सब्सट्रेट (रसायन विज्ञान)

अन्य उपयोगों के लिए,कार्यद्रव्य देखें।

रसायन विज्ञान में, कार्यद्रव्य 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 सूक्ष्मदर्शी की जाती है।

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

सूक्ष्मदर्शी
सबसे आम नैनो-स्केल सूक्ष्मदर्शी तकनीकों में से तीन में, परमाणु बल सूक्ष्मदर्शी (एएफएम),  स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप  (एसटीएम), और  ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी (टीईएम), नमूना बढ़ते के लिए एककार्यद्रव्य की आवश्यकता होती है।कार्यद्रव्य प्रायः पतले होते हैं और अपेक्षाकृत रासायनिक विशेषताओं या दोषों से मुक्त होते हैं। सामान्यतः चांदी, सोना, या सिलिकॉन वेफर्स का उपयोग उनके निर्माण में आसानी और सूक्ष्मदर्शी डेटा में हस्तक्षेप की कमी के कारण किया जाता है। नमूनेकार्यद्रव्य 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 सूक्ष्मदर्शी के लिएकार्यद्रव्य 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,कार्यद्रव्य 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।

स्पेक्ट्रमदर्शी
विभिन्न स्पेक्ट्रोस्कोपी तकनीकों के लिए भी नमूनों कोकार्यद्रव्य 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 सम्मिलित है, प्रायः एक  अनाकार ठोस कार्यद्रव्य के साथ किया जाता है जैसे कि यह परिणामी डेटा संग्रह में हस्तक्षेप नहीं करता है। सिलिकॉन सबस्ट्रेट्स का उपयोग सामान्यतः  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,कार्यद्रव्य 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 परकार्यद्रव्य की एक विस्तृत विविधता का उपयोग किया जाता है, लेकिन वेकार्यद्रव्य से चिपके रहने की अनुमति देने के लिए प्रायः अभिकर्मकों को कुछ आत्मीयता के साथ बांधते हैं।

कार्यद्रव्य 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 एककार्यद्रव्य 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,कार्यद्रव्य एक अणु  है जिस पर एक एंजाइम कार्य करता है। एंजाइम कार्यद्रव्य (ओं) को सम्मिलित करने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित करते हैं। एकल कार्यद्रव्य के मामले में,कार्यद्रव्य एंजाइम  सक्रिय साइट  के साथ बंध जाता है, और एक  एंजाइम-कार्यद्रव्य सम्मिश्रण बनता है।कार्यद्रव्य 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 कार्यद्रव्य अणु को स्वीकार करने के लिए स्वतंत्र है। एक से अधिककार्यद्रव्य 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 कार्यद्रव्य 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, एककार्यद्रव्य 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,कार्यद्रव्य एक दूध प्रोटीन (जैसे,  कैसिइन ) है और एंजाइम रेनिन है। उत्पाद दो पॉलीपेप्टाइड हैं जो बड़े पेप्टाइडकार्यद्रव्य 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, एसकार्यद्रव्य 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)।

कार्यद्रव्य एकाग्रता में वृद्धि से, एंजाइम-कार्यद्रव्य सम्मिश्रण 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।

कार्यद्रव्य संकीर्णता
हालांकि एंजाइम सामान्यतः अत्यधिक विशिष्ट होते हैं, कुछ एक से अधिक कार्यद्रव्य पर उत्प्रेरण करने में योग्य होते हैं, एक गुण जिसे एंजाइम संकीर्णता कहा जाता है। एक एंजाइम में कई मूल कार्यद्रव्य 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 मूलकार्यद्रव्य हो सकता है जो कि कुछ कम दर पर उत्प्रेरित कर सकता है।कार्यद्रव्य 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, अंतर्जातकार्यद्रव्य 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 विवोकार्यद्रव्य 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 कार्यद्रव्य को संवेदनशील सूचकांक कार्यद्रव्य के रूप में भी जाना जाता है, वे दवाएं हैं जो चिकित्सीय दवा-दवाओ की परस्पर क्रिया (डीडीआई) अध्ययनों मे दिए गए उपापचय मार्ग के मजबूत सूचकांक अवरोधक के साथ ≥5-गुना एयूसी के तहत वृद्धि दर्शाती हैं.

मध्यम संवेदनशील कार्यद्रव्य ऐसी दवाएं हैं जो नैदानिक ​​डीडीआई अध्ययनों में दिए गए उपापचय मार्ग के मजबूत सूचकांक अवरोधकों के साथ ≥2 से <5-गुना के एयूसी के तहत वृद्धि दर्शाती हैं।

कार्यद्रव्य के बीच सहभागिता
एक ही साइटोक्रोम P450 आइसोजाइम द्वारा उपापचय के परिणामस्वरूप कई चिकित्सीय रूप से महत्वपूर्ण दवा-दवाओ की परस्पर क्रिया हो सकती है।.

यह भी देखें

 * सीमित अभिकर्मक
 * प्रतिक्रिया प्रगति गतिक विश्लेषण
 * विलायक