सब्सट्रेट (रसायन विज्ञान)

रसायन विज्ञान में, सब्सट्रेट शब्द अत्यधिक संदर्भ-निर्भर है। मोटे तौर पर, यह या तो रासायनिक प्रतिक्रिया  में देखी जा रही  रासायनिक प्रजाति यों को संदर्भित कर सकता है, या ऐसी सतह पर जिस पर अन्य रासायनिक प्रतिक्रियाएं या माइक्रोस्कोपी की जाती है।

पूर्व अर्थ में, एक रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से एक उत्पाद (रसायन विज्ञान)  उत्पन्न करने के लिए सब्सट्रेट में एक  अभिकर्मक  जोड़ा जाता है। शब्द का प्रयोग  रासायनिक संश्लेषण  और कार्बनिक रसायन विज्ञान में एक समान अर्थ में किया जाता है, जहां सब्सट्रेट ब्याज का रसायन है जिसे संशोधित किया जा रहा है। जैव रसायन में, एक 'एंजाइम सब्सट्रेट' वह पदार्थ है जिस पर एक  एंजाइम  कार्य करता है। ले चेटेलियर के सिद्धांत का जिक्र करते समय, सब्सट्रेट वह अभिकर्मक होता है जिसकी एकाग्रता बदल जाती है।

सहज प्रतिक्रिया
 * S -> P
 * जहाँ S सब्सट्रेट है और P उत्पाद है।


 * उत्प्रेरित प्रतिक्रिया
 * S + C -> P + C
 * जहाँ S सब्सट्रेट है, P उत्पाद है और C उत्प्रेरक है।

बाद के अर्थ में, यह एक ऐसी सतह का उल्लेख कर सकता है जिस पर अन्य रासायनिक प्रतिक्रियाएं की जाती हैं या विभिन्न प्रकार की स्पेक्ट्रोस्कोपिक और सूक्ष्म तकनीकों में सहायक भूमिका निभाती हैं, जैसा कि नीचे पहले कुछ उपखंडों में चर्चा की गई है।

माइक्रोस्कोपी
सबसे आम नैनो-स्केल माइक्रोस्कोपी तकनीकों में से तीन में, परमाणु बल माइक्रोस्कोपी  (एएफएम),  स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप  (एसटीएम), और  ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी  (टीईएम), नमूना बढ़ते के लिए एक सब्सट्रेट की आवश्यकता होती है। सब्सट्रेट अक्सर पतले होते हैं और अपेक्षाकृत रासायनिक विशेषताओं या दोषों से मुक्त होते हैं। आमतौर पर चांदी, सोना, या सिलिकॉन वेफर्स का उपयोग उनके निर्माण में आसानी और माइक्रोस्कोपी डेटा में हस्तक्षेप की कमी के कारण किया जाता है। नमूने सब्सट्रेट पर ठीक परतों में जमा किए जाते हैं जहां यह विश्वसनीय मोटाई और लचीलापन के ठोस समर्थन के रूप में कार्य कर सकता है। इस प्रकार के माइक्रोस्कोपी के लिए सब्सट्रेट की चिकनाई विशेष रूप से महत्वपूर्ण है क्योंकि वे नमूना ऊंचाई में बहुत छोटे बदलावों के प्रति संवेदनशील हैं।

विभिन्न प्रकार के नमूनों को समायोजित करने के लिए विशिष्ट मामलों में विभिन्न अन्य सबस्ट्रेट्स का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए ग्रेफाइट फ्लेक्स के एएफएम के लिए थर्मली-इन्सुलेटिंग सबस्ट्रेट्स की आवश्यकता होती है, और प्रवाहकीय सबस्ट्रेट्स TEM के लिए आवश्यक हैं। कुछ संदर्भों में, सब्सट्रेट शब्द का इस्तेमाल नमूना को संदर्भित करने के लिए किया जा सकता है, न कि उस ठोस समर्थन के लिए जिस पर इसे रखा गया है।

स्पेक्ट्रोस्कोपी
विभिन्न स्पेक्ट्रोस्कोपी तकनीकों के लिए भी नमूनों को सब्सट्रेट जैसे पाउडर विवर्तन  पर माउंट करने की आवश्यकता होती है। इस प्रकार का विवर्तन, जिसमें क्रिस्टल संरचनाओं को कम करने के लिए पाउडर के नमूनों पर उच्च-शक्ति वाले एक्स-रे को निर्देशित करना शामिल है, अक्सर एक  अनाकार ठोस  सब्सट्रेट के साथ किया जाता है जैसे कि यह परिणामी डेटा संग्रह में हस्तक्षेप नहीं करता है। सिलिकॉन सबस्ट्रेट्स का उपयोग आमतौर पर उनकी लागत प्रभावी प्रकृति और एक्स-रे संग्रह में अपेक्षाकृत कम डेटा हस्तक्षेप के कारण भी किया जाता है। एकल क्रिस्टल | सिंगल-क्रिस्टल सबस्ट्रेट्स पाउडर विवर्तन में उपयोगी होते हैं क्योंकि वे चरण के आधार पर विवर्तन पैटर्न में रुचि के नमूने से अलग होते हैं।

परमाणु परत जमाव
परमाणु परत के जमाव में, सब्सट्रेट एक प्रारंभिक सतह के रूप में कार्य करता है जिस पर अभिकर्मक रासायनिक संरचनाओं को ठीक से बनाने के लिए गठबंधन कर सकते हैं। ब्याज की प्रतिक्रिया के आधार पर सब्सट्रेट की एक विस्तृत विविधता का उपयोग किया जाता है, लेकिन वे सब्सट्रेट से चिपके रहने की अनुमति देने के लिए अक्सर अभिकर्मकों को कुछ आत्मीयता के साथ बांधते हैं।

सब्सट्रेट को क्रमिक रूप से विभिन्न अभिकर्मकों के संपर्क में लाया जाता है और अतिरिक्त को हटाने के लिए बीच में धोया जाता है। इस तकनीक में एक सब्सट्रेट महत्वपूर्ण है क्योंकि पहली परत को इस तरह से बांधने के लिए जगह की आवश्यकता होती है कि अभिकर्मकों के दूसरे या तीसरे सेट के संपर्क में आने पर यह खो न जाए।

जैव रसायन
जैव रसायन में, सब्सट्रेट एक अणु  है जिस पर एक एंजाइम कार्य करता है। एंजाइम सब्सट्रेट (ओं) को शामिल करने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित करते हैं। एकल सब्सट्रेट के मामले में, सब्सट्रेट एंजाइम  सक्रिय साइट  के साथ बंध जाता है, और एक  एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स  बनता है। सब्सट्रेट एक या एक से अधिक  उत्पाद (जीव विज्ञान)  में तब्दील हो जाता है, जिसे बाद में सक्रिय साइट से मुक्त कर दिया जाता है। सक्रिय साइट फिर एक और सब्सट्रेट अणु को स्वीकार करने के लिए स्वतंत्र है। एक से अधिक सब्सट्रेट के मामले में, ये उत्पादों के उत्पादन के लिए एक साथ प्रतिक्रिया करने से पहले, सक्रिय साइट पर एक विशेष क्रम में बाध्य हो सकते हैं। एक सब्सट्रेट को 'क्रोमोजेनिक' कहा जाता है यदि यह एक एंजाइम द्वारा क्रिया करने पर रंगीन उत्पाद को जन्म देता है। हिस्टोलॉजिकल एंजाइम स्थानीयकरण अध्ययनों में, एंजाइम क्रिया के रंगीन उत्पाद को सूक्ष्मदर्शी के नीचे, जैविक ऊतकों के पतले वर्गों में देखा जा सकता है। इसी तरह, एक सब्सट्रेट को 'फ्लोरोजेनिक' कहा जाता है यदि यह एक एंजाइम द्वारा क्रिया करने पर एक फ्लोरोसेंट उत्पाद को जन्म देता है।

उदाहरण के लिए, दही बनना ( दौड़ा जमावट) एक प्रतिक्रिया है जो दूध में  रेनिन  एंजाइम मिलाने पर होती है। इस प्रतिक्रिया में, सब्सट्रेट एक दूध प्रोटीन (जैसे,  कैसिइन ) है और एंजाइम रेनिन है। उत्पाद दो पॉलीपेप्टाइड हैं जो बड़े पेप्टाइड सब्सट्रेट के दरार द्वारा बनाए गए हैं। एक अन्य उदाहरण एंजाइम उत्प्रेरित द्वारा किए गए  हाइड्रोजन पेरोक्साइड  का  रासायनिक अपघटन  है। चूंकि एंजाइम  उत्प्रेरक  होते हैं, इसलिए वे अपने द्वारा की जाने वाली प्रतिक्रियाओं से नहीं बदलते हैं। सब्सट्रेट, हालांकि, उत्पाद (ओं) में परिवर्तित हो जाते हैं। यहां, हाइड्रोजन पेरोक्साइड पानी और ऑक्सीजन गैस में परिवर्तित हो जाता है।


 * E + S <-> ES -> EP <-> E + P


 * जहां ई एंजाइम है, एस सब्सट्रेट है, और पी उत्पाद है

जबकि पहला (बाध्यकारी) और तीसरा (अनबाइंडिंग) चरण, सामान्य रूप से, प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया  है, मध्य चरण अपरिवर्तनीय हो सकता है (जैसा कि रेनिन और उत्प्रेरित प्रतिक्रियाओं में अभी उल्लेख किया गया है) या प्रतिवर्ती (जैसे  ग्लाइकोलाइसिस  चयापचय मार्ग में कई प्रतिक्रियाएं)।

सब्सट्रेट एकाग्रता में वृद्धि से, एंजाइम-सब्सट्रेट परिसरों की संख्या में वृद्धि की संभावना के कारण प्रतिक्रिया की दर में वृद्धि होगी; यह तब तक होता है जब तक एंजाइम की सांद्रता सीमित कारक  नहीं बन जाती।

सब्सट्रेट संलिप्तता
हालांकि एंजाइम आमतौर पर अत्यधिक विशिष्ट होते हैं, कुछ एक से अधिक सब्सट्रेट पर उत्प्रेरण करने में सक्षम होते हैं, एक संपत्ति जिसे एंजाइम संकीर्णता  कहा जाता है। एक एंजाइम में कई मूल सब्सट्रेट और व्यापक एंजाइम # विशिष्टता (जैसे  साइटोक्रोम p450 s द्वारा ऑक्सीकरण) हो सकते हैं या इसमें समान गैर-देशी सबस्ट्रेट्स के सेट के साथ एक एकल मूल सब्सट्रेट हो सकता है जो कि कुछ कम दर पर उत्प्रेरित कर सकता है। सब्सट्रेट जो एक प्रयोगशाला सेटिंग में  कृत्रिम परिवेशीय  में इन विट्रो के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं, जरूरी नहीं कि  विवो में  एंजाइम की प्रतिक्रियाओं के शारीरिक, अंतर्जात सब्सट्रेट को प्रतिबिंबित करें। कहने का तात्पर्य यह है कि एंजाइम आवश्यक रूप से शरीर में उन सभी प्रतिक्रियाओं को नहीं करते हैं जो प्रयोगशाला में संभव हो सकती हैं। उदाहरण के लिए, जबकि  फैटी एसिड एमाइड हाइड्रोलेस  (एफएएएच) एंडोकैनाबिनोइड्स  2-एराकिडोनॉयलग्लिसरॉल  (2-एजी) और एनांडामाइड को इन विट्रो में तुलनीय दरों पर हाइड्रोलाइज कर सकता है, एफएएएच के आनुवंशिक या औषधीय व्यवधान एनामाइड को बढ़ाता है लेकिन 2-एजी को नहीं, यह सुझाव देता है कि 2-एजी एफएएएच के लिए विवो सब्सट्रेट में अंतर्जात नहीं है। एक अन्य उदाहरण में, एन-एसाइल टॉरिन (एनएटी) को एफएएएच-बाधित जानवरों में नाटकीय रूप से वृद्धि करने के लिए मनाया जाता है, लेकिन वास्तव में इन विट्रो एफएएएच सबस्ट्रेट्स में खराब हैं।

संवेदनशीलता
संवेदनशील सबस्ट्रेट्स को संवेदनशील इंडेक्स सबस्ट्रेट्स के रूप में भी जाना जाता है, वे दवाएं हैं जो रिएक्शन इनहिबिटर के साथ ≥5-गुना के वक्र (फार्माकोकाइनेटिक्स) के तहत क्षेत्र में वृद्धि दर्शाती हैं.

मध्यम संवेदनशील सबस्ट्रेट्स ऐसी दवाएं हैं जो नैदानिक ​​डीडीआई अध्ययनों में दिए गए चयापचय पथ के मजबूत सूचकांक अवरोधकों के साथ 2 से <5-गुना के एयूसी में वृद्धि दर्शाती हैं।

सबस्ट्रेट्स के बीच इंटरेक्शन
एक ही साइटोक्रोम P450  आइसोजाइम द्वारा चयापचय के परिणामस्वरूप कई चिकित्सीय रूप से महत्वपूर्ण दवा-दवा परस्पर क्रिया हो सकती है।

यह भी देखें

 * सीमित अभिकर्मक
 * प्रतिक्रिया प्रगति गतिज विश्लेषण
 * विलायक