Les organismes récoltent l’énergie des aliments, mais cette énergie ne peut pas être directement utilisée par les cellules. Les cellules convertissent l’énergie stockée dans les nutriments en une forme davantage utilisable : l’adénosine triphosphate (ATP).

L’ATP stocke l’énergie dans des liaisons chimiques qui peut être rapidement libérée en cas de besoin. Les cellules produisent de l’énergie sous forme d’ATP par le processus de respiration cellulaire. Bien qu’une grande partie de l’énergie de la respiration cellulaire soit libérée sous forme de chaleur, une partie est utilisée pour fabriquer de l’ATP.

Pendant la respiration cellulaire, plusieurs réactions d’oxydation-réduction (redox) transfèrent des électrons des molécules organiques à d’autres molécules. Ici, l’oxydation se réfère à la perte d’électrons et la réduction au gain d’électrons. Les porteurs d’électrons NAD⁺ et FAD, ainsi que leurs formes réduites respectivement NADH et FADH₂, sont essentiels dans plusieurs étapes de la respiration cellulaire.

Certains procaryotes utilisent la respiration anaérobie, qui ne nécessite pas d’oxygène. La plupart des organismes utilisent la respiration aérobie (nécessitant de l’oxygène), qui produit beaucoup plus d’ATP. La respiration aérobie génère de l’ATP en décomposant le glucose et l’oxygène en dioxyde de carbone et en eau.

La respiration aérobie et anaérobie commence par la glycolyse, qui ne nécessite pas d’oxygène. La glycolyse décompose le glucose en pyruvate, ce qui donne de l’ATP. En l’absence d’oxygène, le pyruvate fermente, produisant NAD⁺ pour la glycolyse continue. Fait important, plusieurs types de levure utilisent la fermentation alcoolique. Les cellules musculaires humaines peuvent utiliser la fermentation de l’acide lactique lorsque l’oxygène est épuisé. La respiration anaérobie se termine par la fermentation.

La respiration aérobie, cependant, continue avec l’oxydation du pyruvate. L’oxydation du pyruvate génère de l’acétyl-CoA, qui entre dans le cycle de l’acide citrique. Le cycle de l’acide citrique se compose de plusieurs réactions redox qui libèrent l’énergie de liaison de l’acétyl-CoA, produisant de l’ATP et les porteurs réduits d’électrons NADH et FADH₂.

La dernière étape de la respiration cellulaire, la phosphorylation oxydative, génère la majeure partie de l’ATP. NADH et FADH₂ font passer leurs électrons à travers la chaîne de transport d’électrons. La chaîne de transport d’électrons libère de l’énergie utilisée pour expulser les protons, créant un gradient de protons qui permet la synthèse de l’ATP.