Bir hücre anaerobik koşullarda çalışıyorsa, glikozu laktata dönüştürerek enerji üretir ve Cori döngüsü aracılığıyla ikincisini bertaraf eder; oksijen varsa (dolayısıyla dinlenme koşullarında), glikozun %90'ından fazlası aerobik olarak tüketilir ve sadece kalan %10'u anaerobik olarak. Aerobik yolun sağlayabileceğinden daha fazla ATP'ye ihtiyaç duyulduğunda (örneğin kaslar stres altındayken), o zaman ek tedarik anaerobik metabolizma tarafından sağlanır (oksijen kıtlığı koşullarındayız: nefes darlığı, yorgunluk solunumda vb.): laktatı (glikolizden elde edilen) glukoneogenez yoluyla glikoza dönüştürerek bu metabolizmayı hızlandırmak gerekir.
Mitokondride aerobik metabolizma gelişir.
Aerobik metabolizmada karşılaşılan ilk enzim, piruvat dehidrojenaz; Piruvat dehidrojenazın bir enzimden ziyade bir enzim kompleksi olduğunu söylemek daha doğrudur, çünkü art arda hareket eden üç katalitik bölge ile 48-60 protein biriminin bir toplamıdır.
Piruvat dehidrojenaz aşağıdaki reaksiyonu (redoks) katalize eder:
Piruvat + NAD + + CoA-SH → Asetil CoA + NADH + H + + CO2
CoA-SH, koenzim A'dır: pantotenik asidin bir türevidir; asetil koenzim A, bir tiyoesterdir. Bu bir redoks işlemidir, çünkü piruvatın ilk karbonu üç numaralı oksidasyondan dört numaralı oksidasyona (oksitlenir) gider ve piruvatın ikinci karbonu iki numaralı oksidasyondan üç numaralı oksidasyona (oksitlenir) gider. Daha sonra piruvat oksitlenir (toplamda iki elektron kaybeder) ve NAD indirgenir.
Belirtildiği gibi, piruvat dehidrojenaz, her biri kendi katalitik kofaktörü tarafından desteklenen üç tip enzimatik aktiviteye sahiptir:
- tiamin pirofosfat (B1 vitamininin bir türevidir); protonsuz formda aktiftir: bir karbanyon oluşur.
- lipoamid (bir lipoik asit türevidir); çok reaktif bir disülfid köprüsü içerir.
- flavin adenin dinükleotidi (B2 vitamininin bir türevidir); redoks özelliklerine sahip bir nükleotittir: redoks merkezi flavinden oluşur.
Ökaryotik hücrelerde, aerobik metabolizma, hücrenin mitokondri olan özel organellerinde meydana gelir; bakterilerde glikoz ve diğer türlerin metabolizması hücrede gerçekleşir ancak özelleşmiş organeller yoktur.
Piruvat bir mitokondriye girdiğinde, glukoneogenezi (başlangıç materyalini yeniden yapılandırmak için) gerçekleştirmeye ihtiyaç varsa "piruvat karboksilazın etkisine" tabi tutulur veya enerji üretmek gerekirse piruvat dehidrojenaza tabi tutulabilir: Aerobik metabolizma ile oluşan asetil koenzim A, piruvat karboksilazın etkisini uyarır, dolayısıyla gluokoneogenezi teşvik eder ve piruvat dehidrojenazın etkisini azaltır.
Şimdi piruvat dehidrojenazın nasıl çalıştığını görelim; her şeyden önce, tiamin pirofosfatın etkisiyle piruvatın bir dekarboksilasyonu vardır.
Asidik bir ortam, aerobik metabolizmayı engelleyebilir, çünkü tiamin pirofosfatın anyonik formu aktiftir ve asidik pH'ta protonlanır ve dekarboksilasyon meydana gelmez.
Bir karbon-karbon bağının kırılması gerektiğinden dekarboksilasyon zor bir reaksiyondur; bu durumda, reaksiyon ara maddesinin (hidroksietil-tiamin pirofosfat) rezonans vermesi (molekülün p-elektronları delokalize olur) gerçeğiyle reaksiyon termodinamik olarak desteklenir: hidroksietil-tiamin pirofosfat üç olası formda (rezonans) bulunur ve bu onu oldukça kararlı hale getirir. Ayrıca, anyonik formdaki hidroksietil-tiamin pirofosfat, lipoamidin disülfid köprüsü (piruvat dehidrojenazın ikinci katalitik kofaktörü) ile etkileşime girebilmek için yeterince uzun süre hayatta kalır; uzun esnek bir zincirin ucu) ve enzim kompleksinde bir katalitik bölgeden diğerine hareket edebilir.
Daha sonra lipoamid, disülfid köprüsü aracılığıyla, hidroksietil-tiamin pirofosfata bağlanır: asetil lipoamid elde edilir.Bu, piruvat dehidrojenaz kompleksinin ilk enzimi tarafından katalize edilen bir transasetilasyon reaksiyonunun ilk aşamasıdır; bu aşamada aralarında bir bağ kopmuştur. orijinal formuna geri dönen hidroksil grubu ve tiamin pirofosfat: disülfid köprüsünün, asetil'e oksitlediği hidroksil grubuna karşı bir oksitleyici (iki kükürt atomu indirgenmiş) olarak hareket ettiği bir redoks reaksiyonu gerçekleşti.
Bu aşamadan sonra lipoamidin salınım yapan kolu hareket eder ve asetil grubunu yanında taşıyarak gerçek transasetilaz aktivitesini gerçekleştiren piruvat dehidrojenazın ikinci enzimine yaklaşır: ikinci enzim tarafından katalize edilen transasetilasyon reaksiyonunun ikinci aşaması gerçekleşir; bu şekilde asetil koenzim A elde ettik. Şimdi indirgenmiş formdaki lipoamidi eski haline getirmek gerekiyor: piruvat dehidrojenazın üçüncü enzimi araya girerek lipoamidi redoks ediyor ve elektrotlarını FADH2'ye indirgenen FAD'ye aktarıyor. FAD / FADH2, iki farklı monoelektronik aşamada veya tek bir bielektronik aşamada bir redoks çifti olarak işlev görebilir.
FADH2 elektronlarını hemen NAD+'ya vererek FAD ve NADH+H+'a verir.
Açıklandığı gibi elde edilen asetil koenzim A, Krebs döngüsü (veya trikarboksilik asitler döngüsü) için başlangıç ürünüdür.
