Hvis en celle fungerer under anaerobe forhold, produserer den energi ved å omdanne glukose til laktat, og disponerer gjennom Cori -syklusen den siste; hvis det er oksygen tilgjengelig (derfor i hvileforhold), blir mer enn 90% av glukosen forbrukt aerobt og bare de resterende 10%, anaerobt. Når det er behov for mer ATP enn det den aerobe banen er i stand til å gi (for eksempel når muskler er under stress), blir den ekstra tilførselen levert av anaerob metabolisme (vi er i tilstander med oksygenmangel: kortpustethet, tretthet ved pust, etc.): det er nødvendig å fremskynde denne metabolismen ved å omdanne laktat (som er hentet fra glykolyse) til glukose gjennom glukoneogenese.
Aerob metabolisme utvikler seg i mitokondriene.
Det første enzymet som oppstår i aerob metabolisme er pyruvat dehydrogenase; Det er mer nøyaktig å si at pyruvatdehydrogenase er et enzymkompleks i stedet for et enzym, siden det er et aggregat på 48-60 proteinenheter med tre katalytiske steder som virker etter hverandre.
Pyruvatdehydrogenase katalyserer følgende reaksjon (redoks):
Pyruvat + NAD + + CoA-SH → Acetyl CoA + NADH + H + + CO2
CoA-SH er koenzym A: det er et derivat av pantotensyre; acetylkoenzym A er en tioester. Dette er en redokseprosess fordi det første karbonet i pyruvat går fra oksidasjon nummer tre til oksidasjon nummer fire (det oksideres) og det andre karbonet i pyruvat går fra oksidasjon nummer to til oksidasjon nummer tre (det oksiderer). Deretter oksyderes pyruvat (det mister to elektroner totalt) og NAD reduseres.
Som nevnt har pyruvatdehydrogenase tre typer enzymatisk aktivitet, hver støttet av sin egen katalytiske kofaktor:
- tiaminpyrofosfat (det er et derivat av vitamin B1); den er aktiv i deprotonert form: en karbanion dannes.
- lipoamid (det er et derivat av liposyre); det inneholder en veldig reaktiv disulfidbro.
- flavin adenin dinukleotid (det er et derivat av vitamin B2); det er et nukleotid med redoksegenskaper: dets redoksenter består av flavinet.
I eukaryote celler forekommer aerob metabolisme i spesialiserte organeller i cellen som er mitokondriene; i bakterier forekommer metabolismen av glukose og andre arter i cellen, men det er ingen spesialiserte organeller.
Når pyruvat kommer inn i en mitokondrion, utsettes det for "virkningen av pyruvatkarboksylase hvis det er behov for å utføre glukoneogenese (for å rekonstruere utgangsmaterialet), eller det kan utsettes for pyruvatdehydrogenase hvis det er nødvendig for å produsere energi: "acetylkoenzym A som dannes ved aerob metabolisme stimulerer virkningen av pyruvatkarboksylase, derfor fremmer det gluokoneogenese og reduserer virkningen av pyruvatdehydrogenase.
La oss nå se hvordan pyruvat dehydrogenase fungerer; først og fremst er det en dekarboksylering av pyruvat ved virkningen av tiaminpyrofosfat.
Et surt miljø kan hemme aerob metabolisme fordi den anioniske formen av tiaminpyrofosfat er aktiv som ville bli protonert ved sur pH og dekarboksylering ikke ville forekomme.
En dekarboksylering er en vanskelig reaksjon siden en karbon-karbon-binding må brytes; i dette tilfellet er reaksjonen termodynamisk begunstiget av det faktum at reaksjonsproduktet (hydroksyetyl-tiaminpyrofosfat) gir resonans (p-elektronene i molekylet er delokalisert): hydroksyetyl-tiaminpyrofosfatet finnes i tre mulige former (resonans) og dette gjør den ganske stabil. Videre overlever hydroksyetyl-tiaminpyrofosfatet i anionisk form lenge nok til å kunne samhandle med disulfidbroen til lipoamidet (andre katalytiske kofaktor av pyruvatdehydrogenase); disulfidbroen er en oscillerende arm (den ligger ved slutten av en lang fleksibel kjede) og kan bevege seg fra et katalytisk sted til et annet i enzymkomplekset.
Deretter binder lipoamidet gjennom disulfidbroen hydroksyetyl-tiaminpyrofosfatet: acetyllipamid oppnås Dette er den første fasen av en transacetyleringsreaksjon katalysert av det første enzymet i pyruvat-dehydrogenasekomplekset; i denne fasen ble det brutt en binding mellom hydroksylgruppen og tiaminpyrofosfat som returnerte til sin opprinnelige form: en redoksreaksjon fant sted der disulfidbroen fungerte som en oksidant (de to svovelatomer redusert) mot hydroksylgruppen som den oksiderte til acetyl.
Etter denne fasen beveger den oscillerende armen til lipoamidet seg og nærmer seg det andre enzymet av pyruvatdehydrogenase som utfører den sanne transacetylaseaktiviteten ved å bære acetylgruppen med seg: den andre fasen av transacetyleringsreaksjonen katalysert av det andre enzymet finner sted; på denne måten har vi fått acetylkoenzym A. Det er nå nødvendig å gjenopprette lipoamidet som er i redusert form: det tredje enzymet av pyruvatdehydrogenase intervenerer som redokserer lipoamidet og overfører dets elektroder til FAD som reduseres til FADH2. Paret FAD / FADH2 kan fungere som et redoks -par i to forskjellige monoelektroniske stadier eller i et enkelt bielektronisk stadium.
FADH2 gir umiddelbart sine elektroner til NAD + for å oppnå FAD og NADH + H +.
Acetylkoenzym A, oppnådd som beskrevet, er startproduktet for Krebs -syklusen (eller syklusen av trikarboksylsyrer).
