod mikroskopem, w cienkich przekrojach tkanek biologicznych. Podobnie, substrat nazywany jest „fluorogenicznym”, jeśli w wyniku działania enzymu powstaje produkt fluorescencyjny.
Na przykład, tworzenie skrzepu (koagulacja podpuszczkowa) jest reakcją, która zachodzi po dodaniu enzymu podpuszczki do mleka. W tej reakcji substratem jest białko mleka (np. kazeina), a enzymem jest rennina. Produktami są dwa polipeptydy, które powstały w wyniku rozszczepienia większego peptydu będącego substratem. Innym przykładem jest rozkład chemiczny nadtlenku wodoru przeprowadzany przez enzym katalazę. Ponieważ enzymy są katalizatorami, nie ulegają zmianie w wyniku przeprowadzanych przez nie reakcji. Substrat(y) jest(są) jednak przekształcany(e) w produkt(y). Tutaj nadtlenek wodoru jest przekształcany w wodę i tlen.
E + S ↽ – – ⇀ ES ⟶ EP ↽ – – ⇀ E + P {{displaystyle {{E}+ S <> ES – {{E}+ S >> EP <> {E}+ P}}
- Gdzie E oznacza enzym, S – substrat, a P – produkt
Podczas gdy etapy pierwszy (wiązanie) i trzeci (niewiązanie) są, są na ogół odwracalne, środkowy etap może być nieodwracalny (jak w reakcjach renniny i katalazy, o których właśnie wspomniano) lub odwracalny (np.np. wiele reakcji w szlaku metabolicznym glikolizy).
Zwiększając stężenie substratu, szybkość reakcji wzrośnie ze względu na prawdopodobieństwo zwiększenia liczby kompleksów enzym-substrat; dzieje się tak aż do momentu, gdy stężenie enzymu stanie się czynnikiem ograniczającym.
Substrate promiscuityEdit
Ale enzymy są zazwyczaj wysoce specyficzne, niektóre są w stanie przeprowadzać katalizę na więcej niż jednym substracie, właściwość określana jako promiscuity enzymu. Enzym może mieć wiele rodzimych substratów i szeroką specyficzność (np. utlenianie przez cytochrom p450s) lub może mieć jeden rodzimy substrat z zestawem podobnych nierodzimych substratów, które może katalizować z mniejszą szybkością. Substraty, z którymi dany enzym może reagować in vitro, w warunkach laboratoryjnych, nie muszą odzwierciedlać fizjologicznych, endogennych substratów reakcji enzymatycznych in vivo. Oznacza to, że enzymy niekoniecznie przeprowadzają wszystkie reakcje w organizmie, które mogą być możliwe do przeprowadzenia w laboratorium. Na przykład, podczas gdy hydrolaza amidowa kwasów tłuszczowych (FAAH) może hydrolizować endokannabinoidy 2-arachidonoiloglicerol (2-AG) i anandamid z porównywalną szybkością in vitro, genetyczne lub farmakologiczne wyłączenie FAAH powoduje wzrost stężenia anandamidu, ale nie 2-AG, co sugeruje, że 2-AG nie jest endogennym substratem in vivo dla FAAH. W innym przykładzie, obserwuje się gwałtowny wzrost N-acyl tauryn (NAT) u zwierząt z zaburzoną FAAH, ale w rzeczywistości są one słabymi substratami FAAH in vitro.
Wrażliwe substraty
Wrażliwe substraty znane również jako wrażliwe substraty wskaźnikowe to leki, które wykazują wzrost AUC ≥5-krotny z silnymi inhibitorami wskaźnikowymi danego szlaku metabolicznego w badaniach klinicznych interakcji lek-lek (DDI).
Umiarkowanie wrażliwe substraty to leki, które wykazują zwiększenie AUC od ≥2 do <5-krotne z silnymi inhibitorami danego szlaku metabolicznego w badaniach klinicznych DDI.
Interakcje między substratamiEdit
Metabolizm przez ten sam izozym cytochromu P450 może prowadzić do kilku istotnych klinicznie interakcji lek-lek.