Kompetytywne inhibitory należą do kategorii enzymów znanych jako inhibitory odwracalne. Odwracalne inhibitory dysocjują kompleks enzym-inhibitor tak szybko, jak to możliwe. Są to inhibitory, które wiążą się bezpośrednio do miejsca aktywnego enzymu, jednak mogą również wiązać się pomiędzy enzymem a substratem. Inhibitor kompetycyjny konkuruje z substratem, aby związać się z enzymem. Inhibitor kompetycyjny naśladuje substrat, konkurując o miejsce aktywne. Inhibitor kompetycyjny może być pokonany poprzez zwiększenie stężenia substratu. Nadmiar substratu może zanegować działanie inhibitora kompetycyjnego, a maksymalna prędkość jest ostatecznie niezmieniona.Inhibitory kompetycyjne są skuteczne, ponieważ często są strukturalnymi analogami substratu, który enzym wiąże, dlatego inhibitor jest w stanie związać się z miejscem aktywnym enzymu i konkurować z oryginalnym substratem.
Inhibitory kompetycyjne wiążą się z miejscami aktywnymi enzymu i zmniejszają ilość wiązania substratu lub ligandu do enzymu. W rezultacie Km jest zwiększone, a Vmax pozostaje takie samo. Ostatecznie reakcja chemiczna może zostać odwrócona przez zwiększenie stężenia substratu.
E + S → ES → E + P vs. EI -(S wchodzi i zastępuje I)→ ES → E + P
(w tym samym czasie zachodzi również reakcja równowagi: E + I ⇌ EI)
gdzie E to enzym, I to inhibitor, ES to kompleks enzym-substrat, P to produkt, a EI to kompleks enzym-inhibitor.
Uwaga: Wszystkie strzałki reprezentują również reakcje odwracalne. Jednakże, reakcja ma tendencję do postępu w prawo w tworzeniu produktów. Zauważ, że nie tworzy się żaden ESI. Oznacza to, że enzym nie może związać się zarówno z substratem, jak i z inhibitorem.
- Kompetycyjna inhibicja jest odwracalna, gdy obecna jest wystarczająca ilość substratu, co oznacza, że wielkość inhibicji zależy od stężenia inhibitora, jak również od stężenia substratów.
- Hamowanie to sprawia, że maksymalna szybkość kinetyki enzymu nie ulega zmianie, ale KM, stała Michaelisa*, wzrasta.
Stała Michaelisa (Km) to:
1) wydajność stężenia substratu przy prędkości równej połowie prędkości maksymalnej lub
2) połowa stężenia substratów przy prędkości maksymalnej.
Rysunek przedstawia wykres podwójnej odwrotności V0 i . Punkt przecięcia x jest równy -1/Km, natomiast punkt przecięcia y jest równy 1/Vmax. Nachylenie linii wynosi Km/Vmax. Z wykresu wynika więc, że następuje wzrost Km i nie ma zmiany Vmax.
Równanie Michaelisa-Mentena przyjmuje postaćVo= Vmax/ aKm + Gdzie a = 1 + /KI i KI = /
Kompetycyjne inhibitory można również wykorzystać do znalezienia miejsca aktywnego enzymu. N-(fosfonoacetylo)-L-asparaginian, znany również jako PALA, jest inhibitorem kompetycyjnym, który blokuje wiązanie transkarbanoilazy asparaginianowej w jej miejscu aktywnym. PALA stabilizuje stan R.
Penicylinowe środki przeciwbakteryjne są przykładami materiałów, które konkurują w miejscu aktywnym enzymu w sposób hamujący. Ogólnie rzecz biorąc, leki penicylinowe są stosowane w medycynie jako antybiotyki w leczeniu wielu infekcji bakteryjnych; ponadto leki penicylinowe uzyskują swoje działanie antybakteryjne dzięki temu, że wiążą się nieodwracalnie z bakteryjną transpeptydazą glikopeptydową. Niekontrolowane infekcje bakteryjne rozprzestrzeniają się częściowo dzięki ich zdolności do budowania ścian komórkowych. Kluczowym enzymem w syntezie bakteryjnych ścian komórkowych jest transpeptydaza. Enzym ten odgrywa kluczową rolę w sieciowaniu nitek peptydoglikanu. Leki z grupy penicylin hamują zdolność transpeptydazy do wykonywania tego kluczowego zadania. Bez ściany komórkowej bakterie nie są w stanie się rozmnażać, co oznacza, że są one w zasadzie niszczone. Mechanicznie, w początkowej fazie hamującego działania leków penicylinowych, dochodzi do rozszczepienia wiązania między węglem karbonylowym a atomem azotu w pierścieniu β-laktamowym penicyliny. Powstały w ten sposób elektrofil jest atakowany przez nowo powstały jon alkoksydowy na reszcie serynowej, tworząc ester, w wyniku czego powstaje produkt końcowy: kompleks penicylilowo-enzymowy pomiędzy transpeptydazą glikopeptydową a penicyliną. Na uwagę zasługuje fakt, że kompleks ten jest stabilny w nieskończoność.
.