**피루브산 탈수소효소 복합체**는 피루브산 탈카복실화라고 불리는 과정에 의해 피루브산을 아세틸-CoA로 전환시키는 세 가지 효소로 구성된 다중효소 복합체이다.

피루브산 탈수소효소 복합체는 α-케토글루타르산 탈수소효소 복합체 및 가지사슬 α-케토산 탈수소효소 복합체와 구조적 및 기능적으로 관련되어 있다.

## 반응
피루브산 탈수소효소 복합체에 의해 촉매되는 반응은 다음과 같다.

## 구조

### 피루브산 탈수소효소 (E)
피루브산 탈수소효소 소단위체라고 불리는 E 소단위체는 동종이량체 또는 이종사량체(두 개의 "α" 사슬 및 두 개의 "β" 사슬)로 구성된 구조를 가지고 있다. 마그네슘 이온은 α 사슬에 위치한 3개의 극성 아미노산 잔기와 피루브산의 탈카복실화에 직접적으로 관여하는 보조 인자인 티아민 피로인산(TPP)과 4배위 복합체를 형성한다.

### 다이하이드로리포일 아세틸기전이효소 (E)
원핵생물과 진핵생물 모두에 대한 E 동종삼량체가 입방체 코어 입자의 꼭지점에 위치한다.

### 다이하이드로리포일 탈수소효소 (E)
다이하이드로리포일 탈수소효소라고 불리는 E 소단위체는 이황화 결합에 관여하는 2개의 시스테인 잔기와 활성 부위의 FAD 보조 인자가 산화 촉매로서의 주요 목절을 촉진하는 동종이량체 단백질로 특징지워진다. 슈도모나스 푸티다(''Pseudomonas putida'')에서 발견되는 E3 구조의 한 예는 각 개별 동종이량체 소단위체가 FAD 결합과 NAD 결합을 담당하는 두 개의 결합 도메인뿐만 아니라 중앙 도메인과 인터페이스 도메인을 포함하도록 형성된다.

### 다이하이드로리포일 탈수소효소 결합 단백질 (EBP)
대부분의 진핵생물에 고유한 보조 단백질은 E 단량체의 결합으로 형성된 표면 인식 부위와 상호작용을 한다.

## 메커니즘

### 피루브산 탈수소효소 (E)
처음에는 피루브산과 티아민 피로인산(TPP 또는 비타민 B2 유사 메커니즘에서 S2는 황화물 또는 설프하이드릴 부분으로 대체된다. 이후 사면체 헤미티오아세탈이 붕괴되면 티아졸이 방출되고 티아민 피로인산(TPP) 보조 인자가 방출되며 리포산의 S1에 티오아세트산이 생성된다. E1 촉매 과정은 전체 피루브산 탈수소효소 복합체의 속도 제한 단계이다.

### 다이하이드로리포일 아세틸기전이효소 (E)
이 지점에서 리포산-싸이오에스터 기능은 다이하이드로리포일 아세틸기전이효소(E 여기서 트랜스 아실화 반응은 리포일의 "스윙잉 암(swinging arm)"으로부터 조효소 A(CoA)의 싸이올로 아세틸기를 전달한다. 이는 아세틸-CoA를 생성하고, 아세틸-CoA는 피루브산 탈수소효소 복합체로부터 방출되며 이어서 시트르산 회로로 들어간다. E2는 리포아마이드 환원효소-아세틸기전이효소로도 알려져 있다.

### 다이하이드로리포일 탈수소효소 (E)
여전히 피루브산 탈수소효소 복합체의 리신 잔기에 결합되어 있는 다이하이드로리포산은 다이하이드로리포일 탈수소효소(E를 생성한다.

## 생물종 간의 구조적 차이
피루브산 탈수소효소 복합체(PDC)는 생물종에 따라 3~4개의 소단위체의 다중 복사본으로 구성된 대규모 복합체이다.

### 그람음성세균
그람음성세균에서, 예를 들어 대장균(''Escherichia coli'')의 피루브산 탈수소효소 복합체는 24개의 다이하이드로리포일 아세틸기전이효소(E으로 완전히 포화될 때 피루브산 탈수소효소 복합체의 소단위체 구성을 결정한다.

### 그람양성세균 및 진핵생물
대조적으로 그람양성세균(예: 바실루스 스테아로테르모필루스(''Bacillus stearothermophilus''))과 진핵생물에서는 중앙 PDC 코어가 정이십면체로 배열된 60개의 E 복사본을 조정한다.

진핵생물은 또한 EBP)의 12개의 복사본을 함유하고 있다. 그러나 이는 소의 PDC 코어에서 동일한 수의 E2 분자를 대체하는 것으로 제안되었다.

최대 60개의 E 효소가 존재하는 것으로 생각된다.

## 조절
피루브산 탈수소효소는 ATP/ADP, NADH/NAD 및 아세틸-CoA/CoA의 세 가지 비율 중 하나 이상이 증가하면 저해된다.

진핵생물에서 피루브산 탈수소효소 복합체(PDC)는 고유의 특정 피루브산 탈수소효소 키네이스(PDK)와 피루브산 탈수소효소 인산가수분해효소(PDP)에 의해 각각 엄격히 조절되어 피르브산 탈수소효소 복합체를 비활성화시키거나 활성화시킨다.

반응 생성물은 피루브산 탈수소효소 키네이스(PDK)를 활성화시키기 때문에 피루브산 탈수소효소 복합체(PDC)의 다른 자리 입체성 저해제 역할을 한다. 기질은 차례로 피루브산 탈수소효소 키네이스(PDK)를 저해하여 피루브산 탈수소효소 복합체를 재활성화한다.

기아 상태에서 피루브산 탈수소효소 키네이스(PDK)는 유전자 전사 증가를 통해 골격근을 포함한 대부분의 조직에서 양이 증가한다. 동일한 조건에서는 피루브산 탈수소효소 인산가수분해효소(PDP)의 양이 감소한다. 피루브산 탈수소효소 복합체(PDC)의 결과적인 저해는 근육 및 다른 조직이 포도당 및 포도당신생합성 전구체를 이화대사하는 것을 방지한다. 대사는 지방 활용 쪽으로 전환되고, 포도당신생합성 전구체를 공급하기 위한 근육 단백질 분해는 최소화되며, 뇌에서 사용하기 위한 이용 가능한 포도당은 절약된다.

칼슘 이온은 근육 수축 중에 피루브산 탈수소효소 인산가수분해효소(PDP)를 활성화하여 세포질에서 일어나는 해당과정을 자극하기 때문에 근육 조직에서 피루브산 탈수소효소 복합체(PDC)를 조절하는 역할을 한다. 이러한 전사의 일부 생성물은 H2를 근육으로 방출한다. 이로 인해 시간이 지남에 따라 칼슘 이온이 감소할 수 있다.

## 피루브산 탈카복실화의 국지화
진핵세포에서 피루브산 탈카복실화는 기질인 피루브산이 세포질로부터 운반된 후 미토콘드리아 기질 내부에서 일어난다. 피루브산이 미토콘드리아로 수송되는 것은 수송 단백질인 피루브산 자리옮김효소를 통해 이루어진다. 피루브산 자리옮김효소는 양성자와 동반 수송 방식(미토콘드리아 내막을 가로질러)으로 피루브산을 운반하는 데, 이는 2차 능동수송의 한 형태로 간주될 수 있지만, 여기서 "2차 능동수송" 용어의 사용에 대해서는 추가적인 확인/지원이 필요할 수 있다(참고: 피루브산 자리옮김효소를 통한 피루브산의 수송 방식은 S. Papa 등(1971년)에 따르면 양성자 기울기와 짝지어져 정의상 2차 능동수송과 일치하는 것으로 보인다).

대체 출처에 따르면 "미토콘드리아 외막을 통한 피루브산의 수송은 수동적 확산을 가능하게 하는 전압 의존성 음이온 통로와 같은 대규모 비선택적 통로를 통해 쉽게 수행되는 것으로 보인다"라고 한다. 미토콘드리아 내막을 통한 수송은 미토콘드리아 피루브산 운반체 1(MPC1)과 미토콘드리아 피루브산 운반체 2(MPC2)에 의해 매개된다.

미토콘드리아 기질로 들어가자 마자 피루브산은 탈카복실화되어 아세틸-CoA(그리고 이산화 탄소와 NADH)를 생성한다. 이 비가역적인 반응은 미토콘드리아 내에 아세틸-CoA를 가두어 놓는다(아세틸-CoA는 일반적으로 희박한 트라이카복실산(TCA) 중간생성물인 시트르산 셔틀을 통해 옥살로아세트산의 농도가 높은 조건 하에서만 미토콘드리아 기질 밖으로 운반될 수 있다). 이 반응에 의해 생성된 이산화 탄소는 비극성이고 작으며 미토콘드리아와 세포 밖으로 확산될 수 있다.

미토콘드리아가 없는 원핵생물에서는 이 반응이 세포질에서 일어나거나 전혀 일어나지 않는다.

## 진화의 역사
진핵세포의 미토콘드리아에서 발견되는 피루브산 탈수소효소는 그람양성세균의 일종인 게오바실루스 스테아로테르모필루스(''Geobacillus stearothermophilus'')의 효소와 매우 유사하다는 것이 밝혀졌다. 그람양성세균과 피루브산 탈수소효소 복합체의 유사성에도 불구하고 그람음성세균과의 유사성은 거의 없다. 피루브산 탈수소효소와 그람양성세균의 효소 사이의 4차 구조의 유사성은 그람음성세균에서 발견되는 해당 효소의 진화 역사와 구별되는 공유 진화 역사를 나타낸다. 세포 내 공생을 통해 진핵생물의 미토콘드리아에서 발견되는 피루브산 탈수소효소는 그람양성세균까지 거슬러 올라가는 조상과 연결된다는 것을 가리킨다.

피루브산 탈수소효소 복합체는 특히 α-케토산에 대한 기질 특이성 측면에서 가지사슬 α-케토산 탈수소효소 복합체와 많은 유사점을 공유한다. 구체적으로 가지사슬 α-케토산 탈수소효소 복합체는 아미노산의 분해를 촉진하며 이러한 효소는 아미노산이 풍부한 환경이었던 원시 지구에서 널리 퍼져 있었을 것이다. 피루브산 탈수소효소 복합체의 E 소단위체를 가지고 있다.

## 임상적 관련성
피루브산 탈수소효소 결핍증(PDCD)은 복합체를 만드는 데 사용되는 효소나 보조 인자의 돌연변이로 인해 발생할 수 있다. 피루브산 탈수소효소 결핍증의 주요 임상적 소견은 젖산산증이다.

피루브산 탈수소효소 결핍증은 드물지만 돌연변이가 발생하거나 기능하지 않는 경우 이러한 결핍을 유발할 수 있는 다양한 유전자가 있다. 먼저, 피루브산 탈수소효소의 E-α의 감소는 피루브산 탈수소효소가 피루브산과 충분히 결합하는 것을 방해하여 전체 복합체의 활성을 감소시킨다.