substratspecificiteit

Substratspecificiteit is een eigenschap van enzymen en andere katalysatoren die aangeeft hoe selectief zij een bepaald substraat herkennen en omzetten in een product. Een hoge substratspecificiteit betekent doorgaans dat het enzym hoofdzakelijk reageert met één substraat of met een beperkt, verwant substratenpakket. Deze specificiteit ontstaat door de moleculaire complementariteit tussen het actieve centrum en het substraat, en door binding en oriëntatie die noodzakelijk zijn voor de chemische reactie.

De mate en aard van substratspecificiteit worden beïnvloed door verschillende factoren. De ruimtelijke structuur van het actieve centrum, de aanwezigheid van functionele groepen en de manier waarop het substraat wordt vastgehouden (binding) bepalen of de stof effectief kan worden omgezet. Kinetische parameters zoals Km en kcat geven inzicht in respectievelijk affiniteit en omzettingssnelheid. Mechanismen zoals induced fit kunnen de specificiteit verder versterken door het actieve centrum na binding van het substraat aan te passen.

Er bestaan verschillende typen specificiteit. Absolute specificiteit verwijst naar één enkel substraat; groep-specificiteit omvat substraten met dezelfde functionele groep; koppeling- of verbinding-specificiteit draait om specifieke chemische bindingen of substraatstructuren. Soms is er stereospecificiteit, waarbij alleen een bepaalde enantiomeer geschikt is. Anderzijds kunnen enzymen een zekere mate van substratepromiscuïteit vertonen, waarbij zij meerdere verwante substraten kunnen verwerken.

Praktisch is substratspecificiteit van belang voor metabole routes, enzymregulatie en geneesmiddelontwikkeling. Een duidelijk begrip van specificiteit helpt bij het voorspellen van pathwayflux, bij het ontwerpen van remmers die selectief zijn voor een doelenzym, en bij het verklaren van fenomenen zoals tissue- of isoenzymeverschillen in werking. Voorbeelden zijn hexokinase en glucokinase voor glucose, lactase voor lactose en diverse proteasen met voorkeur voor specifieke aminozuurresten.