Ако ћелија ради у анаеробним условима, она производи енергију претварајући глукозу у лактат и, кроз Цори циклус, одлаже овај други; ако постоји доступан кисеоник (дакле у условима мировања), више од 90% глукозе се троши аеробно и само преосталих 10%, анаеробно. Када постоји потреба за више АТП -а од онога што аеробни пут може да обезбеди (на пример када су мишићи под стресом), тада се додатно снабдевање обезбеђује анаеробним метаболизмом (ми смо у условима недостатка кисеоника: отежано дисање, умор при дисању итд.): потребно је убрзати овај метаболизам претварањем лактата (који се добија гликолизом) у глукозу путем глуконеогенезе.
Аеробни метаболизам се развија у митохондријама.
Први ензим у аеробном метаболизму је пируват дехидрогеназа; Тачније је рећи да је пируват дехидрогеназа више ензимски комплекс него ензим, будући да је то агрегат од 48-60 протеинских јединица са три каталитичка места која делују узастопно.
Пируват дехидрогеназа катализује следећу реакцију (редокс):
Пируват + НАД + + ЦоА-СХ → Ацетил ЦоА + НАДХ + Х + + ЦО2
ЦоА-СХ је коензим А: дериват је пантотенске киселине; ацетил коензим А је тиоестер. Ово је редокс процес јер први угљеник пирувата прелази из оксидације број три у оксидацију број четири (оксидовао је), а други угљеник пирувата прелази из оксидације број два у оксидацију број три (оксидовао). Затим се пируват оксидује (губи укупно два електрона) и смањује се НАД.
Као што је поменуто, пируват дехидрогеназа има три врсте ензиматске активности, од којих свака подржава свој каталитички кофактор:
- тиамин пирофосфат (то је дериват витамина Б1); активан је у депротонираном облику: формира се карбанион.
- липоамид (то је дериват липоичне киселине); садржи веома реактиван дисулфидни мост.
- флавин аденин динуклеотид (то је дериват витамина Б2); то је нуклеотид са редокс својствима: његов редокс центар чини флавин.
У еукариотским ћелијама аеробни метаболизам се јавља у специјализованим органелима ћелије који су митохондрије; у бактеријама се у ћелији одвија метаболизам глукозе и других врста, али нема специјализованих органела.
Када пируват уђе у митохондрије, он је подвргнут „дејству пируват карбоксилазе ако постоји потреба за спровођењем глуконеогенезе (за реконструкцију полазног материјала), или може бити подвргнут пируват дехидрогенази ако је потребно за производњу енергије: "ацетил коензим А који настаје аеробним метаболизмом стимулише деловање пируват карбоксилазе, стога промовише глуоконеогенезу и смањује дејство пируват дехидрогеназе.
Хајде сада да видимо како функционише пируват дехидрогеназа; пре свега, постоји декарбоксилација пирувата дејством тиамин пирофосфата.
Кисела средина може инхибирати аеробни метаболизам јер је ањонски облик тиамин пирофосфата активан који би се протонирао при киселом пХ и не би дошло до декарбоксилације.
Декарбоксилација је тешка реакција јер се веза угљеник-угљеник мора прекинути; у овом случају реакцији се термодинамички погодује чињеница да реакциони интермедијер (хидроксиетил-тиамин пирофосфат) даје резонанцу (п-електрони молекула су делокализовани): хидроксиетил-тиамин пирофосфат постоји у три могућа облика (резонанције) и ово га чини прилично стабилним. Надаље, хидроксиетил-тиамин пирофосфат у анионском облику опстаје довољно дуго да може ступити у интеракцију са дисулфидним мостом липоамида (други каталитички кофактор пируват дехидрогеназе); дисулфидни мост је осцилирајући крак (налази се на крај дугог флексибилног ланца) и може се кретати са једног каталитичког места на друго у комплексу ензима.
Затим липоамид преко дисулфидног моста везује хидроксиетил-тиамин пирофосфат: добија се ацетил липоамид. Ово је прва фаза реакције трансацетилације коју катализује први ензим комплекса пируват дехидрогеназе; у овој фази је прекинута веза између хидроксилну групу и тиамин пирофосфат који су се вратили у првобитни облик: дошло је до редокс реакције у којој је дисулфидни мост деловао као оксидант (два атома сумпора су се редуковала) према хидроксилној групи коју је оксидовао до ацетила.
Након ове фазе, осцилирајући крак липоамида се помера и приближава се другом ензиму пируват дехидрогеназе који врши истинску активност трансацетилазе носећи са собом ацетилну групу: одвија се друга фаза реакције трансацетилације коју катализује други ензим; на овај начин смо добили ацетил коензим А. Сада је потребно обновити липоамид који је у редукованом облику: интервенише трећи ензим пируват дехидрогеназе који редукује липоамид и преноси његове електроде у ФАД који се редукује у ФАДХ2. ФАД / ФАДХ2 може функционисати као редокс пар у две различите моноелектронске фазе или у једној биелектронској фази.
ФАДХ2 одмах даје своје електроне НАД + добијајући ФАД и НАДХ + Х +.
Ацетил коензим А, добијен као што је описано, је почетни производ за Кребсов циклус (или циклус трикарбоксилних киселина).
