A respiração celular produz 30-32 moléculas de ATP por cada molécula de glicose. Embora a maior parte do ATP resulte da fosforilação oxidativa e da cadeia de transporte de eletrões (ETC), 4 ATP são ganhos antecipadamente (2 da glicólise e 2 do ciclo do ácido cítrico).
A ETC está incorporada na membrana mitocondrial interna e compreende quatro complexos proteicos principais e uma ATP sintase. NADH e FADH2 passam eletrões para esses complexos, que por sua vez bombeiam protões para o espaço intermembranar. Esta distribuição de protões gera um gradiente de concentração através da membrana. O gradiente impulsiona a produção de ATP quando os protões fluem de volta para a matriz mitocondrial através da ATP sintase.
Por cada 2 eletrões que o NADH faz passar pelo complexo I, os complexos I e III bombeiam cada um 4 protões e o complexo IV bombeia 2 protões, totalizando 10 protões. O complexo II não está envolvido na cadeia eletrónica iniciada pelo NADH. O FADH2, no entanto, passa 2 eletrões para o complexo II, de modo que um total de 6 protões são bombeados por cada FADH2; 4 protões através do complexo III e 2 através do complexo IV.
São necessários quatro protões para sintetizar 1 ATP. Como 10 protões são bombeados por cada NADH, 1 NADH rende 2,5 (10/4) ATP. Seis protões são bombeados por cada FADH2, pelo que 1 FADH2 rende 1,5 (6/4) ATP.
A respiração celular produz no máximo 10 NADH e 2 FADH2 por molécula de glicose. Uma vez que um único NADH produz 2,5 ATP e um único FADH2 produz 1,5 ATP, então 25 ATP + 3 ATP são produzidos por fosforilação oxidativa. Quatro ATP são produzidos antes da fosforilação oxidativa, que produz um máximo de 32 ATP por molécula de glicose.
É importante ressaltar que a glicólise ocorre no citosol e a ETC está localizada nas mitocôndrias (em eucariotas). A membrana mitocondrial não é permeável ao NADH, portanto os eletrões dos 2 NADH que são produzidos pela glicólise precisam ser transportados para as mitocôndrias. Uma vez dentro da mitocôndria, os eletrões podem ser passados para NAD+ ou FAD. Dado o rendimento diferente de ATP dependendo do portador de eletrões, o rendimento total da respiração celular é de 30 a 32 ATP por molécula de glicose.
