De Wikipedia, la enciclopedia libre
Saltar a navegación Saltar a búsqueda
Para otros usos, consulte Sustrato .

En química, un sustrato es típicamente la especie química que se observa en una reacción química , que reacciona con un reactivo para generar un producto . También puede referirse a una superficie sobre la que se realizan otras reacciones químicas o desempeñar un papel de apoyo en una variedad de técnicas espectroscópicas y microscópicas. [1] En química orgánica y sintética , el sustrato es la sustancia química de interés que se está modificando. En bioquímica , un sustrato enzimático es el material sobre el que actúa una enzima . Al referirse al principio de Le Chatelier, el sustrato es el reactivo cuya concentración cambia. El término sustrato depende en gran medida del contexto. [2]

Microscopía [ editar ]

En tres de las técnicas de microscopía a nanoescala más comunes , microscopía de fuerza atómica (AFM), microscopía de túnel de barrido (STM) y microscopía electrónica de transmisión (TEM), se requiere un sustrato para el montaje de la muestra. Los sustratos suelen ser delgados y relativamente libres de defectos o características químicas. [3] Normalmente se utilizan obleas de plata, oro o silicio debido a su facilidad de fabricación y la falta de interferencia en los datos microscópicos. Las muestras se depositan sobre el sustrato en finas capas donde puede actuar como un soporte sólido de espesor y maleabilidad fiables. [1] [4] La suavidad del sustrato es especialmente importante para estos tipos de microscopía porque son sensibles a cambios muy pequeños en la altura de la muestra.

Varios otros sustratos se utilizan en casos específicos para adaptarse a una amplia variedad de muestras. Se requieren sustratos aislantes térmicamente para AFM de escamas de grafito, por ejemplo, [5] y se requieren sustratos conductores para TEM. En algunos contextos, la palabra sustrato se puede utilizar para referirse a la muestra en sí, en lugar del soporte sólido sobre el que se coloca.

Espectroscopia [ editar ]

Varias técnicas espectroscópicas también requieren que las muestras se monten en sustratos como la difracción de polvo . Este tipo de difracción, que implica dirigir rayos X de alta potencia a muestras de polvo para deducir estructuras cristalinas, a menudo se realiza con un sustrato amorfo de modo que no interfiera con la recopilación de datos resultante. Los sustratos de silicio también se utilizan comúnmente debido a su naturaleza rentable y a la relativamente poca interferencia de datos en la recolección de rayos X. [6]

Los sustratos monocristalinos son útiles en la difracción de polvo porque se distinguen de la muestra de interés en los patrones de difracción al diferenciarlos por fase. [7]

Deposición de la capa atómica [ editar ]

En la deposición de la capa atómica , el sustrato actúa como una superficie inicial en la que los reactivos se pueden combinar para construir estructuras químicas con precisión. [8] [9] Se utiliza una amplia variedad de sustratos dependiendo de la reacción de interés, pero con frecuencia se unen a los reactivos con cierta afinidad para permitir que se adhieran al sustrato.

El sustrato se expone a diferentes reactivos secuencialmente y se lava entre ellos para eliminar el exceso. Un sustrato es crítico en esta técnica porque la primera capa necesita un lugar para unirse de manera que no se pierda cuando se expone al segundo o tercer conjunto de reactivos.

Bioquímica [ editar ]

En bioquímica , el sustrato es una molécula sobre la que actúa una enzima . Las enzimas catalizan reacciones químicas que involucran al sustrato (s). En el caso de un solo sustrato, el sustrato se une al sitio activo de la enzima y se forma un complejo enzima-sustrato . El sustrato se transforma en uno o más productos., que luego se liberan del sitio activo. El sitio activo queda libre para aceptar otra molécula de sustrato. En el caso de más de un sustrato, estos pueden unirse en un orden particular al sitio activo, antes de reaccionar juntos para producir productos. Un sustrato se denomina "cromogénico" si da lugar a un producto coloreado cuando actúa sobre él una enzima. En los estudios histológicos de localización de enzimas, el producto coloreado de la acción de la enzima se puede ver al microscopio, en secciones delgadas de tejidos biológicos. De manera similar, un sustrato se denomina "fluorogénico" si da lugar a un producto fluorescente cuando actúa sobre él una enzima.

Por ejemplo, la formación de cuajada ( coagulación del cuajo ) es una reacción que ocurre al agregar la enzima renina a la leche. En esta reacción, el sustrato es una proteína de la leche (p. Ej., Caseína ) y la enzima es la renina. Los productos son dos polipéptidos que se han formado mediante la escisión del sustrato peptídico más grande. Otro ejemplo es la descomposición química del peróxido de hidrógeno realizada por la enzima catalasa . Como las enzimas son catalizadores , las reacciones que llevan a cabo no las modifican. Sin embargo, el (los) sustrato (s) se convierte (n) en producto (s). Aquí, el peróxido de hidrógeno se convierte en agua y oxígeno gaseoso.

  • Donde E es enzima, S es sustrato y P es producto

Mientras que el primer paso (unión) y el tercer paso (desvinculación) son, en general, reversibles , el paso intermedio puede ser irreversible (como en las reacciones de renina y catalasa recién mencionadas) o reversible (por ejemplo, muchas reacciones en la vía metabólica de la glucólisis ).

Al aumentar la concentración de sustrato, la velocidad de reacción aumentará debido a la probabilidad de que aumente el número de complejos enzima-sustrato; esto ocurre hasta que la concentración de enzima se convierte en el factor limitante .

Promiscuidad del sustrato [ editar ]

Artículo principal: promiscuidad enzimática

Aunque las enzimas son típicamente muy específicas, algunas pueden realizar catálisis en más de un sustrato, una propiedad denominada promiscuidad enzimática . Una enzima puede tener muchos sustratos nativos y una amplia especificidad (por ejemplo, oxidación por el citocromo p450s ) o puede tener un solo sustrato nativo con un conjunto de sustratos no nativos similares que puede catalizar a una velocidad menor. Los sustratos con los que una enzima determinada puede reaccionar in vitro , en un entorno de laboratorio, pueden no reflejar necesariamente los sustratos fisiológicos endógenos de las reacciones de la enzima in vivo . Es decir, las enzimas no necesariamente realizan todas las reacciones en el cuerpo que pueden ser posibles en el laboratorio. Por ejemplo, mientrasLa amida hidrolasa de ácido graso (FAAH) puede hidrolizar los endocannabinoides 2-araquidonoilglicerol (2-AG) y anandamida a tasas comparables in vitro , la alteración genética o farmacológica de FAAH eleva la anandamida pero no el 2-AG, lo que sugiere que el 2-AG no es endógeno , sustrato in vivo para FAAH. [10] En otro ejemplo, se observa que las N -acil taurinas (NAT) aumentan drásticamente en los animales afectados por FAAH, pero en realidad son sustratos de FAAH in vitro deficientes . [11]

Sensibilidad [ editar ]

Los sustratos sensibles también conocidos como sustratos de índice sensible son fármacos que demuestran un aumento en el AUC de ≥5 veces con inhibidores de índice fuertes de una vía metabólica determinada en estudios clínicos de interacción fármaco-fármaco (DDI). [12]

Los sustratos sensibles moderados son fármacos que demuestran un aumento en el AUC de ≥2 a <5 veces con inhibidores de índice fuertes de una vía metabólica determinada en estudios clínicos de DDI. [12]

Interacción entre sustratos [ editar ]

El metabolismo por la misma isoenzima del citocromo P450 puede resultar en varias interacciones farmacológicas clínicamente significativas. [13]

Ver también [ editar ]

  • Reactivo limitante
  • Análisis cinético del progreso de la reacción
  • Solvente

Referencias [ editar ]

  1. ^ a b "Sustratos para AFM, STM" . www.emsdiasum.com . Consultado el 1 de diciembre de 2019 .
  2. ^ IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida online: (2006–) " substrato ". doi : 10.1351 / goldbook.S06082
  3. ^ Hornyak, GL; Peschel, St .; Sawitowski, Th .; Schmid, G. (1 de abril de 1998). "TEM, STM y AFM como herramientas para estudiar clusters y coloides". Micron . 29 (2): 183-190. doi : 10.1016 / S0968-4328 (97) 00058-9 . ISSN 0968-4328 . 
  4. ^ "Obleas de silicio para AFM, STM" . Ciencias de la Microscopía Electrónica . Consultado el 1 de diciembre de 2019 .
  5. ^ Zhang, colgar; Huang, Junxiang; Wang, Yongwei; Liu, Rui; Huai, Xiulan; Jiang, Jingjing; Anfuso, Chantelle (1 de enero de 2018). "Microscopía de fuerza atómica para materiales bidimensionales: una revisión tutorial". Comunicaciones ópticas . Optoelectrónica y fotónica basadas en materiales bidimensionales. 406 : 3-17. doi : 10.1016 / j.optcom.2017.05.015 . ISSN 0030-4018 . 
  6. ^ "Portamuestras - Difracción de rayos X" . Bruker.com . Consultado el 1 de diciembre de 2019 .
  7. ^ Clark, Christine M .; Dutrow, Barbara L. "Difracción de rayos X de monocristal" . Instrumentación y análisis geoquímicos .
  8. ^ Detallador, Christophe; Dendooven, Jolien; Sree, Sreeprasanth Pulinthanathu; Ludwig, Karl F .; Martens, Johan A. (17 de octubre de 2011). "Adaptación de materiales nanoporosos por deposición de capa atómica". Reseñas de la Sociedad Química . 40 (11): 5242–5253. doi : 10.1039 / C1CS15091J . ISSN 1460-4744 . PMID 21695333 .  
  9. ^ Xie, Qi; Deng, Shaoren; Schaekers, Marc; Lin, Dennis; Caymax, Matty; Delabie, Annelies; Qu, Xin-Ping; Jiang, Yu-Long; Deduytsche, Davy; Detavernier, Christophe (22 de junio de 2012). "Pasivación de la superficie de germanio y deposición de la capa atómica de dieléctricos de alta k: una revisión tutorial sobre condensadores MOS basados ​​en Ge". Ciencia y tecnología de semiconductores . 27 (7): 074012. doi : 10.1088 / 0268-1242 / 27/7/074012 . ISSN 0268-1242 . 
  10. ^ Cravatt, BF; Demarest, K .; Patricelli, diputado; Bracey, MH; Gaing, DK; Martin, BR; Lichtman, AH (2001). "Supersensibilidad a la anandamida y señalización cannabinoide endógena mejorada en ratones que carecen de amida hidrolasa de ácidos grasos" . Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 98 (16): 9371–9376. Código Bibliográfico : 2001PNAS ... 98.9371C . doi : 10.1073 / pnas.161191698 . PMC 55427 . PMID 11470906 .  
  11. ^ Saghatelian, A .; Trauger, SA; Quiero, EJ; Hawkins, EG; Siuzdak, G .; Cravatt, BF (2004). "Asignación de sustratos endógenos a enzimas por perfiles de metabolitos globales". Bioquímica . 43 (45): 14322–14339. CiteSeerX 10.1.1.334.206 . doi : 10.1021 / bi0480335 . PMID 15533037 .  
  12. ^ a b "Desarrollo farmacológico e interacciones farmacológicas: tabla de sustratos, inhibidores e inductores" . Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos.
  13. ^ Ogu, CC; Maxa, JL (2000). "Interacciones medicamentosas debido al citocromo P450" . Actas (Baylor University. Medical Center) . 13 (4): 421–423. doi : 10.1080 / 08998280.2000.11927719 . PMC 1312247 . PMID 16389357 .