Los inhibidores competitivos pertenecen a la categoría de enzimas conocida como inhibidores reversibles. Los inhibidores reversibles disocian el complejo enzima-inhibidor lo antes posible. Son inhibidores que se unen directamente al sitio activo de una enzima, aunque también pueden unirse entre una enzima y un sustrato. El inhibidor competitivo compite con el sustrato para unirse a la enzima. Un inhibidor competitivo imita al sustrato, compitiendo por el sitio activo. Un inhibidor competitivo puede superarse aumentando la concentración de sustrato. Los inhibidores competitivos son eficaces porque a menudo son análogos estructurales del sustrato al que se une la enzima, por lo que el inhibidor es capaz de unirse al sitio activo de la enzima y competir con el sustrato original.
Los inhibidores competitivos se unen a los sitios activos de una enzima y disminuyen la cantidad de unión del sustrato o ligando a la enzima. El resultado es que la Km aumenta y la Vmax permanece igual. Finalmente, la reacción química puede invertirse aumentando la concentración de sustrato.
E + S → ES → E + P vs. EI -(S entra y sustituye a I)→ ES → E + P
(también se produce una reacción de equilibrio al mismo tiempo: E + I ⇌ EI)
donde E es la enzima, I es el inhibidor, ES es el complejo enzima-sustrato, P es el producto y EI es el complejo enzima-inhibidor.
Nota: Todas las flechas también representan las reacciones reversibles. Sin embargo, la reacción tiende a proceder hacia la derecha en la formación de productos. Observe que no hay ninguna formación de ESI. Esto significa que la enzima no puede unirse tanto al sustrato como al inhibidor.
- La inhibición competitiva es reversible cuando hay suficiente sustrato, lo que significa que la cantidad de inhibición depende de la concentración del inhibidor así como de la concentración de los sustratos.
- Esta inhibición hace que la velocidad máxima de la cinética enzimática no cambie, pero la KM, la constante de Michaelis*, aumenta.
La constante de Michaelis (Km) es:
1) el rendimiento de la concentración de sustrato a la velocidad de la mitad de la velocidad máxima, o
2) la mitad de los sustratos a la velocidad máxima.
La imagen muestra un gráfico de doble reciprocidad de V0 y . La intersección x es igual a -1/Km mientras que la intersección y es 1/Vmax. La pendiente de la línea es Km/Vmax. Así, el gráfico muestra que hay un aumento en Km y ningún cambio en Vmax.
La ecuación de Michaelis-Menten se convierte enVo= Vmax/ aKm + Donde a = 1 + /KI y KI = /
Los inhibidores competitivos también pueden utilizarse para encontrar el sitio activo de una enzima. El N-(fosfonacetil)-L-asparato, también conocido como PALA, es un inhibidor competitivo que bloquea la unión de la Aspartato transcarbanoylasa a su sitio activo. PALA estabiliza el estado R.
Los antibacterianos a base de penicilina son ejemplos de materiales que compiten en el sitio activo de una enzima de forma inhibitoria. En general, los fármacos de penicilina se utilizan medicinalmente como antibióticos en el tratamiento de muchas infecciones bacterianas; además, los fármacos de penicilina derivan su acción antibacteriana debido al hecho de que se unen irreversiblemente a la transpeptidasa glicopéptida bacteriana. Cuando no se controlan, las infecciones bacterianas proliferan, en parte, por su capacidad de construir paredes celulares. Una enzima clave en la síntesis de las paredes celulares bacterianas es la transpeptidasa. Esta enzima desempeña un papel fundamental en la reticulación de las cadenas de peptidoglicano. Los fármacos con penicilina inhiben la capacidad de la transpeptidasa para realizar esta tarea crucial. Sin la pared celular, las bacterias son incapaces de proliferar, lo que significa que las bacterias son esencialmente destruidas. Mecánicamente, en la fase inicial de la acción inhibidora de los fármacos basados en la penicilina, el enlace entre el carbono carbonilo y el átomo de nitrógeno en el anillo β-lactámico de la penicilina se escinde. El electrófilo resultante es atacado por el ion alcóxido recién formado en el residuo de serina para formar un éster, que da lugar al producto final: un complejo penicilloil-enzimático entre la transpeptidasa glicopéptida y la penicilina. Cabe mencionar que este complejo es estable indefinidamente.
