Cada piruvato de la glucólisis viaja a la matriz mitocondrial, que es el compartimento más interno de la mitocondria. Ahí, el piruvato se convierte en una molécula de dos carbonos unida a coenzima A, conocida como acetil-CoA. En este proceso se libera CO2 y se obtiene NADH.

Existen dos razones que hacen que la presencia de oxígeno incremente notablemente la eficiencia del proceso de producción de energía:

• El ácido pirúvico se puede oxidar totalmente hasta CO₂ y H₂O y no se utiliza únicamente para oxidar el NADH como ocurre en la fermentación.
• En la cadena transportadora de electrones, los electrones se transfieren, paso a paso, hasta el O₂ para formar H₂O, produciendo mucho ATP.

El ácido pirúvico obtenido en la glucólisis en el citosol, se une a transportadores específicos de membrana para poder atravesar la doble membrana de la mitocondria para llegar hasta la matriz mitocondrial.

Dentro de la mitocondria, en la matriz, se produce la descarboxilación oxidativa, mediante un complejo enzimático llamado piruvato deshidrogenasa, por la que el ácido pirúvico se descarboxila y se activa a la forma de acetil-CoA (2 C). Además se reduce una molécula de NAD⁺ formándose 1 NADH. Como se habían obtenido 2 piruvatos de cada molécula de glucosa, se obtienen 2 NADH en esta etapa y se liberan 2 CO2.

En el catabolismo de glúcidos, ácidos grasos y aminoácidos, se obtienen grupos acetilo, que se incorporan al ciclo de Krebs en forma de acetil-CoA,

ETAPAS DE LA DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA

• Pérdida del grupo carboxilo  del piruvato, que se libera en forma de CO₂ (etapa de descarboxilación) con el primer carbono y dos oxígenos.
• El grupo carbonilo del piruvato se oxida (etapa oxidativa) y cede sus electrones a un NAD⁺ que se reduce a NADH, formando un grupo acetilo (CH₃-CO-).
• El grupo acetilo se esterifica con el grupo –SH de la coenzima A. Se forma el acetil-CoA que entrará en el ciclo de Krebs.