Kompetitivní inhibice je forma enzymové inhibice, kdy vazba inhibitoru na enzym brání vazbě substrátu a naopak.
Při kompetitivní inhibici se inhibitor váže na stejné aktivní místo jako normální enzymatický substrát, aniž by došlo k reakci. Molekula substrátu nemůže vstoupit do aktivního místa, když je tam inhibitor, a inhibitor nemůže vstoupit do místa, když je tam substrát. V tomto případě se maximální rychlost reakce nemění, zatímco zdánlivá afinita substrátu k vazebnému místu se snižuje (to znamená: disociační konstanta Kd se zjevně zvyšuje). Změna v Km (Michaelisova-Mentenova konstanta) je paralelní ke změně v Kd. Jakákoli daná koncentrace kompetitivního inhibitoru může být překonána zvýšením koncentrace substrátu, v takovém případě substrát překoná inhibitor ve vazbě na enzym.
Všimněte si, že inhibitor se nemusí nutně vázat na stejné aktivní místo, na které by se vázal substrát. Dokud vazba inhibitoru brání vazbě substrátu (dříve než k ní dojde), je inhibiční mechanismus kompetitivní. To lze pozorovat vazbou inhibitoru na sekundární místo na enzymu, která způsobuje konformační změnu struktury tak, že se substrát nemůže vázat.
zůstává stejná, protože přítomnost inhibitoru může být překonána vyšší koncentrací substrátu.
kde je inhibiční disociační konstanta a [I] je inhibiční koncentrace
V nejjednodušším případě enzymu s jedním substrátem, který se řídí Michaelis-Mentenovou kinetikou, je typické schéma
E + S <==> ES —> E + P
upraveno tak, aby zahrnovalo vazbu inhibitoru na volný enzym:
EI + S <==> E + I + S <==> ES + I –> E + P + I
Všimněte si, že inhibitor se neváže na ES komplex a substrát se neváže na EI komplex. Obecně se předpokládá, že toto chování svědčí o vazbě obou sloučenin na stejném místě, ale to není nezbytně nutné.
Pro odvození rovnice popisující kinetiku přiřaďte nejprve ke každému kroku mikroskopické rychlostní konstanty:
k1 = E + S –> ES
k-1 = ES –> E + S
k2 = ES –> E + P
k3 = E + I –> EI
k-3 = EI –> E + I
Stejně jako u odvození Michaelis-Mentenovy rovnice předpokládejme, že systém je v ustáleném stavu, to znamená, že koncentrace každého z druhů enzymů se nemění.
=> dE/dt = dES/dt = dEI/dt = 0
Dále známá celková koncentrace enzymů je ET = E + ES + EI, rychlost se měří za podmínek, ve kterých se koncentrace substrátů a inhibitorů podstatně nemění a nahromadilo se nevýznamné množství produktu.
Můžeme proto vytvořit systém rovnic:
eq 1: ET = E + ES + EI
eq 2: dE/dt = 0 = -k1*E*S + k-1*ES + k2*ES -k3*E*I + k-3*EI
eq 3: dES/dt = 0 = k1*E*S – k-1*ES – k2*ES
eq 4: dEI/dt = 0 = k3*E*I – k-3*EI
kde S, I a ET jsou známy. Počáteční rychlost je definována jako v = dP/dt = k2*ES, takže neznámé „ES“ musíme definovat z hlediska známých S, I a ET.
Z eq 3 můžeme definovat E z hlediska ES přeskupením na
k1*E*S=(k-1+k2)*ES
Dělením k1*S dává E = (k-1+k2)*ES/(k1*S)
Stejně jako při odvození Michaelisovy-Mentenovy rovnice může být výraz (k-1+2)/k1 nahrazen makroskopickou rychlostní konstantou Km:
eq 5: E = Km*ES/S
Nahrazením eq 5 do eq 4 máme 0 = k3*I*Km*ES/S – k-3*EI
Přehodnocením zjistíme, že EI = k3*I*Km*ES/(S*k-3).
V tomto bodě můžeme definovat disociační konstantu pro inhibitor jako Ki = k-3/k3, dávající
eq 6: EI = I*Km*ES/(S*Ki)
V tomto bodě dosadíme eq 5 a eq 6 do equ 1:
ET = Km*ES/S + ES + I*Km*ES/(S*Ki)
Přeřazením k řešení pro ES zjistíme ET = ES*(Km/S + 1 + I*Km/(S*Ki)))= (Km*Ki+S*Ki+I*Km)/(S*Ki)
=> eq 7: ES = ET*S*Ki/(Km*Ki+S*Ki+I*Km)
Vrátíme-li se k našemu výrazu pro v, nyní máme v = k2*ES = k2*ET*S*Ki/(Km*Ki+S*Ki+I*Km)
Přeřazením a nahrazením k2 kcatem máme v = kcat*ET*S/(Km + S + Km*(I/Ki))
Nakonec můžeme nahradit kcat*ET Vmax a zkombinovat výrazy, abychom získali konvenční tvar:
v = Vmax*S/(S + Km*(1 + I/Ki))
Kompetitivní inhibice – Nekompetitivní inhibice – Nekonkurenční inhibice – Sebevražedná inhibice – Smíšená inhibice
Inhibitory acetylcholinesterázy – Inhibitory aromatázy – Inhibitory karboanhydrázy – Inhibitory integrázy – Inhibitory kinázy – Inhibitory lipoxygenázy – Inhibitory monoaminooxidázy – Inhibitory reverzní transkriptázy – Inhibitory fosfodiesterázy – Inhibitory proteázy (ACE inhibitor, inhibitor trypsinu)