Организмы получают энергию из пищи, но клетки не могут напрямую использовать эту энергию. Клетки преобразовывают энергию, запасенную в питательных веществах, в более удобную форму: аденозинтрифосфат (АТФ).

АТФ хранит энергию в химических связях, которые при необходимости могут быстро высвобождаться. Клетки производят энергию в виде АТФ в процессе клеточного дыхания. Хотя большая часть энергии клеточного дыхания выделяется в виде тепла, некоторая ее часть используется для производства АТФ.

Во время клеточного дыхания несколько окислительно-восстановительных (окислительно-восстановительных) реакций переносят электроны от органических молекул к другим молекулам. Здесь окисление относится к потере электронов и восстановлению до усиления электронов. Электронные переносчики NAD ⁺ и FAD & mdash; и их восстановленные формы, NADH & nbsp; и FADH ₂ соответственно & mdash; необходимы для нескольких этапов клеточного дыхания.

Некоторые прокариоты используют анаэробное дыхание, для которого не требуется кислород. Большинство организмов используют аэробное (кислородное) дыхание, которое производит намного больше АТФ. При аэробном дыхании образуется АТФ, расщепляя глюкозу и кислород на углекислый газ и воду.

Как аэробное, так и анаэробное дыхание начинается с гликолиза, для которого не требуется кислород. Гликолиз расщепляет глюкозу на пируват с образованием АТФ. В отсутствие кислорода пируват ферментирует, производя НАД ⁺ для продолжения гликолиза. Важно отметить, что некоторые виды дрожжей используют спиртовое брожение. Мышечные клетки человека могут использовать молочнокислое брожение при недостатке кислорода. Анаэробное дыхание заканчивается брожением.

Однако аэробное дыхание продолжается с окислением пирувата. Окисление пирувата приводит к образованию ацетил-КоА, который входит в цикл лимонной кислоты. Цикл лимонной кислоты состоит из нескольких окислительно-восстановительных реакций, которые высвобождают энергию связи ацетил-КоА, производя АТФ и восстановленные переносчики электронов НАДН и ФАДН ₂ .

На заключительном этапе клеточного дыхания, окислительном фосфорилировании, вырабатывается большая часть АТФ. НАДН и ФАДН ₂ передают свои электроны через цепь переноса электронов. Цепь переноса электронов высвобождает энергию, которая используется для вытеснения протонов, создавая протонный градиент, который обеспечивает синтез АТФ.