Gli inibitori competitivi appartengono alla categoria di enzimi conosciuti come inibitori reversibili. Gli inibitori reversibili dissociano il complesso enzima-inibitore il più presto possibile. Sono inibitori che si legano direttamente al sito attivo di un enzima, tuttavia possono anche legarsi tra un enzima e un substrato. L’inibitore competitivo compete con il substrato per legarsi all’enzima. Un inibitore competitivo imita il substrato, competendo per il sito attivo. Un inibitore competitivo può essere superato aumentando la concentrazione del substrato. Gli inibitori competitivi sono efficaci perché spesso sono analoghi strutturali del substrato che l’enzima lega, ecco perché l’inibitore è in grado di legarsi al sito attivo dell’enzima e competere con il substrato originale.
Gli inibitori competitivi si legano ai siti attivi di un enzima e diminuiscono la quantità di legame del substrato o ligando all’enzima. Il risultato è che il Km è aumentato e la Vmax rimane la stessa. In definitiva, la reazione chimica può essere invertita aumentando la concentrazione del substrato.
E + S → ES → E + P vs. EI -(S entra e sostituisce I)→ ES → E + P
(una reazione di equilibrio avviene anche allo stesso tempo: E + I ⇌ EI)
dove E è l’enzima, I è l’inibitore, ES è il complesso enzima-substrato, P è il prodotto, e EI è il complesso enzima-inibitore.
Nota: Tutte le frecce rappresentano anche le reazioni reversibili. Tuttavia, la reazione tende a procedere verso destra nella formazione dei prodotti. Notate che non c’è alcuna formazione di ESI. Questo significa che l’enzima non può legarsi sia al substrato che all’inibitore.
- L’inibizione competitiva è reversibile quando è presente abbastanza substrato, il che significa che la quantità di inibizione dipende dalla concentrazione dell’inibitore così come dalla concentrazione dei substrati.
- Questa inibizione rende la velocità massima della cinetica enzimatica invariata, ma il KM, costante di Michaelis*, aumenta.
La costante di Michaelis (Km) è:
1) il rendimento della concentrazione del substrato alla velocità della metà della velocità massima, o
2) la metà dei substrati alla velocità massima.
L’immagine mostra un grafico a doppia reciprocità di V0 e . L’intercetta x è uguale a -1/Km mentre l’intercetta y è 1/Vmax. La pendenza della linea è Km/Vmax. Così, il grafico mostra che c’è un aumento di Km e nessun cambiamento in Vmax.
L’equazione di Michaelis-Menten diventaVo= Vmax/ aKm + dove a = 1 + /KI e KI = /
Inibitori competitivi possono anche essere usati per trovare il sito attivo di un enzima. N-(fosfonacetil)-L-asparato, noto anche come PALA, è un inibitore competitivo che blocca il legame dell’aspartato transcarbanoilasi al suo sito attivo. PALA stabilizza lo stato R.
Gli antibatterici a base di penicillina sono esempi di materiali che competono al sito attivo di un enzima in modo inibitorio. In generale, i farmaci a base di penicillina sono usati in medicina come antibiotici nel trattamento di molte infezioni batteriche; inoltre, i farmaci a base di penicillina derivano la loro azione antibatterica dal fatto che si legano irreversibilmente alla glicopeptide transpeptidasi batterica. Se non controllate, le infezioni batteriche proliferano, in parte, a causa della loro capacità di costruire pareti cellulari. Un enzima chiave nella sintesi delle pareti cellulari batteriche è la transpeptidasi. Questo enzima gioca un ruolo critico nella reticolazione dei filamenti di peptidoglicano. I farmaci della penicillina inibiscono la capacità della transpeptidasi di svolgere questo compito cruciale. Senza la parete cellulare, i batteri non sono in grado di proliferare, il che significa che i batteri sono essenzialmente distrutti. Meccanicamente, nella fase iniziale dell’azione inibitoria dei farmaci a base di penicillina, il legame tra il carbonio carbonile e l’atomo di azoto nell’anello β-lattamico della penicillina si scinde. L’elettrofilo risultante viene attaccato dallo ione alcossido appena formato sul residuo di serina per formare un estere, che dà luogo al prodotto finale: un complesso penicilloil-enzimatico tra glicopeptide transpeptidasi e penicillina. È degno di nota menzionare che questo complesso è stabile indefinitamente.
