Če celica deluje v anaerobnih pogojih, proizvede energijo s pretvorbo glukoze v laktat in jo skozi cikel Cori odstrani; če je na voljo kisik (torej v mirovanju), se aerobno porabi več kot 90% glukoze in le preostalih 10%, anaerobno. Kadar obstaja potreba po več ATP, kot je tisto, kar zmore aerobna pot (na primer, ko so mišice pod stresom), potem dodatno oskrbo zagotavlja anaerobna presnova (v pogojih pomanjkanja kisika: zasoplost, utrujenost pri dihanju itd.): nujno je pospešiti ta metabolizem s pretvorbo laktata (ki ga dobimo z glikolizo) v glukozo z glukoneogenezo.
V mitohondrijih se razvija aerobna presnova.
Prvi encim pri aerobni presnovi je piruvat dehidrogenaza; Natančneje je reči, da je piruvat dehidrogenaza encimski kompleks in ne encim, saj je agregat 48-60 beljakovinskih enot s tremi katalitičnimi mesti, ki delujejo zaporedoma.
Piruvat dehidrogenaza katalizira naslednjo reakcijo (redoks):
Piruvat + NAD + + CoA-SH → Acetil CoA + NADH + H + + CO2
CoA-SH je koencim A: je derivat pantotenske kisline; acetil koencim A je tioester. To je redoks proces, ker prvi ogljik piruvata preide iz oksidacijske številke tri v oksidacijsko številko štiri (oksidirala), drugi ogljik piruvata pa iz oksidacijske številke dva v oksidacijsko številko tri (oksidirala). Nato se piruvat oksidira (izgubi skupaj dva elektrona) in NAD se zmanjša.
Kot smo že omenili, ima piruvat dehidrogenaza tri vrste encimske aktivnosti, od katerih vsaka podpira svoj katalitični kofaktor:
- tiamin pirofosfat (je derivat vitamina B1); deluje v deprotonirani obliki: tvori se karbanion.
- lipoamid (je derivat lipoične kisline); vsebuje zelo reaktiven disulfidni most.
- flavin adenin dinukleotid (je derivat vitamina B2); je nukleotid z redoks lastnostmi: njegovo redoksno središče sestavlja flavin.
V evkariontskih celicah pride do aerobne presnove v specializiranih organelih celice, ki so mitohondriji; pri bakterijah pride do presnove glukoze in drugih vrst v celici, vendar ni posebnih organelov.
Ko piruvat vstopi v mitohondrij, je podvržen "delovanju piruvat karboksilaze, če obstaja potreba po izvedbi glukoneogeneze (za rekonstrukcijo izhodnega materiala), ali pa je lahko podvržen piruvat dehidrogenazi, če je to potrebno za proizvodnjo energije: "Acetil koencim A, ki nastane z aerobno presnovo, spodbuja delovanje piruvat karboksilaze, zato spodbuja gluokoneogenezo in zmanjšuje delovanje piruvat dehidrogenaze.
Poglejmo zdaj, kako deluje piruvat dehidrogenaza; najprej pride do dekarboksilacije piruvata z delovanjem tiamin pirofosfata.
Kislo okolje lahko zavira aerobno presnovo, ker je aktivna anionska oblika tiamin pirofosfata, ki bi bila protonirana pri kislem pH in ne bi prišlo do dekarboksilacije.
Dekarboksilacija je težka reakcija, saj je treba porušiti vez ogljik-ogljik; v tem primeru je reakciji termodinamično naklonjeno dejstvo, da reakcijski vmesni produkt (hidroksietil-tiamin pirofosfat) daje resonanco (p-elektroni molekule so delokalizirani): hidroksietil-tiamin pirofosfat obstaja v treh možnih oblikah (resonance) in zaradi tega je precej stabilen. Poleg tega hidroksietil-tiamin pirofosfat v anionski obliki preživi dovolj dolgo, da lahko komunicira z disulfidnim mostom lipoamida (drugi katalitični kofaktor piruvat dehidrogenaze); disulfidni most je nihajoča roka (nahaja se na konec dolge prožne verige) in se lahko premika z enega katalitičnega mesta na drugo v encimskem kompleksu.
Nato lipoamid preko disulfidnega mostu veže hidroksietil-tiamin pirofosfat: dobimo acetil lipoamid.To je prva faza reakcije transacetilacije, ki jo katalizira prvi encim kompleksa piruvat dehidrogenaze; v tej fazi je prekinil vez med hidroksilno skupino in tiamin pirofosfat, ki sta se vrnila v prvotno obliko: potekala je redoks reakcija, v kateri je disulfidni most deloval kot oksidant (dva atoma žvepla sta se zmanjšala) proti hidroksilni skupini, ki jo je oksidiral v acetil.
Po tej fazi se nihajoči krak lipoamida premakne in se približa drugemu encimu piruvat dehidrogenaze, ki izvaja pravo transacetilazno aktivnost tako, da s seboj nosi acetilno skupino: poteka druga faza reakcije transacetilacije, ki jo katalizira drugi encim; na ta način smo dobili acetil koencim A. Zdaj je treba obnoviti lipoamid, ki je v reducirani obliki: vmeša se tretji encim piruvat dehidrogenaze, ki redoksira lipoamid in prenese njegove elektrode v FAD, ki se reducira v FADH2. FAD / FADH2 lahko deluje kot redoks par v dveh različnih monoelektronskih stopnjah ali v eni sami bielektronski stopnji.
FADH2 takoj odda svoje elektrone NAD +, pri čemer pridobi FAD in NADH + H +.
Acetil koencim A, dobljen, kot je opisano, je začetni produkt za Krebsov cikel (ali cikel trikarboksilnih kislin).
