A kompetitív gátlók az enzimek reverzibilis gátlóként ismert kategóriájába tartoznak. A reverzibilis inhibitorok a lehető leghamarabb disszociálják az enzim-inhibitor komplexet. Ezek olyan inhibitorok, amelyek közvetlenül az enzim aktív helyéhez kötődnek, azonban az enzim és a szubsztrát között is kötődhetnek. A kompetitív inhibitor a szubsztráttal versenyez az enzimhez való kötődésért. A kompetitív inhibitor a szubsztrátot utánozza, versenyezve az aktív helyért. A kompetitív inhibitor a szubsztrát koncentrációjának növelésével győzhető le. A többlet szubsztrátmennyiség negligálhatja a kompetitív inhibitort, és a maximális sebességet végül nem befolyásolja.A kompetitív inhibitorok azért hatékonyak, mert gyakran az enzim által megkötött szubsztrát szerkezeti analógjai, ezért az inhibitor képes az enzim aktív helyéhez kötődni és versenyezni az eredeti szubsztráttal.
A kompetitív inhibitorok az enzim aktív helyéhez kötődnek és csökkentik a szubsztrát vagy ligandum enzimhez való kötődésének mennyiségét. Ennek eredményeként a Km megnő, a Vmax pedig változatlan marad. Végül a kémiai reakció a szubsztrát koncentrációjának növelésével visszafordítható.
E + S → ES → E + P vs. EI -(S bejön és helyettesíti I-t)→ ES → E + P
(ezzel egyidejűleg egy egyensúlyi reakció is lejátszódik: E + I ⇌ EI)
melyben E az enzim, I az inhibitor, ES az enzim-szubsztrát komplex, P a termék, EI pedig az enzim-inhibitor komplex.
Megjegyzés: Minden nyíl a reverzibilis reakciókat is jelöli. A reakció azonban a termékek képződésében inkább jobbra halad. Vegyük észre, hogy nincs ESI képződés. Ez azt jelenti, hogy az enzim nem tud egyszerre kötődni a szubsztráthoz és az inhibitorhoz.
- A kompetitív gátlás reverzibilis, ha elegendő szubsztrát van jelen, vagyis a gátlás mértéke az inhibitor koncentrációjától és a szubsztrátok koncentrációjától is függ.
- A gátlás hatására az enzimkinetika maximális sebessége nem változik, de a KM, a Michaelis-állandó* nő.
A Michaelis-állandó (Km):
1) a szubsztrátkoncentráció hozama a maximális sebesség felének sebességénél, vagy
2) a szubsztrátok felének maximális sebességénél.
Az ábrán a V0 és . Az x-interceptus egyenlő -1/Km, míg az y-interceptus 1/Vmax. Az egyenes meredeksége Km/Vmax. A grafikon tehát azt mutatja, hogy a Km növekszik, a Vmax pedig nem változik.
A Michaelis-Menten-egyenlet a következő leszVo= Vmax/ aKm + Ahol a = 1 + /KI és KI = /
A kompetitív inhibitorok is felhasználhatók egy enzim aktív helyének meghatározására. Az N-(foszfonacetil)-L-aszparát, más néven PALA egy kompetitív inhibitor, amely blokkolja az aszpartát transzkarbanoiláz aktív helyéhez való kötődést. A PALA stabilizálja az R állapotot.
A fenicillin alapú antibakteriális szerek példák olyan anyagokra, amelyek egy enzim aktív helyén gátló módon versengenek. Általában a penicillin hatóanyagokat gyógyszeresen antibiotikumként használják számos bakteriális fertőzés kezelésében; továbbá a penicillin hatóanyagokat antibakteriális hatásukat annak köszönhetik, hogy irreverzibilisen kötődnek a bakteriális glikopeptid transzpeptidázhoz. Ha a bakteriális fertőzések ellenőrizetlenül szaporodnak, részben azért, mert a baktériumok képesek sejtfalakat építeni. A bakteriális sejtfalak szintézisében kulcsfontosságú enzim a transzpeptidáz. Ez az enzim kritikus szerepet játszik a peptidoglikán szálak keresztkötésében. A penicillin gyógyszerek gátolják a transzpeptidáznak ezt a döntő fontosságú feladatát. A sejtfal nélkül a baktériumok nem képesek szaporodni, ami azt jelenti, hogy a baktériumok lényegében elpusztulnak. Mechanisztikailag a penicillin alapú gyógyszerek gátló hatásának kezdeti szakaszában a penicillin β-laktámgyűrűjében a karbonil szén és a nitrogénatom közötti kötés hasad. A keletkező elektrofilt a szerinmaradványon újonnan képződött alkoxidion megtámadja, és egy észtert képez, ami a végterméket eredményezi: a glikopeptid-transzpeptidáz és a penicillin közötti penicillil-enzim komplexet. Érdemes megemlíteni, hogy ez a komplex korlátlan ideig stabil.
