Les inhibiteurs compétitifs appartiennent à la catégorie des enzymes dites inhibiteurs réversibles. Les inhibiteurs réversibles dissocient le complexe enzyme-inhibiteur le plus rapidement possible. Ce sont des inhibiteurs qui se lient directement au site actif d’une enzyme, mais ils peuvent aussi se lier entre une enzyme et un substrat. L’inhibiteur compétitif entre en compétition avec le substrat pour se lier à l’enzyme. Un inhibiteur compétitif imite le substrat, en se disputant le site actif. Un inhibiteur compétitif peut être surmonté en augmentant la concentration du substrat. La quantité excessive de substrat peut annuler l’inhibiteur compétitif et la vitesse maximale n’est finalement pas affectée.Les inhibiteurs compétitifs sont efficaces parce que souvent ils sont des analogues structurels du substrat que l’enzyme lie, c’est pourquoi l’inhibiteur est capable de se lier au site actif de l’enzyme et de concurrencer le substrat original.
Les inhibiteurs compétitifs se lient aux sites actifs d’une enzyme et diminuent la quantité de liaison du substrat ou du ligand à l’enzyme. Le résultat est que le Km est augmenté et que le Vmax reste le même. En fin de compte, la réaction chimique peut être inversée en augmentant la concentration du substrat.
E + S → ES → E + P vs. EI -(S intervient et remplace I)→ ES → E + P
(une réaction d’équilibre se produit également en même temps : E + I ⇌ EI)
où E est l’enzyme, I est l’inhibiteur, ES est le complexe enzyme-substrat, P est le produit et EI est le complexe enzyme-inhibiteur.
Note : Toutes les flèches représentent également les réactions réversibles. Cependant, la réaction a tendance à aller vers la droite dans la formation des produits. Remarquez qu’il n’y a pas de formation d’ESI. Cela signifie que l’enzyme ne peut pas se lier à la fois au substrat et à l’inhibiteur.
- L’inhibition compétitive est réversible lorsque suffisamment de substrat est présent, ce qui signifie que la quantité d’inhibition dépend de la concentration de l’inhibiteur ainsi que de la concentration des substrats.
- Cette inhibition rend la vitesse maximale de la cinétique enzymatique inchangée, mais KM, constante de Michaelis*, augmente.
La constante de Michaelis (Km) est :
1) le rendement de la concentration de substrat à la vitesse de la moitié de la vitesse maximale, ou
2) la moitié des substrats à la vitesse maximale.
L’image montre un tracé double-réciproque de V0 et . L’ordonnée à l’origine est égale à -1/Km tandis que l’ordonnée à l’origine est 1/Vmax. La pente de la ligne est Km/Vmax. Ainsi, le tracé montre qu’il y a une augmentation de Km et aucun changement de Vmax.
L’équation de Michaelis-Menten devientVo= Vmax/ aKm + Où a = 1 + /KI et KI = /
Les inhibiteurs compétitifs peuvent également être utilisés pour trouver le site actif d’une enzyme. Le N-(phosphonacetyl)-L-asparate, également connu sous le nom de PALA, est un inhibiteur compétitif qui bloque la liaison de l’Aspartate transcarbanoylase à son site actif. PALA stabilise l’état R.
Les antibactériens à base de pénicilline sont des exemples de matériaux qui entrent en compétition sur le site actif d’une enzyme de manière inhibitrice. En général, les médicaments à base de pénicilline sont utilisés médicalement comme antibiotiques dans le traitement de nombreuses infections bactériennes ; de plus, les médicaments à base de pénicilline tirent leur action antibactérienne du fait qu’ils se lient de manière irréversible à la glycopeptide transpeptidase bactérienne. Lorsqu’elles ne sont pas contrôlées, les infections bactériennes prolifèrent, en partie grâce à leur capacité à construire des parois cellulaires. Une enzyme clé dans la synthèse des parois cellulaires bactériennes est la transpeptidase. Cette enzyme joue un rôle essentiel dans la réticulation des brins de peptidoglycane. Les pénicillines inhibent la capacité de la transpeptidase à accomplir cette tâche cruciale. Sans la paroi cellulaire, les bactéries sont incapables de proliférer, ce qui signifie que les bactéries sont essentiellement détruites. D’un point de vue mécanistique, au stade initial de l’action inhibitrice des médicaments à base de pénicilline, la liaison entre le carbone du carbonyle et l’atome d’azote dans le cycle β-lactame de la pénicilline se clive. L’électrophile résultant est attaqué par l’ion alcoxyde nouvellement formé sur le résidu sérine pour former un ester, ce qui donne le produit final : un complexe pénicilloyl-enzyme entre la glycopeptide transpeptidase et la pénicilline. Il convient de mentionner que ce complexe est stable indéfiniment.
.