Окисление пирувата до ацетил-КоА происходит при участии целого ряда ферментов и коферментов, объединенных в мультиферментный пируватдегидрогеназный комплекс.

Е1 - пируватдегидрогеназа; Е2 - дигидролипоилацетилтрансфсраза;
Е3 -дигидролипоилдегидрогеназа; цифры в кружках обозначают стадии процесса.

На первой стадии этого процесса пировиноградная кислота теряет карбоксигруппу в результате взаимодействия с тиаминпирофосфатом (ТПФ) в составе активного центра пируватдегидрогеназы (E1). На второй стадии оксиэтильная группа комплекса E1–ТПФ–СНОН–СН3 окисляется с образованием ацетильной группы, которая одновременно переносится на амид липоевой кислоты (кофермент), связанной с дигидролипоилацетилтрансферазой (Е2). Этот фермент катализирует третью стадию – перенос ацетильной группы на коэнзим КоА (HS-KoA) с образованием ацетил-КоА, являющегося макроэргом. На четвертой стадии регенерируется окисленная форма липоамида из восстановленного комплекса дигидролипоамид–Е2. При участии дигидролипоилдегидрогеназы (Е3) осуществляется перенос атомов водорода от восстановленных сульфгидрильных групп дигидролипоамида на ФАД, который выполняет роль простетической группы. На пятой стадии восстановленный ФАДН2 дигидро-липоилдегидрогеназы передает водород на кофермент НАД с образованием НАДН + Н+.

Процесс окислительного декарбоксилирования пирувата происходит в матриксе митохондрий. В нем принимают участие (в составе сложного мультиферментного комплекса) 3 фермента (пируватдегидрогеназа, ди-гидролипоилацетилтрансфераза, дигидролипоилдегидрогеназа) и 5 кофер-ментов (ТПФ, амид липоевой кислоты, коэнзим А, ФАД и НАД), из которых три относительно прочно связаны с ферментами (ТПФ-E1, ли-поамид-Е2 и ФАД-Е3), а два – легко диссоциируют (HS-KoA и НАД).

Все эти ферменты, имеющие субъединичное строение, вместе с коферментами организованы в единый комплекс.
Показано, что составляющие комплекс полипептидные цепи субъединиц дигидролипоилацетилтрансферазы являются ядром комплекса, вокруг которого расположены пируватдегидрогеназа и дигидролипоилдегидрогеназа. Нативный ферментный комплекс образуется путем самосборки.

Суммарную реакцию, катализируемую пируватдегидрогеназным комплексом, можно представить следующим образом:
Пируват + НАД+ + HS-KoA –> Ацетил-КоА + НАДН + Н+ + СO2.

Реакция сопровождается значительным уменьшением стандартной свободной энергии и практически необратима.

Образовавшийся в процессе окислительного декарбоксилирования ацетил-КоА подвергается дальнейшему окислению с образованием СО2 и Н2О. Полное окисление ацетил-КоА происходит в цикле трикарбоновых кислот (цикле Кребса).

Этот процесс, как и окислительное декарбоксилирование пирувата, происходит в митохондриях клеток.