Oksidativna fosforilacija je niz kemičnih reakcij, ki se uporabljajo za proizvodnjo adenozin trifosfata (ATP). Pomemben del aerobnega dihanja je morda najbolj temeljna metabolična operacija na zemlji. Različne vrste organizmov imajo veliko različnih načinov organiziranja oksidativne fosforilacije, vendar je končni rezultat vedno enak: energija iz naslednjega predzadnjega koraka v nizu se uporablja za vezavo fosforjevega atoma na adenozin difosfat (ADP), ki ga pretvori v ATP. . Potencialna energija, dodana molekuli v tej reakciji, je ravno tisto, zaradi česar je ATP univerzalno uporaben vir energije v celici.
Vodenje do zadnjega koraka oksidativne fosforilacije vključuje vrsto redukcijsko-oksidacijskih ali redoks reakcij. Te reakcije prenašajo elektrone z ene molekule na drugo in s tem spremenijo naboj obeh. Ta niz operacij se imenuje transportna veriga elektronov, ker celici omogoča premikanje energije v obliki elektronov iz skladišča na mesto, kjer jo je mogoče zlahka uporabiti. Nikotinamid adenin dinukleotid (NAD+) je običajen korak ob koncu tega procesa. “+” predstavlja pozitiven naboj, ki mu omogoča, da zlahka sprejme elektrone in postane zmanjšana oblika, imenovana NADH.
Energija elektronov v NADH se uporablja za pogon procesa, imenovanega kemiosmoza. Kemiosmoza koncentrira energijo elektronov v potencialno energijo s premikanjem vodikovih ionov – protonov – po membrani. To gibanje ustvari energijski gradient čez membrano zaradi akumuliranega pozitivnega naboja na eni strani. Ta energijski gradient se imenuje protonska gibalna sila. Na tej točki se lahko zgodi zadnji in najbolj univerzalni korak oksidativne fosforilacije.
ATP sintaza je encim, ki je končno odgovoren za pretvorbo ADP v ATP. Del proteina je vgrajen v membrano, skozi katero so bili poganjani protoni. ATP sintaza zagotavlja pot, po kateri lahko protoni ponovno vstopijo v celico, vendar izkorišča energijo, ki nastane, ko to storijo. Ta operacija je podobna načinu, kako vetrnice izkoriščajo razlike v tlaku in vodna kolesa uporabljajo spremembe potencialne energije, ki so posledica gravitacije. Gibanje protona nazaj čez membrano se uporablja za spodbujanje spremembe oblike encima. Če je molekula ADP že vezana na ATP sintazo, ko se ta dogodek zgodi, ji sprememba naloži dodaten atom fosforja. Na novo proizvedena molekula ATP lahko zapusti encim in postane svobodna za zagotavljanje energije drugje v celici.