Oddychanie tlenowe - łańcuch oddechowy (łańcuch transportu elektronów)

Ostatnie etap oddychania komórkowego, zwany utlenianiem końcowym (utlenianie są cząsteczki NADH i FADH₂, które powstały we wcześniejszych etapach oddychania) zachodzi na błonach grzebienie mitochondrialnych, gdzie zlokalizowany jest łańcuch oddechowy.

Łańcuch oddechowy to zespół organicznych przenośników uszeregowanych według wzrastających potencjałów oksydoredukcyjnych, w którym przemieszczają się elektrony. Elektrony (z NADH i FADH₂) wchodzą w łańcuch oddechowy z dużą energią, którą powoli tracą. Uwalniania energia umożliwia aktywne przepompowanie jonów H⁺ z matriks mitochondrialnej do przestrzenie międzybłonowej. W ten sposób po obu stronach błony wewnętrznej tworzy się gradient protonowy, który napędza syntezą ATP.

Jony H⁺ przemieszczają się w poprzek błony przez specjalne białkowe struktury – syntazy ATP. Syntazy ATP składają się z dwóch domen: białkowego rotoru (zdolnego do obracania się) i struktury w kształcie grzybka (obracającej się wraz z rotorem). Cząsteczki ADP i fosforanu przyłączają się do „białkowego” grzybka i po polaczeniu dają ATP. Energia obracającego się grzybka umożliwia oderwanie ATP od syntazy ATP, z którą jest on silnie związany.

Przyjęto, ze każda para elektronów z NADH umożliwia przepompowanie takiej ilości jonów H⁺, które wystarczą na zsyntezowanie 3 cząsteczek ATP, elektrony z FADH₂ umożliwiają natomiast zsyntezowanie 2 cząsteczek ATP.

Elektrony transportowane w łańcuchy oddechowym trafiają ostatecznie na tlen, do którego dołączają się jony H⁺ (pochodzące ze środowiska). W ten sposób powstaje woda, drugi końcowy produkt oddychania tlenowego. 

Energię niezbędną do pracy pompy protonowej, która umożliwia syntezę ATP dostarczają elektrony redukujące tlen. Dlatego też zachodzące wówczas fosforylację nazywa się fosforylacją oksydacyjną.

Schemat przenoszenia elektronów w mitochondriach - łańcuch oddechowy. Kolorem zielonym oznaczono kompleksy obecne jedynie w mitochondriach roślinnych. AOX – oksydaza alternatywna, ID – wewnętrzna dehydrogenaza NADH, OD – zewnętrzna dehydrogenaza NADPH, GPDH – mitochondrialna dehydrogenaza glicerolo-3-fosforanu, K I – kompleks I, K II – kompleks II, K III – kompleks III, K IV – oksydaza cytochromowa, K V – syntaza ATP, Q – ubichinon, cyt. c – cytochrom c.

Sumaryczne zapis równania tlenowego rozkładu glukozy przedstawia się następująco:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + 36 ATP + 36 P_i → 6 CO₂ + 6 H₂O + 36 ATP