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化学において、「基質」という用語は文脈に大きく依存する。[ 1 ]広義には、化学反応で観察される化学種、または他の化学反応や顕微鏡観察が行われる表面を指すことがある。生化学では、酵素基質は酵素が作用する分子である。合成化学および有機化学では、基質は修飾される対象となる化学物質である。反応物は基質に添加され、化学反応によって生成物が生成される。それ以外の場合、基質は他の化学反応が行われる表面、または様々な分光学的および顕微鏡的技術において補助的な役割を果たす表面を指すことがある。[ 2 ]
最も一般的なナノスケール顕微鏡技術である原子間力顕微鏡（AFM）、走査トンネル顕微鏡（STM）、透過型電子顕微鏡（TEM）の3つでは、サンプルをマウントするために基板が必要です。基板は多くの場合薄く、化学的特徴や欠陥が比較的少ないです。[ 3 ]製造が容易で顕微鏡データに干渉しないため、通常は銀、金、またはシリコンウェハが使用されます。サンプルは、基板上に薄い層として堆積され、基板は信頼できる厚さと可鍛性を備えた固体支持体として機能します。[ 2 ] [ 4 ]これらのタイプの顕微鏡では、サンプルの高さの非常に小さな変化に敏感であるため、基板の平滑性が特に重要です。
さまざまなサンプルに対応するために、特定のケースでは他のさまざまな基板が使用されます。たとえば、グラファイトフレークのAFMには断熱基板が必要であり[ 5 ]、TEMには導電性基板が必要です。文脈によっては、基板という言葉は、サンプルが置かれる固体支持体ではなく、サンプル自体を指すために使用されることがあります。
粉末回折など、さまざまな分光技術では、試料を基板上にマウントする必要がある。この種の回折は、粉末試料に高出力のX線を照射して結晶構造を推定するもので、結果として得られるデータ収集に干渉しないように、非晶質基板を用いて行われることが多い。シリコン基板は、コスト効率が良く、X線収集におけるデータ干渉が比較的少ないため、一般的に使用されている。[ 6 ]
単結晶基板は、回折パターンにおいて位相の違いによって目的の試料と区別できるため、粉末回折において有用である。 [ 7 ]
原子層堆積では、基板は試薬が結合して化学構造を精密に構築するための初期表面として機能します。[ 8 ] [ 9 ]対象となる反応に応じてさまざまな基板が使用されますが、多くの場合、試薬をある程度の親和性で結合させて基板に付着できるようにします。
基板は、異なる試薬に順次曝露され、余分な試薬を除去するためにその間に洗浄される。この技術では基板が重要であり、最初の層は、2番目または3番目の試薬に曝露されたときに失われないように結合する場所が必要である。[ 10 ]
生化学において、基質とは酵素が作用する分子のことです。酵素は基質が関与する化学反応を触媒します。基質が1つの場合、基質は酵素の活性部位に結合し、酵素-基質複合体が形成されます。基質は1つ以上の生成物に変換され、その後、活性部位から放出されます。活性部位は、次の基質分子を受け入れることができるようになります。基質が複数ある場合、これらの基質は特定の順序で活性部位に結合し、その後、反応して生成物を生成します。基質が酵素の作用を受けると着色生成物を生じる場合、その基質は「発色性」と呼ばれます。組織学的酵素局在研究では、酵素作用によって生じる着色生成物を、生物組織の薄切片で顕微鏡下で観察することができます。同様に、基質が酵素の作用を受けると蛍光生成物を生じる場合、その基質は「蛍光性」と呼ばれます。
例えば、凝乳形成（レンネット凝固）は、酵素レンニンを牛乳に加えたときに起こる反応です。この反応では、基質は乳タンパク質（例えばカゼイン）であり、酵素はレンニンです。生成物は、より大きなペプチド基質が切断されて形成された2つのポリペプチドです。別の例として、酵素カタラーゼによって行われる過酸化水素の化学分解があります。酵素は触媒であるため、酵素自身が行う反応によって変化することはありません。しかし、基質は生成物に変換されます。ここでは、過酸化水素が水と酸素ガスに変換されます。
一般的に、最初の（結合）段階と3番目の（解離）段階は可逆的であるが、中間段階は不可逆的（前述のレンニン反応やカタラーゼ反応など）または可逆的（例えば、解糖代謝経路の多くの反応など）である。
基質濃度を上げると、酵素-基質複合体の数が増える可能性が高くなるため、反応速度が上昇します。これは、酵素濃度が律速段階になるまで続きます。
酵素は通常、非常に高い特異性を持つが、中には複数の基質に対して触媒作用を行うことができるものもあり、この性質は酵素の多機能性と呼ばれる。酵素は、多くの天然基質を持ち、幅広い特異性を示す場合（例えば、シトクロムP450による酸化）もあれば、単一の天然基質を持ち、類似した非天然基質をある程度低い速度で触媒できる場合もある。実験室環境における試験管内（in vitro）で特定の酵素が反応する基質は、生体内（in vivo）における酵素反応の生理学的、内因性基質を必ずしも反映するとは限らない。つまり、酵素は、実験室で可能なすべての反応を体内で必ずしも行うとは限らないということである。例えば、脂肪酸アミド加水分解酵素（FAAH）は、試験管内では内因性カンナビノイドである2-アラキドノイルグリセロール（2-AG）とアナンダミドを同程度の速度で加水分解できるが、FAAHの遺伝的または薬理学的阻害はアナンダミドを増加させるが2-AGを増加させないことから、2-AGはFAAHの内因性生体内基質ではないことが示唆される。[ 11 ]別の例として、N-アシルタウリン（NAT）はFAAH阻害動物で劇的に増加することが観察されているが、実際には試験管内ではFAAHの基質としては不十分である。[ 12 ]
感受性基質（感受性指標基質とも呼ばれる）とは、臨床薬物相互作用（DDI）研究において、特定の代謝経路の強力な指標阻害剤によってAUCが5倍以上増加する薬剤のことである。 [ 13 ]
中程度の感受性基質とは、臨床DDI試験において、特定の代謝経路の強力な指標阻害剤とのAUCの増加が2倍以上5倍未満である薬剤のことである。[ 13 ]