Om en cell fungerar under anaeroba förhållanden producerar den energi genom att omvandla glukos till laktat och avyttrar den senare genom Cori -cykeln; om det finns syre tillgängligt (därför i viloförhållanden) konsumeras mer än 90% av glukosen aerobt och bara de återstående 10%, anaerobt. När det behövs mer ATP än vad den aeroba vägen kan tillhandahålla (till exempel när musklerna är stressade) tillhandahålls den extra tillförseln av anaerob metabolism (vi befinner oss i förhållanden med syrebrist: andfåddhet, trötthet vid andning etc.): det är nödvändigt att påskynda denna metabolism genom att omvandla laktat (som erhålls från glykolys) till glukos genom glukoneogenes.
Aerob metabolism utvecklas i mitokondrier.
Det första enzymet som påträffas vid aerob metabolism är pyruvat dehydrogenas; Det är mer exakt att säga att pyruvatdehydrogenas är ett enzymkomplex snarare än ett enzym, eftersom det är ett aggregat med 48-60 proteinenheter med tre katalytiska platser som verkar i följd.
Pyruvatdehydrogenas katalyserar följande reaktion (redox):
Pyruvat + NAD + + CoA-SH → Acetyl CoA + NADH + H + + CO2
CoA-SH är koenzym A: det är ett derivat av pantotensyra; acetylkoenzym A är en tioester. Detta är en redoxprocess eftersom det första kolet av pyruvat går från oxidation nummer tre till oxidation nummer fyra (det oxideras) och det andra kolet av pyruvat går från oxidation nummer två till oxidation nummer tre (det oxideras). Därefter oxideras pyruvat (det tappar totalt två elektroner) och NAD reduceras.
Som nämnts har pyruvatdehydrogenas tre typer av enzymatisk aktivitet, var och en stödd av sin egen katalytiska kofaktor:
- tiaminpyrofosfat (det är ett derivat av vitamin B1); den är aktiv i deprotoniserad form: en karbanion bildas.
- lipoamid (det är ett derivat av liponsyra); den innehåller en mycket reaktiv disulfidbrygga.
- flavin adenin dinukleotid (det är ett derivat av vitamin B2); det är en nukleotid med redoxegenskaper: dess redoxcentrum består av flavinet.
I eukaryota celler sker aerob metabolism i specialiserade organeller i cellen som är mitokondrier; i bakterier förekommer metabolismen av glukos och andra arter i cellen men det finns inga specialiserade organeller.
När pyruvat kommer in i en mitokondrion utsätts det för "verkan av pyruvatkarboxylas om det finns ett behov av att utföra glukoneogenes (för att rekonstruera utgångsmaterialet), eller det kan utsättas för pyruvatdehydrogenas om det är nödvändigt att producera energi: "acetylkoenzym A som bildas genom aerob metabolism stimulerar verkan av pyruvatkarboxylas, därför främjar det gluokoneogenes och minskar verkan av pyruvatdehydrogenas.
Låt oss nu se hur pyruvat dehydrogenas fungerar; först och främst sker det en dekarboxylering av pyruvat genom verkan av tiaminpyrofosfat.
En sur miljö kan hämma aerob metabolism eftersom den anjoniska formen av tiaminpyrofosfat är aktiv som skulle protoneras vid surt pH och dekarboxylering inte skulle inträffa.
En dekarboxylering är en svår reaktion eftersom en kol-kol-bindning måste brytas; i detta fall gynnas reaktionen termodynamiskt av det faktum att reaktionsmellanprodukten (hydroxietyl-tiaminpyrofosfat) ger resonans (molekylens p-elektroner delokaliseras): hydroxietyl-tiaminpyrofosfatet finns i tre möjliga former (resonans) och detta gör det ganska stabilt. Dessutom överlever hydroxietyl-tiaminpyrofosfatet i anjonisk form tillräckligt länge för att kunna interagera med disulfidbryggan för lipoamiden (andra katalytiska kofaktorn av pyruvatdehydrogenas); disulfidbryggan är en oscillerande arm (den ligger vid slutet av en lång flexibel kedja) och kan flytta från en katalytisk plats till en annan i enzymkomplexet.
Sedan binder lipoamiden genom disulfidbryggan hydroxietyltiaminpyrofosfatet: acetyllipoamid erhålls. Detta är den första fasen av en transacetyleringsreaktion katalyserad av det första enzymet i pyruvatdehydrogenaskomplexet; i denna fas bryts en bindning mellan hydroxylgruppen och tiaminpyrofosfat som återvände till sin ursprungliga form: en redoxreaktion ägde rum där disulfidbryggan fungerade som en oxidant (de två svavelatomerna reducerades) mot hydroxylgruppen som den oxiderade till acetyl.
Efter denna fas rör sig lipoamidens oscillerande arm och närmar sig det andra enzymet av pyruvatdehydrogenas som utför den verkliga transacetylasaktiviteten genom att bära acetylgruppen med sig: den andra fasen av transacetyleringsreaktionen som katalyseras av det andra enzymet äger rum; på detta sätt har vi erhållit acetylkoenzym A. Det är nu nödvändigt att återställa lipoamiden som är i reducerad form: det tredje enzymet av pyruvatdehydrogenas intervenerar som redoxerar lipoamiden och överför dess elektroder till FAD som reduceras till FADH2. Paret FAD / FADH2 kan fungera som ett redoxpar i två distinkta monoelektroniska steg eller i ett enda bielektroniskt stadium.
FADH2 ger omedelbart sina elektroner till NAD + för att erhålla FAD och NADH + H +.
Acetylkoenzym A, erhållet enligt beskrivningen, är utgångsprodukten för Krebs -cykeln (eller cykeln av trikarboxylsyror).
