Os organismos obtêm energia dos alimentos, mas essa energia não pode ser usada diretamente pelas células. As células convertem a energia armazenada em nutrientes em uma forma mais utilizável: trifosfato de adenosina (ATP).
O ATP armazena energia em ligações químicas que podem ser libertadas rapidamente quando necessário. As células produzem energia na forma de ATP através do processo de respiração celular. Embora grande parte da energia da respiração celular seja libertada como calor, parte dela é usada para fazer ATP.
Durante a respiração celular, várias reações de redução-oxidação (redox) transferem eletrões de moléculas orgânicas para outras moléculas. Aqui, a oxidação refere-se à perda de eletrões e a redução ao ganho de eletrões. Os portadores de eletrões NAD+ e FAD—e as suas formas reduzidas, NADH e FADH2, respectivamente—são essenciais para várias etapas da respiração celular.
Alguns procariotas usam respiração anaeróbica, que não requer oxigénio. A maioria dos organismos usa respiração aeróbica (que requer oxigénio), que produz muito mais ATP. A respiração aeróbica gera ATP dividindo glicose e oxigénio em dióxido de carbono e água.
Tanto a respiração aeróbica como a anaeróbica começam com a glicólise, que não requer oxigénio. A glicólise divide a glicose em piruvato, produzindo ATP. Na ausência de oxigénio, o piruvato fermenta, produzindo NAD+ para glicólise contínua. É importante ressaltar que vários tipos de leveduras utilizam fermentação alcoólica. Células musculares humanas podem usar fermentação de ácido láctico quando o oxigénio está esgotado. A respiração anaeróbica termina com a fermentação.
A respiração aeróbica, no entanto, continua com a oxidação de piruvato. A oxidação do piruvato gera acetil-CoA, que entra no ciclo do ácido cítrico. O ciclo do ácido cítrico consiste em várias reações redox que libertam a energia da ligação da acetil-CoA, produzindo ATP e os portadores de eletrões reduzidos NADH e FADH2.
O estágio final da respiração celular, fosforilação oxidativa, gera a maior parte do ATP. NADH e FADH2 passam os seus eletrões através da cadeia de transporte de eletrões. A cadeia de transporte de eletrões liberta energia que é usada para expelir protões, criando um gradiente de protões que permite a síntese de ATP.
