Kompetitiva hämmare tillhör den kategori av enzymer som kallas reversibla hämmare. Reversibla hämmare dissocierar enzymet-inhibitor-komplexet så snart som möjligt. De är hämmare som binder direkt till den aktiva platsen hos ett enzym, men de kan också binda mellan ett enzym och ett substrat. Den kompetitiva hämmaren konkurrerar med substratet om att binda till enzymet. En kompetitiv hämmare efterliknar substratet och konkurrerar om den aktiva platsen. En kompetitiv hämmare kan övervinnas genom att öka substratkoncentrationen. Överskottsmängden substrat kan negera den kompetitiva hämmaren och den maximala hastigheten är i slutändan opåverkad. kompetitiva hämmare är effektiva eftersom de ofta är strukturella analoger av det substrat som enzymet binder, därför kan hämmaren binda sig till enzymets aktiva plats och konkurrera med det ursprungliga substratet.
Kompetitiva hämmare binder sig till de aktiva platserna i ett enzym och minskar mängden bindning av substratet eller liganden till enzymet. Resultatet blir att Km ökar och Vmax förblir detsamma. I slutändan kan den kemiska reaktionen vändas om genom att öka koncentrationen av substratet.
E + S → ES → E + P vs. EI -(S kommer in och ersätter I)→ ES → E + P
(en jämviktsreaktion sker också samtidigt: E + I ⇌ EI)
där E är enzymet, I är inhibitorn, ES är enzym-substratkomplexet, P är produkten och EI är enzym-inhibitorkomplexet.
Notera: Alla pilar representerar också de reversibla reaktionerna. Reaktionen tenderar dock att fortskrida åt höger vid bildandet av produkter. Lägg märke till att det inte sker någon bildning av ESI. Detta innebär att enzymet inte kan binda till både substratet och inhibitorn.
- Kompetitiv hämning är reversibel när tillräckligt mycket substrat finns närvarande, vilket innebär att mängden hämning beror på koncentrationen av inhibitorn samt koncentrationen av substraten.
- Denna hämning gör att enzymkinetikens maximala hastighet är oförändrad, men KM, Michaeliskonstanten*, ökar.
Michaeliskonstanten (Km) är:
1) avkastningen av substratkoncentrationen vid hastigheten av halva den maximala hastigheten, eller
2) halva substraten vid den maximala hastigheten.
Bilden visar en dubbel reciprok plott av V0 och . X-interceptet är lika med -1/Km medan y-interceptet är 1/Vmax. Linjens lutning är Km/Vmax. Plotten visar alltså att det sker en ökning av Km och ingen förändring av Vmax.
Michaelis-Mentens ekvation blirVo= Vmax/ aKm + Där a = 1 + /KI och KI = /
Kompetitiva hämmare kan också användas för att hitta den aktiva platsen för ett enzym. N-(fosfonacetyl)-L-asparat, även känt som PALA, är en kompetitiv hämmare som blockerar bindningen av aspartattranskarbanoylas till dess aktiva plats. PALA stabiliserar R-tillståndet.
Penicillinbaserade antibakteriella medel är exempel på material som konkurrerar vid ett enzyms aktiva plats på ett hämmande sätt. I allmänhet används penicillinläkemedel medicinskt som antibiotika vid behandling av många bakterieinfektioner; dessutom får penicillinläkemedel sin antibakteriella verkan tack vare att de binder irreversibelt till bakteriellt glykopeptidtranspeptidas. När bakterieinfektioner inte kontrolleras sprids de delvis på grund av deras förmåga att bygga cellväggar. Ett nyckelenzym i syntesen av bakteriella cellväggar är transpeptidas. Detta enzym spelar en viktig roll vid korsbindningen av peptidoglykansträngarna. Penicillinläkemedel hämmar transpeptidasets förmåga att utföra denna viktiga uppgift. Utan cellväggen kan bakterier inte föröka sig, vilket innebär att bakterierna i princip förstörs. Mekanistiskt sett, i det inledande skedet av den hämmande verkan av penicillinbaserade läkemedel, klyvs bindningen mellan karbonylkolet och kväveatomen i penicillinets β-lactamring. Den resulterande elektrofilen angrips av den nybildade alkoxidjonen på serinresterna för att bilda en ester, vilket resulterar i slutprodukten: ett penicilloyl-enzymkomplex mellan glykopeptidtranspeptidas och penicillin. Det är värt att nämna att detta komplex är stabilt på obestämd tid.
