Kompetitivní inhibitory patří do kategorie enzymů známých jako reverzibilní inhibitory. Reverzibilní inhibitory disociují komplex enzym-inhibitor co nejdříve. Jsou to inhibitory, které se vážou přímo na aktivní místo enzymu, mohou se však také vázat mezi enzym a substrát. Kompetitivní inhibitor soutěží se substrátem o vazbu na enzym. Kompetitivní inhibitor napodobuje substrát a soutěží o aktivní místo. Kompetitivní inhibitor lze překonat zvýšením koncentrace substrátu. Nadměrné množství substrátu může negovat kompetitivní inhibitor a maximální rychlost je nakonec neovlivněna. kompetitivní inhibitory jsou účinné, protože často jsou strukturními analogy substrátu, který enzym váže, proto se inhibitor dokáže vázat na aktivní místo enzymu a soutěžit s původním substrátem.
Kompetitivní inhibitory se vážou na aktivní místa enzymu a snižují množství vazby substrátu nebo ligandu na enzym. Výsledkem je, že Km se zvýší a Vmax zůstane stejná. Nakonec lze chemickou reakci zvrátit zvýšením koncentrace substrátu.
E + S → ES → E + P vs. E + P. EI -(S přichází a nahrazuje I)→ ES → E + P
(současně probíhá také rovnovážná reakce: E + I ⇌ EI)
kde E je enzym, I je inhibitor, ES je komplex enzym-substrát, P je produkt a EI je komplex enzym-inhibitor.
Poznámka: Všechny šipky představují také vratné reakce. Při tvorbě produktů však reakce probíhá spíše směrem doprava. Všimněte si, že nedochází k tvorbě ESI. To znamená, že enzym se nemůže vázat jak na substrát, tak na inhibitor.
- Kompetitivní inhibice je reverzibilní, pokud je přítomen dostatečný substrát, což znamená, že velikost inhibice závisí na koncentraci inhibitoru i na koncentraci substrátů.
- Při této inhibici se maximální rychlost enzymové kinetiky nemění, ale KM, Michaelisova konstanta*, se zvyšuje.
Michaelisova konstanta (Km) je:
1) výtěžnost koncentrace substrátu při rychlosti poloviny maximální rychlosti nebo
2) polovina substrátů při maximální rychlosti.
Obrázek ukazuje dvojnásobně reciproký graf V0 a . Průsečík x je roven -1/Km, zatímco průsečík y je 1/Vmax. Sklon přímky je Km/Vmax. Z grafu tedy vyplývá, že dochází ke zvýšení Km a ke změně Vmax.
Michaelisova-Mentenova rovnice zníVo= Vmax/ aKm + Kde a = 1 + /KI a KI = /
Kompetitivní inhibitory lze také použít k nalezení aktivního místa enzymu. N-(fosfonacetyl)-L-asparát, známý také jako PALA, je kompetitivní inhibitor, který blokuje vazbu aspartáttranskarbanoylázy na její aktivní místo. PALA stabilizuje stav R.
Antibakteriální látky na bázi penicilinu jsou příkladem materiálů, které inhibičně soutěží v aktivním místě enzymu. Obecně se penicilinová léčiva používají v medicíně jako antibiotika při léčbě mnoha bakteriálních infekcí; navíc penicilinová léčiva získávají svůj antibakteriální účinek díky tomu, že se ireverzibilně vážou na bakteriální glykopeptidovou transpeptidasu. Pokud se bakteriální infekce nekontrolují, množí se částečně díky své schopnosti vytvářet buněčné stěny. Klíčovým enzymem při syntéze bakteriálních buněčných stěn je transpeptidáza. Tento enzym hraje klíčovou roli při síťování peptidoglykanových vláken. Penicilinové léky inhibují schopnost transpeptidázy plnit tento klíčový úkol. Bez buněčné stěny se bakterie nemohou množit, což znamená, že bakterie jsou v podstatě zničeny. Mechanisticky se v počáteční fázi inhibičního účinku léčiv na bázi penicilinu štěpí vazba mezi karbonylovým uhlíkem a atomem dusíku v β-laktamovém kruhu penicilinu. Vzniklý elektrofil je atakován nově vzniklým alkoxidovým iontem na serinovém zbytku za vzniku esteru, čímž vzniká konečný produkt: peniciloyl-enzymový komplex mezi glykopeptidovou transpeptidázou a penicilinem. Za zmínku stojí, že tento komplex je stabilní po neomezenou dobu
.