Substrato (química) - Substrate (chemistry)

Em química, um substrato é normalmente a espécie química observada em uma reação química , que reage com um reagente para gerar um produto . Também pode se referir a uma superfície na qual outras reações químicas são realizadas ou desempenhar um papel de suporte em uma variedade de técnicas espectroscópicas e microscópicas. Na química sintética e orgânica , o substrato é o produto químico de interesse que está sendo modificado. Em bioquímica , um substrato de enzima é o material sobre o qual uma enzima atua. Ao referir-se ao princípio de Le Chatelier , o substrato é o reagente cuja concentração é alterada. O termo substrato é altamente dependente do contexto.

Microscopia

Em três das técnicas mais comuns de microscopia em nanoescala, microscopia de força atômica (AFM), microscopia de tunelamento de varredura (STM) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM), um substrato é necessário para a montagem da amostra. Os substratos são geralmente finos e relativamente livres de características químicas ou defeitos. Normalmente são usados ​​wafers de prata, ouro ou silício devido à facilidade de fabricação e à falta de interferência nos dados de microscopia. As amostras são depositadas no substrato em camadas finas, onde podem atuar como um suporte sólido de espessura e maleabilidade confiáveis. A suavidade do substrato é especialmente importante para esses tipos de microscopia porque eles são sensíveis a mudanças muito pequenas na altura da amostra.

Vários outros substratos são usados ​​em casos específicos para acomodar uma ampla variedade de amostras. Substratos termicamente isolantes são necessários para AFM de flocos de grafite, por exemplo, e substratos condutores são necessários para TEM. Em alguns contextos, a palavra substrato pode ser usada para se referir à própria amostra, em vez do suporte sólido no qual ela é colocada.

Espectroscopia

Várias técnicas espectroscópicas também requerem que as amostras sejam montadas em substratos, como difração de pó . Este tipo de difração, que envolve o direcionamento de raios X de alta potência em amostras de pó para deduzir estruturas cristalinas, é frequentemente realizado com um substrato amorfo de forma que não interfira na coleta de dados resultante. Os substratos de silício também são comumente usados ​​devido à sua natureza econômica e relativamente pouca interferência de dados na coleta de raios-X.

Substratos de cristal único são úteis na difração de pó porque eles são distinguíveis da amostra de interesse em padrões de difração por diferenciação por fase.

Deposição de camada atômica

Na deposição da camada atômica , o substrato atua como uma superfície inicial na qual os reagentes podem se combinar para construir estruturas químicas com precisão. Uma grande variedade de substratos são usados ​​dependendo da reação de interesse, mas eles freqüentemente ligam os reagentes com alguma afinidade para permitir a aderência ao substrato.

O substrato é exposto a diferentes reagentes sequencialmente e lavado para remover o excesso. Um substrato é crítico nesta técnica porque a primeira camada precisa de um lugar para se ligar, de forma que não seja perdida quando exposta ao segundo ou terceiro conjunto de reagentes.

Bioquímica

Em bioquímica , o substrato é uma molécula sobre a qual uma enzima atua. As enzimas catalisam reações químicas envolvendo o (s) substrato (s). No caso de um único substrato, o substrato se liga ao sítio ativo da enzima e um complexo enzima-substrato é formado. O substrato é transformado em um ou mais produtos , que são então liberados do sítio ativo. O sítio ativo fica então livre para aceitar outra molécula de substrato. No caso de mais de um substrato, estes podem se ligar em uma ordem particular ao sítio ativo, antes de reagirem juntos para produzir produtos. Um substrato é denominado 'cromogênico' se der origem a um produto colorido quando ativado por uma enzima. Em estudos histológicos de localização de enzimas, o produto colorido da ação da enzima pode ser visualizado ao microscópio, em finas seções de tecidos biológicos. Da mesma forma, um substrato é denominado 'fluorogênico' se der origem a um produto fluorescente quando acionado por uma enzima.

Por exemplo, a formação de coalhada ( coagulação do coalho ) é uma reação que ocorre ao adicionar a enzima renina ao leite. Nesta reação, o substrato é uma proteína do leite (por exemplo, caseína ) e a enzima é renina. Os produtos são dois polipeptídeos que foram formados pela clivagem do substrato peptídico maior. Outro exemplo é a decomposição química do peróxido de hidrogênio realizada pela enzima catalase . Como as enzimas são catalisadoras , não são alteradas pelas reações que realizam. O (s) substrato (s), no entanto, é / são convertidos em produto (s). Aqui, o peróxido de hidrogênio é convertido em água e gás oxigênio.

  • Onde E é a enzima, S é o substrato e P é o produto

Embora o primeiro (ligação) e o terceiro (desligamento) etapas sejam, em geral, reversíveis , a etapa intermediária pode ser irreversível (como nas reações de renina e catalase mencionadas acima) ou reversível (por exemplo, muitas reações na via metabólica da glicólise ).

Ao aumentar a concentração de substrato, a taxa de reação aumentará devido à probabilidade de que o número de complexos enzima-substrato aumentará; isso ocorre até que a concentração da enzima se torne o fator limitante .

Promiscuidade de substrato

Embora as enzimas sejam tipicamente altamente específicas, algumas são capazes de realizar catálise em mais de um substrato, uma propriedade denominada promiscuidade enzimática . Uma enzima pode ter muitos substratos nativos e ampla especificidade (por exemplo, oxidação por citocromo p450s ) ou pode ter um único substrato nativo com um conjunto de substratos não nativos semelhantes que pode catalisar a uma taxa inferior. Os substratos com os quais uma determinada enzima pode reagir in vitro , em um ambiente de laboratório, podem não refletir necessariamente os substratos fisiológicos e endógenos das reações da enzima in vivo . Isso quer dizer que as enzimas não realizam necessariamente todas as reações no corpo que podem ser possíveis em laboratório. Por exemplo, enquanto a amida hidrolase de ácido graxo (FAAH) pode hidrolisar os endocanabinóides 2-araquidonoilglicerol (2-AG) e anandamida em taxas comparáveis in vitro , a ruptura genética ou farmacológica de FAAH eleva a anandamida, mas não 2-AG, sugerindo que 2-AG não é um substrato endógeno in vivo para FAAH. Em outro exemplo, observa-se que as N- acil taurinas (NATs) aumentam dramaticamente em animais com interrupção de FAAH, mas são, na verdade, substratos de FAAH in vitro fracos .

Sensibilidade

Substratos sensíveis também conhecidos como substratos de índice sensível são medicamentos que demonstram um aumento na AUC de ≥5 vezes com inibidores de índice forte de uma determinada via metabólica em estudos clínicos de interação medicamentosa (DDI).

Substratos moderadamente sensíveis são medicamentos que demonstram um aumento na AUC de ≥2 a <5 vezes com inibidores de forte índice de uma determinada via metabólica em estudos clínicos de DDI.

Interação entre substratos

O metabolismo pela mesma isoenzima do citocromo P450 pode resultar em várias interações medicamentosas clinicamente significativas.


Veja também

Referências