En biochimie, le substrat est une molécule sur laquelle agit une enzyme. Les enzymes catalysent des réactions chimiques impliquant le ou les substrats. Dans le cas d’un substrat unique, le substrat se lie au site actif de l’enzyme, et un complexe enzyme-substrat est formé. Le substrat est transformé en un ou plusieurs produits, qui sont ensuite libérés du site actif. Le site actif est alors libre d’accepter une autre molécule de substrat. Dans le cas de plusieurs substrats, ceux-ci peuvent se lier dans un ordre particulier au site actif, avant de réagir ensemble pour produire des produits. Un substrat est dit « chromogène » s’il donne lieu à un produit coloré lorsqu’il est traité par une enzyme. Dans les études histologiques de localisation des enzymes, le produit coloré de l’action enzymatique peut être observé au microscope, dans des coupes fines de tissus biologiques. De même, un substrat est dit » fluorogène » s’il donne lieu à un produit fluorescent lorsqu’il est agi par une enzyme.
Par exemple, la formation du caillé (coagulation de la présure) est une réaction qui se produit lors de l’ajout de l’enzyme rennine au lait. Dans cette réaction, le substrat est une protéine du lait (par exemple, la caséine) et l’enzyme est la rennine. Les produits sont deux polypeptides qui ont été formés par le clivage du substrat peptidique plus grand. Un autre exemple est la décomposition chimique du peroxyde d’hydrogène effectuée par l’enzyme catalase. Les enzymes étant des catalyseurs, elles ne sont pas modifiées par les réactions qu’elles effectuent. Le(s) substrat(s), cependant, est/sont converti(s) en produit(s). Ici, le peroxyde d’hydrogène est transformé en eau et en oxygène gazeux.
E + S ↽ – – ⇀ ES ⟶ EP ↽ – – ⇀ E + P {\displaystyle {\ce {{E}+ S <> ES -> EP <> {E}+ P}}
- Où E est l’enzyme, S le substrat et P le produit
Alors que les première (liaison) et troisième (déliaison) étapes sont, en général, réversibles, l’étape intermédiaire peut être irréversible (comme dans les réactions de la rennine et de la catalase que nous venons de mentionner) ou réversible (par ex.par exemple, de nombreuses réactions dans la voie métabolique de la glycolyse).
En augmentant la concentration du substrat, la vitesse de réaction augmentera en raison de la probabilité que le nombre de complexes enzyme-substrat augmente ; cela se produit jusqu’à ce que la concentration de l’enzyme devienne le facteur limitant.
Promiscuité du substratModifié
Bien que les enzymes soient généralement très spécifiques, certaines sont capables d’effectuer la catalyse sur plus d’un substrat, une propriété appelée promiscuité enzymatique. Une enzyme peut avoir de nombreux substrats natifs et une large spécificité (par exemple, l’oxydation par les cytochromes p450s) ou elle peut avoir un seul substrat natif avec un ensemble de substrats non natifs similaires qu’elle peut catalyser à un certain taux inférieur. Les substrats avec lesquels une enzyme donnée peut réagir in vitro, en laboratoire, ne reflètent pas nécessairement les substrats physiologiques et endogènes des réactions de l’enzyme in vivo. En d’autres termes, les enzymes ne réalisent pas nécessairement toutes les réactions de l’organisme qui sont possibles en laboratoire. Par exemple, alors que l’amide hydrolase d’acide gras (FAAH) peut hydrolyser les endocannabinoïdes 2-arachidonoylglycérol (2-AG) et anandamide à des taux comparables in vitro, la perturbation génétique ou pharmacologique de la FAAH augmente l’anandamide mais pas le 2-AG, ce qui suggère que le 2-AG n’est pas un substrat endogène, in vivo, de la FAAH. Dans un autre exemple, on observe que les N-acyl taurines (NATs) augmentent considérablement chez les animaux perturbés par la FAAH, mais sont en fait de mauvais substrats in vitro de la FAAH.
SensibilitéEdit
Les substrats sensibles également appelés substrats d’index sensibles sont des médicaments qui démontrent une augmentation de l’ASC de ≥5 fois avec des inhibiteurs d’index forts d’une voie métabolique donnée dans les études cliniques d’interaction médicamenteuse (DDI).
Les substrats modérément sensibles sont des médicaments qui démontrent une augmentation de l’ASC de ≥2 à <5 fois avec des inhibiteurs d’index forts d’une voie métabolique donnée dans les études cliniques d’interaction médicamenteuse.
Interaction entre substratsModifier
Le métabolisme par la même isozyme du cytochrome P450 peut entraîner plusieurs interactions médicamenteuses cliniquement significatives.