基板

生化学において、基質は酵素によって標的とされる分子です。基質は酵素反応に参加し、他の分子に変換または分解されます。基質は酵素の活性部位に結合し、酵素-基質複合体を形成します。基質が生成物に変換された後、基質は酵素から放出されます。

Creative Enzymesは、すべてのニーズに応えるために、さまざまな量の高純度基質を提供しています。これらの基質は、産業生産や研究のほとんどの分野をカバーしています。私たちの基質製品には、小分子基質、ペプチドおよびタンパク質基質、糖類基質、色素生成および蛍光生成基質が含まれています。

基質の定義

基質は、酵素が作用する分子として定義されます。酵素と基質の場合、分子の相補性が相互作用を支配します：酵素の特定の構造的特徴が基質の相補的な特徴に結合し、しばしば酵素の活性部位を介して行われます。基質が酵素に結合すると、酵素-基質複合体が形成され、基質が生成物に変換される触媒反応が進行します。反応中に酵素自体は変化しないため、連続して多くの基質分子を触媒することができます。

酵素-基質相互作用の特異性は注目に値します。形状、電荷、疎水性/親水性の特性などの要因が、この適合性を決定する役割を果たします。酵素の活性部位は、特定の基質を認識し結合するように微調整されており、各酵素が特定の反応のみを触媒することを保証します。この特異性は、生物学的プロセスを機能させるために重要です。

図1：酵素の働き。各酵素には、1つ以上の基質分子が結合する活性部位があり、酵素-基質複合体を形成します。活性部位で反応が起こり、酵素-生成物複合体が生成されます。生成物はその後放出され、酵素はさらに基質分子に結合できるようになります（細胞の分子生物学、第6版）。

酵素-基質複合体の反応メカニズム

酵素が基質の変換を触媒する反応メカニズムは複雑で、複数のステップを含みます。これらのメカニズムは、誘導適合モデルと鍵と鍵穴モデルに基づいて大まかに分類できます。

鍵と鍵穴モデル

このモデルでは、酵素の活性部位は特定の基質にぴったり合うように正確に形作られています。酵素-基質複合体は、正しい形状と化学的性質を持つ基質にのみ結合できます。一度結合すると、反応は酵素に大きな構造変化をもたらすことなく進行します。

誘導適合モデル

このモデルによれば、基質が結合すると、酵素は基質に合わせて形を変えます。この柔軟性により、酵素は基質に特定の力を加えて遷移状態を維持し、反応の活性化エネルギーを低下させることができます。誘導適合モデルは、酵素-基質相互作用の動的な性質とその高い特異性および効率を説明するため、広く受け入れられています。

図2：鍵と鍵穴モデルおよび誘導適合モデル。

酵素反応中には遷移状態が存在し、基質が生成物に変換される準備が整った中間構成です。酵素は、さまざまなメカニズムを通じて遷移状態を安定化させることでこれを達成します。たとえば、酵素は基質分子を近づけ（近接効果）、反応が起こるために完璧に整列させます（方向効果）。また、プロトンを寄付または受け取ってプロセスを助けたり（酸-塩基触媒作用）、基質と一時的な結合を形成したり（共有結合触媒作用）、活性部位内の帯電した領域を安定化させたりします（静電触媒作用）。これらの戦略を組み合わせることで、酵素は反応に必要なエネルギー障壁を低下させます。これにより、酵素は生物の中に見られる穏やかな条件下でも迅速かつ効率的に機能することができます。

酵素基質の種類

酵素基質は、化学的性質、反応性、酵素触媒作用に関与する結合の種類など、いくつかの要因に基づいて分類できます。以下は主要なタイプです：

普遍的基質と特異的基質

• 普遍的基質は、異なる種や代謝経路からの多くの酵素によって標的とされる分子です。これらの基質は、ほとんどの酵素が認識できる一般的な構造または官能基を持ち、異なる酵素がそれらと反応できるようにします。例としては、ATPやNADHがあります。
• 特異的基質は、特定の酵素が認識し作用できる分子であり、しばしば高い特異性を持ちます。これらの基質は、酵素の活性部位と正確に整合する独自の構造または官能基を持ち、酵素はその基質のみに対して非常に選択的です。特異的基質は、特定の反応を触媒する酵素の特徴であり、特異性が厳密な調節を可能にします。

競争的基質と非競争的基質

• 競争的基質は、酵素の作用部位に結合し、他の分子や阻害剤と競合します。研究者は、阻害剤が基質と結合するために競争し、反応速度を低下させる酵素阻害を研究するために、競争的基質を使用することがよくあります。
• 非競争的基質は、酵素の活性部位以外の部位に結合し、酵素の構造を変化させますが、活性部位を阻害しません。非競争的基質の挙動は、酵素が複数の結合部位を持っている場合や、複数の基質と同時に反応を触媒できる場合に発生します。

一次基質と二次基質

• 一次基質は、酵素によって変換される主要な分子です。これらは反応に直接関与し、生成物に変換されます。
• 二次基質は、反応に追加されますが、生成物には変換されません。代わりに、酵素活性に必要な追加の分子やイオンを提供する補因子や共基質として機能することがあります。たとえば、ATPは、一次基質に移されるリン酸原子を受け取ることによってキナーゼの二次基質となることがあります。

共有結合基質と非共有結合基質

• 共有結合基質は、反応中に酵素と一時的に共有結合を形成するものです。この共有結合の付着は、遷移状態の形成と全体の反応プロセスを促進します。
• 非共有結合基質は、水素結合、イオン結合、またはファンデルワールス力のような弱い相互作用を介して酵素に結合し、酵素との共有結合を形成することなく生成物を得る可逆的な相互作用です。

多様な基質製品のご紹介

Creative Enzymesは、さまざまな要件に応じた高純度の基質を提供しています。これらの基質は、産業生産から探索的研究まで、幅広い用途をサポートします。私たちの製品には以下が含まれます：

小分子基質

小分子の酵素基質は数千種類あります。これらは、脱水素化、脱炭酸、トランスアミネーション、異性化などの反応に参加します。私たちの化学基質は、ほとんどの生化学反応を促進します。私たちは、エステラーゼ基質、HRP（ホースラディッシュペルオキシダーゼ基質）、ホスファターゼ基質、硫酸エステラーゼ基質などの標準基質だけでなく、いくつかの特注基質も供給しています。多様性があり、すべてのニーズに応えます。

ペプチドおよびタンパク質基質

プロテアーゼは、ペプチド結合の加水分解を触媒し、タンパク質をより小さなポリペプチド鎖やアミノ酸に分解します。これらの酵素は、タンパク質の消化、細胞シグナル伝達、バイオテクノロジー応用など、さまざまな生物学的および産業的プロセスにおいて不可欠です。研究や実験をサポートするために、高品質の天然タンパク質基質や合成ポリペプチド基質を含む包括的な基質の選択肢を提供しています。私たちの製品は、幅広い用途で信頼性の高い正確な結果を提供するように設計されています。

糖類基質

糖類（糖または炭水化物とも呼ばれる）は、生化学産業の一般的な基質です。さまざまな目的のために多糖、オリゴ糖、単糖を提供しています。たとえば、アミラーゼアッセイ用の可溶性デンプン、アミロペクチン（アミロペクチンアジュール）、および多くの単糖や二糖は、異性化酵素アッセイに最適です。

色素生成および蛍光生成基質

これらの基質は、特定の酵素と相互作用すると可視光または蛍光を生成します。これらは、ELISAや他の活性アッセイで広く使用されており、特に低濃度の酵素で作業する際に、高感度の検出を提供します。たとえば、p-ニトロフェニルリン酸（pNPP）は、ホスファターゼの色素生成基質として一般的に使用され（4-ニトロフェニルリン酸二ナトリウム塩六水和物）、蛍光二リン酸（FDP）はアルカリフォスファターゼに最適です。私たちの色素生成および蛍光生成基質は、信頼性の高い正確な結果を提供するように設計されており、幅広い研究用途に最適です。

図3：色素生成および蛍光生成基質の例。A. p-ニトロフェニルリン酸（PNPP）は、アルカリフォスファターゼによって触媒的にp-ニトロフェノール（PNP）（わずかに黄色）に変換されることができます（Zhang et al., 2017）。B. アルカリフォスファターゼによって引き起こされる蛍光二リン酸の脱リン酸化とその後の蛍光生成の生触媒反応のスキーム（Mertz et al., 2011）。

Creative Enzymesは、酵素産業に特化しています。私たちは、酵素、特に酵素基質に関連するすべての種類の製品とサービスを提供できることを誇りに思っています。Creative Enzymesは、高純度の酵素基質製品を保証し、品質保証の下で製造され、HPLCや他の精密分析手法によって認証されています。また、さまざまな純度と仕様の基質を供給し、異なる要件に応じています。これらの基質は、酵素活性の測定や生産実践の多くの側面で使用できます。今すぐお問い合わせいただき、あなたのニーズに最適な基質ソリューションを見つけてください！