L’inibizione enzimatica: competitiva, non competitiva, incompetitiva

Molte molecole rallentano o bloccano l’azione di un enzima: sono gli inibitori, alla base di gran parte dei farmaci e di molti meccanismi di regolazione. Capire come un inibitore agisce — se compete con il substrato, se si lega altrove, se richiede prima la formazione del complesso ES — significa capire come cambiano K_m e V_max, e quindi come riconoscerlo dai dati cinetici.

Vediamo i tre tipi classici di inibizione reversibile — competitiva, non competitiva e incompetitiva — il loro effetto sui parametri cinetici e come si distinguono.

Inibizione reversibile e irreversibile

Un inibitore può legarsi all’enzima in modo reversibile, con un equilibrio che si può spostare, o irreversibile, formando un legame stabile (spesso covalente) che disattiva l’enzima in modo permanente. Qui ci occupiamo dell’inibizione reversibile, la più rilevante per la cinetica, che si classifica in tre tipi a seconda di dove e quando l’inibitore si lega.

Inibizione competitiva

Nell’inibizione competitiva l’inibitore assomiglia al substrato e si lega allo stesso sito attivo: i due competono. Finché c’è inibitore legato, il substrato non può entrare; ma aumentando abbastanza la concentrazione di substrato si spiazza l’inibitore e si recupera la velocità massima. Di conseguenza V_max resta invariata (a substrato saturante l’enzima lavora normalmente) mentre il K_m apparente aumenta (serve più substrato per arrivare a metà velocità).

Inibizione non competitiva

Nell’inibizione non competitiva l’inibitore si lega a un sito diverso dal sito attivo (un sito allosterico), indifferentemente all’enzima libero o al complesso ES. Non compete con il substrato, quindi aumentare [S] non serve a recuperare la velocità: l’enzima legato all’inibitore semplicemente non lavora. Il risultato è che V_max diminuisce (è come avere meno enzima attivo) mentre il K_m resta invariato (l’affinità del sito attivo per il substrato non cambia).

Inibizione incompetitiva

Nell’inibizione incompetitiva l’inibitore si lega solo al complesso ES, mai all’enzima libero. Ha bisogno che il substrato sia già legato. Questo abbassa sia V_max sia K_m: la rimozione di ES per formare il complesso inattivo ESI sposta gli equilibri in modo che entrambi i parametri diminuiscano, mantenendo costante il loro rapporto. È il caso meno comune ma importante in alcuni meccanismi farmacologici. Lo schema si riassume nelle reazioni di legame dell’inibitore I.

competitiva: E + I ⇌ EI  ·  non competitiva: I lega E o ES  ·  incompetitiva: ES + I ⇌ ESI

Un confronto dei tre tipi

La tabella riassume dove si lega l’inibitore e come cambiano i parametri cinetici, che è il modo con cui si riconosce il tipo di inibizione dai dati.

Riconoscere il tipo dai dati

In laboratorio il tipo di inibizione si riconosce confrontando i dati cinetici con e senza inibitore, spesso usando il grafico di Lineweaver-Burk: le rette che si incrociano sull’asse verticale indicano inibizione competitiva (V_max invariata), quelle che si incrociano sull’asse orizzontale indicano non competitiva (K_m invariato), rette parallele indicano incompetitiva. È uno degli usi diagnostici più importanti del doppio reciproco, trattato nell’articolo dedicato.

Perché conta nella pratica

L’inibizione enzimatica è il principio d’azione di moltissimi farmaci: dagli antibiotici agli antivirali, dagli ipocolesterolemizzanti agli antipertensivi, molte molecole funzionano inibendo un enzima chiave. Capire se un inibitore è competitivo o no orienta il dosaggio (un competitivo può essere superato da alte concentrazioni di substrato) e la progettazione del farmaco. Anche nella biocatalisi industriale riconoscere e gestire l’inibizione — da prodotto, da substrato o da contaminanti — è decisivo per la resa di un processo.

Domande frequenti

Che cos’è un inibitore enzimatico?

È una molecola che rallenta o blocca l’attività di un enzima legandosi ad esso. Può agire in modo reversibile, con un equilibrio spostabile, o irreversibile, formando un legame stabile che disattiva l’enzima in modo permanente. Gli inibitori reversibili si classificano in competitivi, non competitivi e incompetitivi a seconda di dove e quando si legano, e sono alla base di gran parte dei farmaci.

Come agisce un inibitore competitivo?

Si lega allo stesso sito attivo del substrato, con cui compete. Finché è legato, il substrato non può entrare, ma aumentando la concentrazione di substrato lo si spiazza e si recupera la velocità massima. Per questo l’inibizione competitiva lascia V_max invariata e aumenta il K_m apparente: serve più substrato per arrivare a metà velocità.

Qual è la differenza tra inibizione competitiva e non competitiva?

L’inibitore competitivo occupa il sito attivo e può essere spiazzato da più substrato: V_max resta invariata, K_m apparente aumenta. Il non competitivo si lega a un sito diverso, su enzima libero o complesso ES, e non viene spiazzato dal substrato: abbassa V_max lasciando K_m invariato. In breve, la competitiva si vince con più substrato, la non competitiva no.

Che cos’è l’inibizione incompetitiva?

È il tipo in cui l’inibitore si lega solo al complesso enzima-substrato ES, mai all’enzima libero: ha bisogno che il substrato sia già legato. Questo abbassa sia V_max sia K_m, mantenendo costante il loro rapporto. È il caso meno frequente, ma importante in alcuni meccanismi farmacologici dove il bersaglio è proprio il complesso enzima-substrato.

Come si riconosce il tipo di inibizione dai dati?

Confrontando i dati cinetici con e senza inibitore, spesso sul grafico di Lineweaver-Burk: rette che si incrociano sull’asse verticale indicano inibizione competitiva (V_max invariata), rette che si incrociano sull’asse orizzontale indicano non competitiva (K_m invariato), rette parallele indicano incompetitiva. È uno degli usi diagnostici più importanti del doppio reciproco.