ในวิชาเคมีคำว่าซับสเตรตมีความหมายขึ้นอยู่กับบริบทเป็นอย่างมาก^{[ 1 ]}โดยทั่วไปแล้ว อาจหมายถึงชนิดของสารเคมีที่ถูกสังเกตในปฏิกิริยาเคมีหรือพื้นผิวที่ใช้ในการทำ ปฏิกิริยาเคมีอื่นๆ หรือการใช้ กล้องจุลทรรศน์ ใน ชีวเคมีซับสเตรตของเอนไซม์คือโมเลกุลที่เอนไซม์ทำปฏิกิริยาด้วย ในเคมีสังเคราะห์และเคมีอินทรีย์ซับสเตรตคือสารเคมีที่สนใจซึ่งกำลังถูกดัดแปลงสารตั้งต้นจะถูกเติมลงในซับสเตรตเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ผ่านปฏิกิริยาเคมี หรือซับสเตรตอาจหมายถึงพื้นผิวที่ใช้ในการทำปฏิกิริยาเคมีอื่นๆ หรือพื้นผิวที่ทำหน้าที่สนับสนุนในเทคนิคทางสเปกโทรสโกปีและกล้องจุลทรรศน์ต่างๆ^{[ 2 ]}

ใน เทคนิคกล้องจุลทรรศน์ระดับนาโนที่ใช้กันทั่วไป 3 วิธี ได้แก่กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) กล้องจุลทรรศน์แบบสแกนอุโมงค์ (STM) และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่งผ่าน (TEM) จำเป็นต้องมีพื้นผิวสำหรับยึดตัวอย่าง พื้นผิวมักจะบางและปราศจากคุณสมบัติทางเคมีหรือข้อบกพร่อง^{[ 3 ]}โดยทั่วไปจะใช้แผ่นเวเฟอร์เงิน ทอง หรือซิลิคอน เนื่องจากผลิตได้ง่ายและไม่มีการรบกวนข้อมูลกล้องจุลทรรศน์ ตัวอย่างจะถูกวางลงบนพื้นผิวเป็นชั้นบางๆ ซึ่งสามารถทำหน้าที่เป็นฐานรองรับที่แข็งแรง มีความหนาและความยืดหยุ่นที่เชื่อถือได้^{[ 2 ] [ 4 ]}ความเรียบของพื้นผิวมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับกล้องจุลทรรศน์ประเภทนี้ เนื่องจากมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงความสูงของตัวอย่างเพียงเล็กน้อย

มีการใช้พื้นผิวอื่นๆ อีกหลายชนิดในกรณีเฉพาะเพื่อรองรับตัวอย่างที่หลากหลาย พื้นผิวที่เป็นฉนวนความร้อนจำเป็นสำหรับ AFM ของเกล็ดกราไฟต์เป็นต้น^{[ 5 ]}และพื้นผิวที่เป็นตัวนำจำเป็นสำหรับ TEM ในบางบริบท คำว่าพื้นผิวอาจใช้เพื่ออ้างถึงตัวอย่างเอง แทนที่จะหมายถึงตัวรองรับที่เป็นของแข็งที่วางตัวอย่างนั้นไว้

เทคนิค สเปกโทรสโกปีต่างๆยังต้องการตัวอย่างที่ติดตั้งบนพื้นผิว เช่นการเลี้ยวเบนของผงการเลี้ยวเบนประเภทนี้ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการฉายรังสีเอกซ์กำลังสูงไปยังตัวอย่างผงเพื่อหาโครงสร้างผลึก มักจะดำเนินการโดยใช้ พื้นผิว อสัณฐานเพื่อไม่ให้รบกวนการเก็บรวบรวมข้อมูล พื้นผิวซิลิคอนก็เป็นที่นิยมใช้เช่นกัน เนื่องจากมีต้นทุนต่ำและมีการรบกวนข้อมูลในการเก็บรวบรวมรังสีเอกซ์ค่อนข้างน้อย^{[ 6 ]}

พื้นผิว ผลึกเดี่ยวมีประโยชน์ในการเลี้ยวเบนผงเนื่องจากสามารถแยกแยะออกจากตัวอย่างที่สนใจในรูปแบบการเลี้ยวเบนได้โดยการแยกแยะตามเฟส^{[ 7 ]}

ในการตกตะกอนชั้นอะตอมพื้นผิวรองรับทำหน้าที่เป็นพื้นผิวเริ่มต้นที่สารเคมีสามารถรวมตัวกันเพื่อสร้างโครงสร้างทางเคมีได้อย่างแม่นยำ^{[ 8 ] [ 9 ]}มีการใช้พื้นผิวรองรับที่หลากหลายขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาที่สนใจ แต่พื้นผิวรองรับเหล่านี้มักจะยึดสารเคมีด้วยความสัมพันธ์บางอย่างเพื่อให้สามารถเกาะติดกับพื้นผิวรองรับได้

สารตั้งต้นจะถูกสัมผัสกับสารเคมีต่าง ๆ ตามลำดับและล้างออกระหว่างนั้นเพื่อกำจัดส่วนเกิน สารตั้งต้นมีความสำคัญอย่างยิ่งในเทคนิคนี้ เนื่องจากชั้นแรกจำเป็นต้องมีที่ยึดเกาะเพื่อไม่ให้สูญหายเมื่อสัมผัสกับสารเคมีชุดที่สองหรือสาม^{[ 10 ]}

ในชีวเคมีสารตั้งต้น (substrate) คือโมเลกุลที่เอนไซม์ทำ ปฏิกิริยาด้วย เอนไซม์ทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยาเคมีที่เกี่ยวข้องกับสารตั้งต้น ในกรณีที่มีสารตั้งต้นเพียงชนิดเดียว สารตั้งต้นจะจับกับบริเวณออกฤทธิ์ ของเอนไซม์ และเกิดเป็นสารเชิงซ้อนเอนไซม์-สารตั้งต้น สารตั้งต้นจะถูกเปลี่ยนไปเป็น ผลิตภัณฑ์ หนึ่งชนิดหรือมากกว่า ซึ่งจะถูกปล่อยออกจากบริเวณออกฤทธิ์ จากนั้นบริเวณออกฤทธิ์ก็จะว่างเพื่อรับโมเลกุลของสารตั้งต้นอื่น ในกรณีที่มีสารตั้งต้นมากกว่าหนึ่งชนิด สารตั้งต้นเหล่านี้อาจจับกับบริเวณออกฤทธิ์ในลำดับที่แน่นอน ก่อนที่จะทำปฏิกิริยาร่วมกันเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ สารตั้งต้นจะเรียกว่า 'สารให้สี' (chromogenic) หากมันให้ผลิตภัณฑ์ที่มีสีเมื่อถูกเอนไซม์ทำปฏิกิริยา ในการศึกษาการระบุตำแหน่งของเอนไซม์ทางเนื้อเยื่อวิทยา ผลิตภัณฑ์ที่มีสีจากการทำงานของเอนไซม์สามารถมองเห็นได้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ในส่วนตัดบางๆ ของเนื้อเยื่อทางชีวภาพ ในทำนองเดียวกัน สารตั้งต้นจะเรียกว่า 'สารเรืองแสง' (fluorogenic) หากมันให้ผลิตภัณฑ์เรืองแสงเมื่อถูกเอนไซม์ทำปฏิกิริยา

ตัวอย่างเช่น การเกิดก้อนนม ( การจับตัวเป็นก้อน ด้วยเรนเนต ) เป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเมื่อเติมเอนไซม์เรนนินลงในนม ในปฏิกิริยานี้ สารตั้งต้นคือโปรตีนในนม (เช่นเคซีน ) และเอนไซม์คือเรนนิน ผลิตภัณฑ์ที่ได้คือพอลิเปปไทด์สองชนิดที่เกิดจากการแตกตัวของสารตั้งต้นเปปไทด์ขนาดใหญ่ อีกตัวอย่างหนึ่งคือการสลายตัวทางเคมีของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์โดยเอนไซม์คะตาเลสเนื่องจากเอนไซม์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเอนไซม์จึงไม่เปลี่ยนแปลงไปตามปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น อย่างไรก็ตาม สารตั้งต้นจะถูกเปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์ ในที่นี้ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ถูกเปลี่ยนเป็นน้ำและก๊าซออกซิเจน

E + S ⇌ ES → EP ⇌ E + P

• โดยที่ E คือเอนไซม์, S คือสารตั้งต้น และ P คือผลิตภัณฑ์

โดยทั่วไปแล้ว ขั้นตอนแรก (การจับตัว) และขั้นตอนที่สาม (การคลายตัว) สามารถย้อนกลับได้แต่ขั้นตอนตรงกลางอาจย้อนกลับไม่ได้ (เช่น ปฏิกิริยาของเรนนินและคาตาเลสที่กล่าวถึงไปแล้ว) หรืออาจย้อนกลับได้ (เช่น ปฏิกิริยาหลายอย่างใน วิถีการเผาผลาญไกล โคไลซิส )

เมื่อเพิ่มความเข้มข้นของสารตั้งต้น อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากมีแนวโน้มว่าจำนวนของสารเชิงซ้อนระหว่างเอนไซม์และสารตั้งต้นจะเพิ่มขึ้น ซึ่งจะดำเนินต่อไปจนกระทั่งความ เข้มข้นของเอนไซม์ กลายเป็น ปัจจัยจำกัด

แม้ว่าเอนไซม์โดยทั่วไปจะมีคุณสมบัติจำเพาะสูง แต่บางชนิดก็สามารถเร่งปฏิกิริยาได้กับสารตั้งต้นมากกว่าหนึ่งชนิด ซึ่งคุณสมบัตินี้เรียกว่า ความ ไม่จำเพาะ เจาะจงของเอนไซม์ (enzyme promiscuity ) เอนไซม์อาจมีสารตั้งต้นดั้งเดิมหลายชนิดและมีความจำเพาะ กว้าง (เช่น การออกซิเดชันโดยไซโตโครม p450 ) หรืออาจมีสารตั้งต้นดั้งเดิมเพียงชนิดเดียว พร้อมกับสารตั้งต้นที่ไม่ใช่สารตั้งต้นดั้งเดิมที่คล้ายคลึงกันอีกหลายชนิดที่สามารถเร่งปฏิกิริยาได้ในอัตราที่ต่ำกว่า สารตั้งต้นที่เอนไซม์หนึ่งๆ อาจทำปฏิกิริยาด้วยในหลอดทดลอง (in vitro)ในห้องปฏิบัติการ อาจไม่ได้สะท้อนถึงสารตั้งต้นทางสรีรวิทยาหรือสารตั้งต้นภายในร่างกายของเอนไซม์นั้นๆในร่างกาย (in vivo)เสมอไป กล่าวคือ เอนไซม์ไม่จำเป็นต้องทำปฏิกิริยาทุกอย่างในร่างกายที่อาจเกิดขึ้นได้ในห้องปฏิบัติการ ตัวอย่างเช่น ในขณะที่fatty acid amide hydrolase (FAAH) สามารถไฮโดรไลซ์เอนโดแคนนาบินอยด์2-arachidonoylglycerol (2-AG) และอนันดาไมด์ ได้ ในอัตราที่เทียบเคียงกันได้ในหลอดทดลองการรบกวนทางพันธุกรรมหรือทางเภสัชวิทยาของ FAAH จะทำให้ระดับอนันดาไมด์สูงขึ้น แต่ระดับ 2-AG ไม่สูงขึ้น ซึ่งแสดงให้เห็นว่า 2-AG ไม่ใช่ สารตั้งต้น ภายในร่างกายสำหรับ FAAH ^{[ 11 ]}ในอีกตัวอย่างหนึ่ง พบว่า N -acyl taurines (NATs) เพิ่มขึ้นอย่างมากในสัตว์ที่ FAAH ถูกรบกวน แต่ในความเป็นจริงแล้วเป็นสารตั้งต้นที่ไม่ดีสำหรับ FAAH ในหลอดทดลอง^{[ 12 ]}

สารตั้งต้นที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงหรือที่รู้จักกันในชื่อสารตั้งต้นดัชนีที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงคือยาที่แสดงให้เห็นการเพิ่มขึ้นของAUC ≥5 เท่า ร่วมกับสารยับยั้งดัชนีที่แข็งแกร่งของวิถีการเผาผลาญ ที่กำหนดในการศึกษา ปฏิสัมพันธ์ระหว่างยา (DDI) ทางคลินิก^{[ 13 ]}

สารตั้งต้นที่มีความไวปานกลางคือยาที่แสดงให้เห็นการเพิ่มขึ้นของ AUC ≥2 ถึง <5 เท่า ร่วมกับสารยับยั้งดัชนีที่แข็งแกร่งของวิถีการเผาผลาญที่กำหนดในการศึกษา DDI ทางคลินิก^{[ 13 ]}

การเผาผลาญโดยไอโซเอนไซม์ ไซโตโครม P450เดียวกันสามารถส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาระหว่างยาหลายชนิดที่มีนัยสำคัญทางคลินิกได้^{[ 14 ]}

• สารตั้งต้นจำกัด
• การวิเคราะห์จลนศาสตร์ความคืบหน้าของปฏิกิริยา
• ตัวทำละลาย