Trasporto degli elettroni e fosforilazione ossidativa

Il glucosio, come abbiamo visto, viene ossidato completamente a CO2 mediante le reazioni enzimatiche della glicolisi e del ciclo dell'acido citrico. L'ossidazione completa del glucosio da parte dell'ossigeno molecolare è descritta dalla seguente reazione redox:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H20
Per osservare più chiaramente il trasporto degli elettroni, questa espressione può essere divisa in due parti. Nella prima semi-reazione gli atomi di carbonio del glucosio vengono ossidati:
C6H12O6 + 6H2O → 6CO2 + 24H+ + 24e-
e nella seconda semi-reazione viene ridotto l'ossigeno molecolare:
6O2 + 24H+ + 24e- → 12H2O
Negli organismi viventi, il processo di trasferimento degli elettroni che collega queste due semi-reazioni avviene attraverso una via a molte tappe che cattura l'energia liberata per formare ATP. Le 12 coppie di elettroni coinvolte nell'ossidazione del glucosio non sono trasferite direttamente all'O2, ma vengono trasferite prima a coenzimi generando 10 molecole di NADH e due di FADH2 nelle rispettive reazioni di glicolisi e del ciclo dell'acido citrico. Gli elettroni passano poi nella catena di trasporto degli elettroni, dove, mediante la riossidazione del NADH e del FADH2, partecipano a meccanismi ossidoriduttivi sequenziali, prima di ridurre l'ossigeno ad acqua. Durante questo processo, i protoni vengono espulsi dai mitocondri. L'energia libera conservata nel gradiente protonico che si viene a generare in questo modo guida poi la sintesi di ATP da ADP e Pi, attraverso il processo che va sotto il nome di fosforilazione ossidativa. La riossidazione di ogni molecola di NADH porta alla sintesi di tre molecole di ATP e la riossidazione di FADH2 di due molecole di ATP e quando il glucosio viene ossidato completamente a CO2 e H2O si generano un totale di 38 molecole di ATP/molecola di glucosio.