thumb|300px|direita|Modelo estrutural da protease do VIH (vírus da SIDA) ligada a um inibidor da protease, o ritonavir. A estrutura da protease é mostrada pelas fitas vermelha, azul e amarela, e o inibidor é representado por uma estrutura em forma de bola e bastão junto ao centro da protease. Modelo criado a partir do PDB 1HXW.

Os inibidores enzimáticos são molécula que se acoplam a enzimas e diminuem a sua atividade. Enzimas são proteínas que aceleram reações químicas necessárias para a vida, em que substratos moleculares são convertidos em produtos. Uma enzima facilita uma reação química específica pela ligação do substrato a seu sítio ativo, uma área especializada da enzima que acelera a parte mais difícil da reação. Como o bloqueio de uma enzima pode matar um organismo patogénico ou corrigir um desequilíbrio metabólico, muitos medicamentos atuam como inibidores enzimáticos. São também utilizados ​​como herbicidas e pesticidas. No entanto, nem todas as moléculas que se ligam a enzimas são inibidoras; existem os ativadores enzimáticos, que se ligam às enzimas e aumentam a sua atividade. thumb|250px|direita|Esquema cinético para inibidores enzimáticos reversíveis. E=Enzima; S=Substrato; ES=Complexo; P=Produto; I=Inibidor

A ligação de um inibidor pode impedir a entrada do substrato no sítio ativo da enzima e/ou motivar a que a enzima catalise a sua reação correspondente. A ligação do inibidor pode ser reversível ou irreversível. Tipicamente, os inibidores irreversíveis reagem com a enzima de forma covalente e modificam a sua estrutura química em resíduos essenciais dos aminoácidos necessários para a atividade enzimática. Em contraste, os inibidores reversíveis ligam-se à enzima de forma não covalente, resultando em diferentes tipos de inibição, dependendo se o inibidor se liga à enzima, ao complexo enzima-substrato, ou a ambos.

Um inibidor enzimático interrompe esse processo, tanto pela ligação ao sítio ativo da enzima (evitando que o substrato se acople) ou ligando-se a outro lugar na enzima tal que a catálise da reação é interrompida. Inibidores enzimáticos podem ligar-se reversivelmente ou irreversivelmente. Inibidores irreversíveis formam uma ligação química com a enzima que a inibe até a ruptura dessa ligação. Em contraste, inibidores reversíveis ligam-se de forma não-covalente e podem deixar a enzima espontaneamente, permitindo que o retorno à sua função. Inibidores reversíveis produzem tipos diferentes de inibição, a depender se eles ligam-se à enzima, ao complexo enzima-substrato, ou a ambos.

Inibidores enzimáticos têm um papel importante em todas as células, à medida que eles geralmente são específicos a uma enzima e controlam a sua atividade. Por exemplo, enzimas em uma via metabólica podem ser inibidas por moléculas produzidas posteriormente nessa via, interrompendo a produção de moléculas que não são mais necessárias. Esse tipo de retroalimentação negativa é uma forma importante de manter o equilíbrio numa célula. Inibidores enzimáticos também controlam enzimas essenciais como proteases e nucleases que, sem controle, podem danificar a célula. Muitos venenos produzidos por animais ou plantas são inibidores enzimáticos que bloqueiam a atividade de enzimas cruciais nas presas ou predadores.

Muitas drogas moleculares são inibidores enzimáticos que inibem uma enzima humana anômala ou uma enzima crítica para a sobrevivência do patógeno, como um vírus, bactéria ou parasita. Exemplos incluem metotrexato (usado na quimioterapia ou no tratamento da artrite reumatoide) e os inibidores de protease usados no tratamento de HIV/AIDS. Uma vez que inibidores anti-patógenos geralmente visam uma única enzima, essas drogas geralmente são muito específicas e costumam produzir poucos efeitos colaterais em seres humanos, visto que nenhuma enzima análoga é encontrada no organismo. (Esse é frequentemente o caso, visto que esses patógenos e os humanos são distantes geneticamente.) Inibidores enzimáticos medicinais possuem baixas constantes de dissociação, o que significa que apenas uma parte diminuta do inibidor é necessária para desabilitar a enzima. Uma baixa concentração do inibidor enzimático reduz o risco de dano hepático ou renal e demais efeitos adversos em humanos. Consequentemente a descoberta e refino de inibidores enzimáticos é uma área ativa de pesquisa na bioquímica e farmacologia.

Classes estruturais de inibidores Os inibidores enzimáticos são um grupo de substâncias quimicamente diversas, variando em tamanho, desde micromoléculas orgânicas a proteínas macromoleculares.

Entre os inibidores de pequenas moléculas, encontram-se os metabólitos primários essenciais que inibem enzimas a montante da via metabólica que os produziu. Isto proporciona um circuito de retroalimentação negativa que impede a sobreprodução de metabolitos e, assim, mantém a homeostasia celular (condições internas estáveis). Outras moléculas pequenas são os metabólitos secundários, que não são essenciais para o organismo, mas que lhe proporcionam uma vantagem evolutiva, por exemplo, porque são utilizados para repelir predadores ou competir com outros organismos ou imobilizar presas. Além disso, muitos medicamentos são pequenos inibidores moleculares de enzimas que afetam enzimas que modificam as doenças do paciente ou de enzimas de agentes patogénicos que necessitam para o seu crescimento e reprodução. Para além de pequenas moléculas, algumas proteínas atuam como inibidores enzimáticos. Os exemplos mais notáveis ​​são as serpinas (inibidores da serina-protease), produzidas pelos animais para se protegerem contra a ativação enzimática inadequada, e pelas plantas para evitar a predação por herbívoros. Outra classe de proteínas inibidoras são os Inibidores da ribonuclease, que se ligam às ribonucleases numa das mais fortes interações proteína-proteína conhecidas. Um caso especial dos inibidores de enzimas proteicas são os zimógenos, que contêm um peptídeo autoinibitório N-terminal que se liga ao sítio ativo da enzima, bloqueando intramolecularmente a sua atividade como mecanismo de proteção contra a catálise descontrolada. O peptídeo N-terminal é clivado e separado da enzima precursora do zimogénio por outra enzima para libertar a enzima ativa. O sítio de ligação dos inibidores nas enzimas é geralmente o mesmo local onde o substrato se liga. Estes inibidores do sítio activo são conhecidos por ortostéricos (orientação "regular"). O mecanismo de inibição ortostérica consiste simplesmente em impedir que o substrato se ligue à enzima por competição direta, o que, por sua vez, impede a enzima de catalisar a conversão de substratos em produtos. Alternativamente, o inibidor pode ligar-se a um sítio distante do sítio activo, sendo estes inibidores conhecidos como alostéricos (orientação "alternativa"). Os mecanismos de inibição alostérica são variados e incluem a alteração da conformação (formato) da enzima de modo a que o substrato deixe de se poder ligar (cineticamente indistinguível da inibição ortostérica competitiva). ou, em alternativa, estabilizar a ligação do substrato à enzima, mas bloquear a enzima numa conformação que já não é cataliticamente ativa.

Inibidores reversíveis

Os inibidores reversíveis ligam-se às enzimas através de interações não covalentes, como as pontes de hidrogénio, interações hidrofóbicas e ligações iónicas. Várias ligações fracas entre o inibidor e o sítio ativo combinam-se para produzir uma ligação forte e específica. Ao contrário do substrato e dos inibidores irreversíveis, os inibidores reversíveis geralmente não sofrem reações químicas quando se ligam à enzima e podem ser facilmente removidos por diluição ou diálise.

Tipos de inibidores reversíveis miniatura|150px|direita|Inibição competitiva: o substrato (S) e o inibidor (I) competem pelo sítio activo Ao contrário dos inibidores irreversíveis, os inibidores reversíveis geralmente não sofrem reações químicas ao ligarem-se à enzima e podem ser facilmente removidos por diluição ou diálise. Um caso especial é o dos inibidores reversíveis covalentes, que formam uma ligação química com a enzima, mas a ligação pode ser quebrada, pelo que a inibição é totalmente reversível. Os inibidores reversíveis são classificados em quatro tipos de acordo com a classificação Cleland introduzida em 1963. São classificados de acordo com o efeito do inibidor no Vmax (velocidade máxima da reacção catalisada pela enzima) e no Km (concentração do substrato à qual a actividade da enzima atinge metade do máximo) à medida que a concentração do substrato da enzima varia. Na inibição competitiva, o substrato e o inibidor não se podem ligar à mesma enzima ao mesmo tempo, como se mostra na figura da direita. Isto ocorre normalmente porque o inibidor e o substrato têm uma estrutura semelhante e ambos têm afinidade pelo sítio activo, e o substrato e o inibidor competem pela entrada no mesmo. Este tipo de inibição pode ser ultrapassado com concentrações de substrato suficientemente elevadas, que superem o inibidor. A alteração das concentrações do inibidor altera o Km, mas não o Vmax. inibição incompetitiva ou inibição acompetitiva ocorre quando o inibidor se liga apenas ao complexo enzima-substrato, e não à enzima livre, ou seja, se o substrato não estiver ligado, o inibidor não se consegue ligar. O complexo EIS é cataliticamente inativo. Esta forma de inibição é rara e provoca uma diminuição dos valores de Vmax e Km. Não deve ser confundida com inibição não competitiva (inibição não competitiva). Na inibição mista, o inibidor pode ligar-se à enzima independentemente de o substrato já estar ligado ou não. Portanto, a inibição mista é uma combinação de inibição competitiva e não competitiva. Além disso, a afinidade do inibidor pela enzima livre e pelo complexo enzima-substrato pode ser diferente. Ao aumentar as concentrações do substrato [S], este tipo de inibição pode ser reduzido (devido à contribuição competitiva), mas não é completamente suprimido (devido à componente não competitiva). Embora seja possível que os inibidores de tipo misto se liguem ao sítio ativo, este tipo de inibição resulta geralmente de um efeito alostérico, no qual o inibidor se liga a um sítio diferente da enzima (o sítio alostérico). A ligação do inibidor a este sítio alostérico altera a conformação da enzima (isto é, a estrutura terciária das proteínas ou forma tridimensional) de tal forma que a afinidade do substrato pelo sítio activo é reduzida. Inibição não competitiva Na inibição não competitiva, a ligação do inibidor à enzima reduz a sua atividade, mas não afeta a ligação do substrato. Este tipo de inibidor liga-se com igual afinidade à enzima livre (E) e ao complexo enzima-substrato (ES). Pode dizer-se que possui as capacidades tanto de inibidores competitivos como não competitivos, mas sem apresentar preferência por um tipo ou outro. Como resultado, a magnitude da inibição depende apenas da concentração do inibidor. O Vmáx diminuirá devido à incapacidade da reação em prosseguir eficientemente, mas o Km permanecerá o mesmo, uma vez que a ligação do substrato, por definição, ainda funcionará corretamente.

Descrição quantitativa da inibição reversível A inibição reversível pode ser descrita quantitativamente em termos da ligação do inibidor à enzima e ao complexo enzima-substrato, e dos seus efeitos nas constantes cinéticas da enzima.. No esquema clássico de Michaelis-Menten representado abaixo, uma enzima (E) liga-se ao seu substrato (S) para formar o complexo enzima-substrato (ES). Na catálise, este complexo decompõe-se para libertar o produto (P) e a enzima (E). O inibidor (I) pode ligar-se a (E) e (ES) com constantes de dissociação Ki ou Ki', respectivamente.