Kompetitive hæmmer hører til den kategori af enzymer, der kaldes reversible hæmmer. Reversible inhibitorer dissocierer enzym-inhibitor-komplekset så hurtigt som muligt. De er inhibitorer, der binder direkte til det aktive sted i et enzym, men de kan også binde sig mellem et enzym og et substrat. Den kompetitive inhibitor konkurrerer med substratet om at binde sig til enzymet. En kompetitiv inhibitor efterligner substratet og konkurrerer om det aktive sted. En kompetitiv inhibitor kan overvindes ved at øge substratkoncentrationen. Den overskydende mængde substrat kan ophæve den kompetitive hæmmer, og den maksimale hastighed er i sidste ende upåvirket. kompetitive hæmmere er effektive, fordi de ofte er strukturelle analoger af det substrat, som enzymet binder, hvorfor hæmmeren er i stand til at binde sig til enzymets aktive sted og konkurrere med det oprindelige substrat.
Kompetitive hæmmere binder sig til de aktive steder i et enzym og mindsker mængden af substratets eller ligandens binding til enzymet. Resultatet er, at Km øges, mens Vmax forbliver den samme. I sidste ende kan den kemiske reaktion vendes ved at øge koncentrationen af substratet.
E + S → ES → ES → E + P vs. EI -(S kommer ind og erstatter I)→ ES → E → E + P
(en ligevægtsreaktion finder også sted samtidig: E + I ⇌ EI)
hvor E er enzymet, I er inhibitoren, ES er enzym-substratkomplekset, P er produktet, og EI er enzym-inhibitor-komplekset.
Bemærk: Alle pilene repræsenterer også de reversible reaktioner. Reaktionen har dog en tendens til at forløbe mod højre ved dannelsen af produkter. Bemærk, at der ikke er nogen ESI-dannelse. Det betyder, at enzymet ikke kan binde sig til både substratet og inhibitoren.
- Kompetitiv hæmning er reversibel, når der er tilstrækkeligt med substrat til stede, hvilket betyder, at mængden af hæmning afhænger af koncentrationen af inhibitor samt koncentrationen af substraterne.
- Denne hæmning gør, at den maksimale hastighed af enzymkinetikken er uændret, men KM, Michaelis-konstanten*, stiger.
Michaelis-konstanten (Km) er:
1) udbyttet af substratkoncentrationen ved hastigheden halvdelen af den maksimale hastighed, eller
2) halvdelen af substraterne ved den maksimale hastighed.
Billedet viser et dobbelt reciprok plot af V0 og . X-interceptet er lig med -1/Km, mens y-interceptet er 1/Vmax. Hældningen af linjen er Km/Vmax. Plottet viser således, at der sker en stigning i Km og ingen ændring i Vmax.
Michaelis-Menten-ligningen bliverVo= Vmax/ aKm + Hvor a = 1 + /KI og KI = /
Kompetitive inhibitorer kan også bruges til at finde det aktive sted for et enzym. N-(phosphonacetyl)-L-asparat, også kendt som PALA, er en kompetitiv inhibitor, som blokerer bindingen af aspartattranscarbanoylase til dets aktive sted. PALA stabiliserer R-tilstanden.
Penicillin-baserede antibakterielle stoffer er eksempler på stoffer, der konkurrerer på det aktive sted i et enzym på en hæmmende måde. Generelt anvendes penicillinstoffer medicinsk som antibiotika til behandling af mange bakterieinfektioner; penicillinstoffer opnår desuden deres antibakterielle virkning ved at binde irreversibelt til bakteriel glycopeptidtranspeptidase. Når bakterieinfektioner ikke kontrolleres, formerer de sig, bl.a. på grund af deres evne til at opbygge cellevægge. Et centralt enzym i syntesen af bakterielle cellevægge er transpeptidase. Dette enzym spiller en afgørende rolle i krydsforbindelsen af peptidoglykanstrenge. Penicillinpræparater hæmmer transpeptidasens evne til at udføre denne afgørende opgave. Uden cellevæggen er bakterier ikke i stand til at formere sig, hvilket betyder, at bakterierne stort set bliver ødelagt. Mekanistisk set spaltes bindingen mellem carbonylkulstoffet og nitrogenatomet i penicillinets β-lactamring i penicillinets indledende fase af den hæmmende virkning af penicillinbaserede lægemidler. Den resulterende elektrofil angribes af den nyligt dannede alkoxidion på serinresterne for at danne en ester, hvilket resulterer i det endelige produkt: et penicillyl-enzymkompleks mellem glycopeptidtranspeptidase og penicillin. Det er bemærkelsesværdigt at nævne, at dette kompleks er stabilt på ubestemt tid.
