催化丙酮酸为乙酰CoA的不可逆反应的复合酶。EC1．2．4．1。CH₃COCOOH＋CoA＋NAD＋→CH₃C0-CoA＋NADH^-＋CO2ΔGo′＝-8.0kcal。有三种酶和五种辅助因子参于这一反应。它们组成如下系统：

　　（1）丙酮酸脱氢酶（EC4．1．1．1）

　　（2）硫辛酸转乙酰酶（EC2．3．1．12）

　　（3）硫辛酰胺脱氢酶（EC1．6．4．3）

　　即通过丙酮酸脱羧生成的羟乙基硫胺素二磷酸和硫辛酸反应形成乙酰二氢硫辛酸，乙酰基被转移至CoA．二氢硫辛酸通过FAD被氧化，氢最后被传递至NAD^＋。在这个反应循环中，除CoA和NAD外，都和酶紧密结合。该酶复合体可从动物组织和细菌中提取出来，但对从大肠杆菌中提纯的研究进行得较多。复合体为直径约30纳米的多角形，似乎三种酶各含有24个分子。在生理上，好氧性糖分解时，作为从丙酮酸形成乙酰CoA的阶段是极其重要的。与该酶复合体十分相似的物质有α-酮戊二酸脱氢酶的复合体。