La fosforilación oxidativa es un proceso altamente eficiente que genera grandes cantidades de trifosfato de adenosina (ATP), la unidad básica de energía que impulsa muchos procesos en células vivas.La fosforilación oxidativa implica dos procesos: el transporte de electrones y la quimiosmosis.Durante el transporte de electrones, los electrones se transportan entre grandes complejos en la membrana mitocondrial interna y los protones (H+) se bombean a través de la membrana hacia el espacio intermembrana, creando un gradiente electroquímico. En el siguiente paso, los protones fluyen de nuevo hacia su gradiente hacia la matriz mitocondrial mediante la ATP sintasa, un complejo proteico insertado dentro de la membrana interna. Este proceso, llamado quimiosmosis, utiliza la energía del gradiente de protones para impulsar la síntesis de ATP del adenosín difosfato (ADP).
La cadena de transporte de electrones es una serie de complejos que transfieren electrones de donantes de electrones a aceptadores de electrones a través de reacciones simultáneas de reducción y oxidación, también conocidas como reacciones redox. Al final de la cadena, los electrones reducen el oxígeno molecular para producir agua.
El cierre de electrones entre complejos se combina con la transferencia de protones, mediante la cual los protones (H+ iones) viajan desde la matriz mitocondrial al espacio intermembrana contra su gradiente de concentración. Eventualmente, la alta concentración de protones en el espacio intermembrano fuerza a los protones por su gradiente de concentración de nuevo en la matriz mitocondrial a través de ATP sintasa, produciendo así ATP. Este proceso, que utiliza la energía almacenada en el gradiente de protones a través de la membrana para impulsar el trabajo celular, se llama quimiosmosis.
La estructura responsable del movimiento de los protones a través de la membrana mitocondrial interna es el complejo proteico ATP sintasa. Consiste en un estator, el canal en el que los iones de hidrógeno entran y salen del complejo, un rotor de varias unidades (F0) insertado dentro de la membrana y una agrupación de proteínas catalíticas (F1)ubicadas en la matriz mitocondrial. El rotor F0 gira a medida que los iones de hidrógeno se unen a cada subunidad y cambian la forma de cada subunidad.El rotor giratorio entonces, gira una varilla interna que cambia la conformación de F1 que facilita su unión al ADP y al fosfato inorgánico, lo que resulta en la producción de ATP.
El proceso de respiración aeróbica puede producir un total de 30 o 32 ATP por molécula de glucosa consumida (Figura 3). Cuatro ATP se producen durante la glucólisis, pero dos se consumen en el proceso, lo que resulta en un total neto de dos moléculas de ATP.Se produce una molécula de ATP por cada ronda del ciclo de Krebs, y se producen dos ciclos por cada molécula de glucosa, produciendo un total neto de dos ATP. Finalmente, se producen 26 o 28 ATPs en la cadena de transporte de electrones a través de la fosforilación oxidativa, dependiendo de si el NADH o el FADH2 se utiliza como transportador de electrones.
