竞争性抑制
竞争性抑制（Competitive Inhibition）是酶抑制作用中最常见、机制最明确的一种类型。在这种模式下，抑制剂（Inhibitor, I）与底物（Substrate, S）在化学结构上通常具有相似性，因此它们会争夺酶（Enzyme, E）上的同一个活性位点（Active Site）。这种结合是互斥的：酶可以结合底物形成 ES 复合物，也可以结合抑制剂形成 EI 复合物，但不能同时结合两者（即不存在 ESI 复合物）。竞争性抑制的关键特征是可以通过增加底物浓度来逆转抑制效果。
分子机制：鹊巢鸠占
竞争性抑制剂通常是底物的结构类似物（Structural Analog）。它们利用分子拟态（Molecular Mimicry）欺骗酶的活性位点：
- 占位效应： 抑制剂与酶的活性位点结合，物理占据了底物本应结合的空间。由于位点被封锁，底物无法进入，酶无法催化反应。
- 动态平衡： 抑制剂与酶的结合通常是可逆的（通过氢键、范德华力等非共价键）。酶处于“结合底物”与“结合抑制剂”的动态竞争中，胜负取决于两者的浓度和亲和力。
动力学特征：Km 变大，Vmax 不变
为什么 Vmax 不变？
当底物浓度 $[S]$ 增加到无穷大时，底物分子在数量上占据绝对优势，能够将所有的抑制剂从活性位点上“挤走”。此时，所有的酶分子都与底物结合（$ES$ 复合物），因此反应速率依然可以达到最大值 $V_{max}$。
[Image:Lineweaver_Burk_plot_competitive_inhibition]
- Apparent $K_m$ ($K_m^{app}$) 增大：
由于抑制剂的存在，酶对底物的“表观亲和力”下降（需要更多的底物才能达到 $1/2 V_{max}$）。其数学关系为：
Kmapp = Km (1 + [I] / Ki)
其中 [I] 是抑制剂浓度，Ki 是抑制常数（数值越小，抑制越强）。 - 双倒数图 (Lineweaver-Burk Plot)：
不同浓度的抑制剂曲线会相交于 Y 轴（$1/V_{max}$ 点），但 X 轴截距（$-1/K_m$）会向原点移动（绝对值变小）。
临床药理学经典案例
| 药物类别 | 抑制靶点 (酶) | 竞争底物 & 机制 |
|---|---|---|
| 他汀类 (Statins) | HMG-CoA 还原酶 | 竞争 HMG-CoA。阻断甲羟戊酸途径，降低胆固醇合成。 |
| 甲氨蝶呤 (MTX) | 二氢叶酸还原酶 (DHFR) | 竞争 二氢叶酸。结构极为相似，阻断 DNA 合成所需的四氢叶酸生成。 |
| 磺胺类抗生素 | 二氢叶酸合成酶 | 竞争 PABA (对氨基苯甲酸)。细菌无法合成叶酸而死亡。 |
| 卡托普利 (ACEi) | 血管紧张素转化酶 (ACE) | 竞争 血管紧张素 I。降低血压。 |
学术参考文献 [Academic Review]
[1] Copeland RA. (2000). Enzymes: A Practical Introduction to Structure, Mechanism, and Data Analysis. Wiley-VCH.
[点评]：酶动力学领域的经典教科书，系统阐述了竞争性抑制的数学模型和实验测定方法。
[2] Cheng Y, Prusoff WH. (1973). Relationship between the inhibition constant (KI) and the concentration of inhibitor which causes 50 per cent inhibition (I50) of an enzymatic reaction. Biochemical Pharmacology.
[点评]：提出了著名的 Cheng-Prusoff 方程，建立了 IC50 与 Ki 在竞争性抑制中的换算关系。