Kui rakk töötab anaeroobsetes tingimustes, toodab see energiat, muundades glükoosi laktaadiks ja kõrvaldab selle Cori tsükli jooksul; kui hapnikku on saadaval (seega puhkeseisundis), tarbitakse üle 90% glükoosist aeroobselt ja ainult ülejäänud 10%, anaeroobselt. Kui on vaja rohkem ATP -d kui see, mida aeroobne rada suudab pakkuda (näiteks kui lihased on stressi all), annab täiendava varustuse anaeroobne ainevahetus (oleme hapnikupuuduse tingimustes: õhupuudus, väsimus hingamisel jne): seda ainevahetust on vaja kiirendada, muutes laktaadi (mis saadakse glükolüüsist) glükoneogeneesi teel glükoosiks.
Aeroobne ainevahetus areneb mitokondrites.
Esimene aeroobse ainevahetuse ensüüm on püruvaadi dehüdrogenaas; Täpsem on öelda, et püruvaadi dehüdrogenaas on pigem ensüümikompleks kui ensüüm, kuna see on 48–60 valguühiku agregaat, millel on kolm järjestikku toimivat katalüütilist saiti.
Püruvaadi dehüdrogenaas katalüüsib järgmist reaktsiooni (redoks):
Püruvaat + NAD + + CoA-SH → Atsetüül CoA + NADH + H + + CO2
CoA-SH on koensüüm A: see on pantoteenhappe derivaat; atsetüülkoensüüm A on tioester. See on redoksprotsess, sest püruvaadi esimene süsinik läheb oksüdatsiooninumbrilt kolmelt oksüdeerimisnumbriks neli (see oksüdeerus) ja teine püruvaadi süsinik oksüdeerimisnumbrilt teine oksüdeerimisnumbriks kolm (see oksüdeerus). Seejärel oksüdeeritakse püruvaat (see kaotab üldse kaks elektroni) ja NAD väheneb.
Nagu mainitud, on püruvaadi dehüdrogenaasil kolme tüüpi ensümaatilist aktiivsust, millest igaüks toetab oma katalüütilist kofaktorit:
- tiamiinpürofosfaat (see on B1 -vitamiini derivaat); see on aktiivne deprotoneeritud kujul: moodustub karbanioon.
- lipoamiid (see on lipoehappe derivaat); see sisaldab väga reaktiivset disulfiidsilda.
- flaviinadeniin -dinukleotiid (see on B2 -vitamiini derivaat); see on redoksomadustega nukleotiid: selle redokskeskus koosneb flaviinist.
Eukarüootsetes rakkudes toimub aeroobne ainevahetus raku spetsialiseeritud organellides, mis on mitokondrid; bakterites toimub rakus glükoosi ja teiste liikide metabolism, kuid puuduvad spetsiaalsed organellid.
Kui püruvaat siseneb mitokondrisse, allutatakse sellele "püruvaadi karboksülaasi toime", kui on vaja läbi viia glükoneogenees (lähtematerjali rekonstrueerimiseks), või kui seda on vaja toota, võib seda töödelda püruvaadi dehüdrogenaasiga: "atsetüülkoensüüm A, mis moodustub aeroobse ainevahetuse teel, stimuleerib püruvaadi karboksülaasi toimet, seega soodustab see glükoneogeneesi ja vähendab püruvaadi dehüdrogenaasi toimet.
Vaatame nüüd, kuidas püruvaadi dehüdrogenaas toimib; esiteks toimub püruvaadi dekarboksüülimine tiamiinpürofosfaadi toimel.
Happeline keskkond võib pärssida aeroobset ainevahetust, kuna tiamiinpürofosfaadi anioonne vorm on aktiivne, mis happelise pH korral protoneeruks ja dekarboksüülimist ei toimuks.
Dekarboksüülimine on keeruline reaktsioon, kuna süsinik-süsinik side tuleb katkestada; sel juhul soodustab reaktsiooni termodünaamiliselt asjaolu, et reaktsiooni vaheühend (hüdroksüetüül-tiamiinpürofosfaat) annab resonantsi (molekuli p-elektronid on delokaliseeritud): hüdroksüetüül-tiamiinpürofosfaat eksisteerib kolmes võimalikus vormis (resonants) ja see muudab selle üsna stabiilseks. Lisaks sellele säilib anioonsel kujul hüdroksüetüül-tiamiinpürofosfaat piisavalt kaua, et olla võimeline interakteeruma lipoamiidi disulfiidsillaga (püruvaadi dehüdrogenaasi teine katalüütiline kofaktor); disulfiidsild on võnkuv õlg (see asub pika paindliku ahela lõpp) ja võib ensüümikompleksis liikuda ühest katalüütilisest kohast teise.
Seejärel seob lipoamiid läbi disulfiidsilla hüdroksüetüül-tiamiinpürofosfaadi: saadakse atsetüül-lipoamiid. See on transatsetüülimisreaktsiooni esimene faas, mida katalüüsib püruvaadi dehüdrogenaasi kompleksi esimene ensüüm; selles faasis purustati side hüdroksüülrühm ja tiamiinpürofosfaat, mis taastasid oma esialgse vormi: toimus redoksreaktsioon, milles disulfiidsild toimis oksüdeerijana (kaks väävliaatomit redutseeriti) hüdroksüülrühma suunas, mille see oksüdeeris atsetüüliks.
Pärast seda faasi liigub lipoamiidi võnkuv õlg ja läheneb püruvaadi dehüdrogenaasi teisele ensüümile, mis viib läbi atsetüülrühma tõelise transatsetülaasi aktiivsuse: toimub teise ensüümi poolt katalüüsitud tranatsetüülimisreaktsiooni teine faas; sel viisil oleme saanud atsetüülkoensüümi A. Nüüd on vaja taastada lipoamiid, mis on redutseeritud kujul: sekkub kolmas püruvaadi dehüdrogenaasi ensüüm, mis redokseerib lipoamiidi ja kannab oma elektroodid FAD -i, mis redutseeritakse FADH2 -ks. FAD / FADH2 võib toimida redokspaarina kahes erinevas monoelektroonilises etapis või ühes bielektroonilises etapis.
FADH2 annab oma elektronid kohe NAD + -le, saades FAD ja NADH + H +.
Vastavalt kirjeldusele saadud atsetüülkoensüüm A on Krebsi tsükli (või trikarboksüülhapete tsükli) lähteaine.
