Kompetitive Inhibitoren gehören zu der Kategorie von Enzymen, die als reversible Inhibitoren bezeichnet werden. Reversible Inhibitoren dissoziieren den Enzym-Inhibitor-Komplex so schnell wie möglich. Sie sind Inhibitoren, die sich direkt an das aktive Zentrum eines Enzyms binden, sie können sich aber auch zwischen Enzym und Substrat schalten. Der kompetitive Inhibitor konkurriert mit dem Substrat um die Bindung an das Enzym. Ein kompetitiver Inhibitor ahmt das Substrat nach und konkurriert um das aktive Zentrum. Ein kompetitiver Inhibitor kann durch Erhöhung der Substratkonzentration überwunden werden. Kompetitive Inhibitoren sind wirksam, weil sie oft strukturelle Analoga des Substrats sind, das das Enzym bindet, weshalb der Inhibitor in der Lage ist, sich an die aktive Stelle des Enzyms zu binden und mit dem ursprünglichen Substrat zu konkurrieren.
Kompetitive Inhibitoren binden sich an die aktiven Stellen eines Enzyms und verringern die Menge der Bindung des Substrats oder Liganden an das Enzym. Das Ergebnis ist, dass der Km-Wert erhöht wird und die Vmax gleich bleibt. Letztlich kann die chemische Reaktion durch Erhöhung der Substratkonzentration umgekehrt werden.
E + S → ES → E + P vs. EI -(S kommt hinzu und ersetzt I)→ ES → E + P
(gleichzeitig findet auch eine Gleichgewichtsreaktion statt: E + I ⇌ EI)
wobei E das Enzym, I der Inhibitor, ES der Enzym-Substrat-Komplex, P das Produkt und EI der Enzym-Inhibitor-Komplex ist.
Anmerkung: Alle Pfeile stellen auch die reversiblen Reaktionen dar. Allerdings verläuft die Reaktion bei der Bildung der Produkte tendenziell nach rechts. Man beachte, dass es keine ESI-Bildung gibt. Das bedeutet, dass das Enzym nicht sowohl an das Substrat als auch an den Inhibitor binden kann.
- Kompetitive Hemmung ist reversibel, wenn genügend Substrat vorhanden ist, was bedeutet, dass die Höhe der Hemmung sowohl von der Konzentration des Inhibitors als auch von der Konzentration der Substrate abhängt.
- Durch diese Hemmung bleibt die maximale Geschwindigkeit der Enzymkinetik unverändert, aber KM, die Michaelis-Konstante*, steigt an.
Die Michaelis-Konstante (Km) ist:
1) die Ausbeute der Substratkonzentration bei der Geschwindigkeit der Hälfte der maximalen Geschwindigkeit, oder
2) die Hälfte der Substrate bei der maximalen Geschwindigkeit.
Das Bild zeigt eine doppelt reziproke Darstellung von V0 und . Der x-Achsenabschnitt ist gleich -1/Km und der y-Achsenabschnitt ist 1/Vmax. Die Steigung der Linie ist Km/Vmax. Das Diagramm zeigt also, dass Km ansteigt und sich Vmax nicht ändert.
Die Michaelis-Menten-Gleichung lautetVo= Vmax/ aKm + wobei a = 1 + /KI und KI = /
Kompetitive Inhibitoren können auch verwendet werden, um das aktive Zentrum eines Enzyms zu finden. N-(Phosphonacetyl)-L-asparat, auch bekannt als PALA, ist ein kompetitiver Inhibitor, der die Bindung von Aspartat-Transcarbanoylase an ihr aktives Zentrum blockiert. PALA stabilisiert den R-Zustand.
Antibakterielle Mittel auf Penicillinbasis sind Beispiele für Stoffe, die auf hemmende Weise mit dem aktiven Zentrum eines Enzyms konkurrieren. Im Allgemeinen werden Penicillin-Arzneimittel als Antibiotika bei der Behandlung vieler bakterieller Infektionen eingesetzt; außerdem verdanken Penicillin-Arzneimittel ihre antibakterielle Wirkung der Tatsache, dass sie irreversibel an die bakterielle Glycopeptid-Transpeptidase binden. Unkontrolliert vermehren sich bakterielle Infektionen unter anderem aufgrund ihrer Fähigkeit, Zellwände zu bilden. Ein Schlüsselenzym bei der Synthese von bakteriellen Zellwänden ist die Transpeptidase. Dieses Enzym spielt eine entscheidende Rolle bei der Vernetzung der Peptidoglykanstränge. Penicillin-Medikamente hemmen die Fähigkeit der Transpeptidase, diese wichtige Aufgabe zu erfüllen. Ohne die Zellwand können sich die Bakterien nicht mehr vermehren, was bedeutet, dass sie im Wesentlichen zerstört werden. Mechanistisch gesehen spaltet sich in der Anfangsphase der hemmenden Wirkung von Penicillin-Medikamenten die Bindung zwischen dem Carbonylkohlenstoff und dem Stickstoffatom im β-Lactamring des Penicillins. Das dabei entstehende Elektrophil wird von dem neu gebildeten Alkoxid-Ion am Serinrest angegriffen, um einen Ester zu bilden, aus dem das Endprodukt hervorgeht: ein Penicilloyl-Enzymkomplex zwischen Glycopeptid-Transpeptidase und Penicillin. Es ist erwähnenswert, dass dieser Komplex unbegrenzt stabil ist.
