אנלוג של סובסטרט

אנלוג של סובסטרט (או אנלוג למצב מעבר) הוא מרכיב כימיקלי-סינתטי או טבעי אשר מדמה התרחשות טבעית של סובסטרט האנזים במבנה או בתפקוד. כלומר, אנלוג של סובסטרט היא מולקולה בעלת דמיון רב לסובסטרט של אנזים מסוים ועל כן, יכולה להקשר או להיות מזוהה על ידי האנזים הספציפי. השפעת האנזים על האנלוג שונה מהשפעתו על הסובסטרט הטבעי שלו. מסיבה זו, אנלוגים לסובסטרט יכולים להוות מעכבים יעילים של תהליך קטליטי מסוים ויכולים להוות מקור להבנת המחקר של פעילות מולקולות ביולוגיות ומקור להבנת המכניזם של פעילות האנזים.

רקע

ערך מורחב – אנזים

אנזים הוא מולקולה הנקשרת לסובסטרט ספציפי ומזרז קצב ריאקציה שבה הסובסטרט (מגיב) הופך לתוצר. כל הסובסטרטים חייבים לעבור דרך מצב מעבר שהיא קונפורמציה בעלת אנרגיה גבוהה, וזהו השלב אשר קובע את קצב הריאקציה. אנזימים מייצבים את מצב המעבר ועל ידי כך גורמים להנמכת האנרגיה החופשית הדרושה לצורך הפיכת הסובסטרט למצב המעבר. אנרגיה זו נקראת אנרגיית שפעול (אנרגיית אקטיבציה). הקטנת אנרגיית האקטיבציה על ידי האנזים גורמת להגברת קצב הריאקציה.
מכיוון שהשלב הראשון בקטליזה אנזימטית הוא קישור בין האנזים לסובסטרט, מולקולות הדומות מבחינה כימית ומבנית לסובסטרט, עשויות להיקשר לאנזים במקום הסובסטרט ולעכב אותו.

מנגנון

בעוד שמספר גדול של מולקולות, שאינן מוגדרות כסובסטרטים טבעיים של האנזים, יכולות להיכנס לאתר הפעיל של אנזימים, רק מספר קטן מאוד של אנלוגים יהיו בעלי זיקה ויוכלו להיקשר לאתר הפעיל. המנגנון הספציפי משתנה מאנלוג אחד לשני אך היכולת הכללית עבור אנלוגים אנזימטיים, לעשות זאת, נובעת מהדמיון המבני והדמיון הכימי הגבוהים לסובסטרט או למצב המעבר של סובסטרט האנזים. לדוגמה האנלוג N-(Phosphonacetyl)-L-aspartate (בקיצור: PALA) שונה ממצב המעבר של הסובסטרט הטבעי בכמה קבוצות פונקציונליות בודדות.
חיקוי מצב המעבר אינו דבר של מה בכך, מאחר שהקישור בין אנזים לסובסטרט או למצב המעבר מורכב ממספר אינטראקציות כימיות ספציפיות באוריאנטציה מרחבית מסוימת.

שימושים

לאנלוג של סובסטרט יכולים להיות מגוון שימושים אקדמיים ורפואיים.

• חקר מבני וביוכימי של החלבונים והאנזימים, ובפרט של האתר הפעיל.
• אנלוגים רבים משמשים כתרופות. המפורסם שבהם הוא הפניצילין.