Субстрат (химия) - Substrate (chemistry)

Для использования в других целях см. Субстрат.

В химии субстрат обычно химические вещества наблюдается в химическая реакция, который реагирует с реагент создать товар. Он также может относиться к поверхности, на которой происходят другие химические реакции, или играть вспомогательную роль в различных спектроскопических и микроскопических методах.[1] В синтетический и органическая химия, субстрат - это интересующее химическое вещество, которое модифицируется. В биохимия, ферментный субстрат материал, на котором фермент действует. При обращении к Принцип Ле Шателье, субстрат - это реагент, концентрация которого изменяется. Период, термин субстрат сильно зависит от контекста.[2]

Микроскопия

В трех самых распространенных наноразмерных микроскопия техники, атомно-силовая микроскопия (АСМ), сканирующая туннельная микроскопия (STM) и просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) для монтажа 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 помех в данных микроскопии. Образцы наносятся на подложку тонкими слоями, где она может действовать как прочная основа 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. Например, для АСМ чешуек графита необходимы теплоизолирующие подложки.[5], а для ПЭМ требуются проводящие подложки. В некоторых случаях слово «подложка» может использоваться для обозначения самого образца, а не твердой основы, на которую он помещается.

Спектроскопия

Различный спектроскопический методы также требуют, чтобы образцы были закреплены на подложках, таких как порошковая дифракция. Этот тип дифракции, который включает в себя направление рентгеновских лучей с высоким содержанием порошка на порошковые образцы для определения кристаллической структуры, часто выполняется с помощью аморфный субстрат таким образом, чтобы он не мешал полученному сбору данных. Кремниевые подложки также широко используются из-за их рентабельности и относительно небольшого влияния данных при сборе рентгеновских лучей.[6]

Монокристалл субстраты полезны в порошковая дифракция потому что их можно отличить от интересующего образца на дифрактограммах за счет фазового дифференцирования.[7]

Осаждение атомного слоя

В осаждение атомного слоя, субстрат 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

В биохимия, подложка представляет собой молекула на котором фермент действует. Ферменты катализировать химические реакции с участием субстрата (ов). В случае одного субстрата субстрат связывается с ферментом. активный сайт, и фермент-субстратный комплекс сформирован. Подложка превращается в один или несколько продукты, которые затем удаляются 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 перед тем, как взаимодействовать 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 творога (сычужный фермент коагуляция) - это реакция, которая происходит при добавлении фермента реннин доить. В этой реакции субстратом является молочный белок (например, казеин ), а фермент - реннин. Эти продукты представляют собой два полипептида, которые образовались в результате расщепления более крупного пептидного субстрата. Другой пример - химическое разложение из пероксид водорода осуществляется ферментом каталаза. Как ферменты катализаторы, они не меняются реакциями, которые они проводят. 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 первый (привязка) и третий (отмена привязки) шаги, как правило, обратимый, средний шаг может быть необратимый (как в только что упомянутых реакциях ренина и каталазы) или обратимым (например, многие реакции в гликолиз метаболический путь).

При увеличении концентрации субстрата скорость реакции будет увеличиваться из-за вероятности увеличения количества комплексов фермент-субстрат; это происходит до тех пор, пока фермент концентрация становится ограничивающий фактор.

Субстратная распущенность

Основная статья: Ферментная распущенность

Хотя ферменты, как правило, очень специфичны, некоторые из них способны выполнять катализ на более чем одном субстрате, и это свойство называется ферментная неразборчивость. Фермент может иметь много природных субстратов и широкий специфичность (например, окисление цитохром p450s ) или он может иметь единственный нативный субстрат с набором аналогичных неместных субстратов, которые он может катализировать с некоторой более низкой скоростью. Субстраты, с которыми данный фермент может реагировать in vitro в лабораторных условиях может не обязательно отражать физиологические, эндогенные субстраты ферментативных реакций in vivo. Это означает, что ферменты не обязательно выполняют в организме все реакции, которые могут быть возможны в лаборатории. Например, пока амид гидролаза жирных кислот (FAAH) может гидролизовать эндоканнабиноиды 2-арахидоноилглицерин (2-AG) и анандамид по сопоставимым ставкам in vitroгенетическое или фармакологическое нарушение FAAH повышает уровень анандамида, но не 2-AG, предполагая, что 2-AG не является эндогенным, in vivo субстрат для FAAH.[10] В другом примере N-ацилтаурины (NAT) резко увеличиваются у животных с нарушенным FAAH, но на самом деле они бедны in vitro Подложки FAAH.[11]

Чувствительность

Чувствительные основания также известен как подложки с чувствительным индексом препараты, которые демонстрируют увеличение AUC ≥5-кратного с сильные ингибиторы индекса данного метаболический путь в клинической лекарственное взаимодействие (DDI) исследования.[12]

Умеренно чувствительные основания являются лекарствами, которые демонстрируют увеличение AUC от ≥2 до <5 раз с сильными ингибиторами индекса данного метаболического пути в клинических исследованиях DDI.[12]

Взаимодействие между субстратами

Метаболизм тем же цитохром P450 изофермент может привести к нескольким клинически значимым лекарственным взаимодействиям.[13]


Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б «Подложки для АСМ, СТМ». www.emsdiasum.com. Получено 2019-12-01.
  2. ^ ИЮПАК, Сборник химической терминологии 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "субстрат ". Дои:10.1351 / goldbook.S06082
  3. ^ Хорняк, Г. Л .; 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. Дои:10.1016 / S0968-4328 (97) 00058-9. ISSN  0968-4328.
  4. ^ «Кремниевые пластины для АСМ, СТМ». www.emsdiasum.com. Получено 2019-12-01.
  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. Дои:10.1016 / j.optcom.2017.05.015. ISSN  0030-4018.
  6. ^ «Держатели образцов - дифракция рентгеновских лучей». Bruker.com. Получено 2019-12-01.
  7. ^ Кларк, Кристин М .; Датроу, Барбара Л. «Монокристаллическая дифракция рентгеновских лучей». Геохимические приборы и анализ.
  8. ^ Детавернье, 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. Дои: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 технологии. 27 (7): 074012. Дои:10.1088/0268-1242/27/7/074012. ISSN  0268-1242.
  10. ^ Cravatt, B.F .; Демарест, К .; Patricelli, M.P .; Bracey, M.H .; Gaing, D.K .; Martin, B.R .; Лихтман, А.Х. (2001). «Сверхчувствительность к анандамиду и усиление эндогенной каннабиноидной передачи сигналов у мышей, лишенных гидролазы амида жирных кислот». Proc. Natl. Акад. Sci. Соединенные Штаты Америки. 98 (16): 9371–9376. Bibcode:2001PNAS ... 98.9371C. Дои:10.1073 / pnas.161191698. ЧВК  55427. PMID  11470906.
  11. ^ Сагательян, А .; Trauger, S.A .; Хочу, E.J .; Hawkins, E.G .; 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. Дои:10.1021 / bi0480335. PMID  15533037.
  12. ^ а б «Разработка лекарств и их взаимодействия: таблица субстратов, ингибиторов и индукторов». Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США.
  13. ^ Огу, СС; Макса, JL (2000). «Лекарственное взаимодействие, вызванное цитохромом P450». Труды (Бейлорский университет. Медицинский центр). 13 (4): 421–423. Дои:10.1080/08998280.2000.11927719. ЧВК  1312247. PMID  16389357.