Oksidatiivinen fosforylaatio on joukko kemiallisia reaktioita, joita käytetään adenosiinitrifosfaatin (ATP) tuottamiseen. Tärkeä osa aerobista hengitystä, se on kenties perustavin aineenvaihduntaoperaatio maapallolla. Erilaisilla organismeilla on monia erilaisia tapoja organisoida oksidatiivista fosforylaatiota, mutta lopputulos on aina sama: sarjan seuraavan ja viimeisen vaiheen energiaa käytetään sitomaan fosforiatomi adenosiinidifosfaattiin (ADP) ja muuttamaan se ATP: ksi . Tässä reaktiossa molekyyliin lisätty potentiaalinen energia tekee ATP: stä yleisesti hyödyllisen energialähteen solussa.
Oksidatiivisen fosforylaation viimeiseen vaiheeseen johtaminen sisältää useita pelkistys-hapetus- tai redoksireaktioita. Nämä reaktiot siirtävät elektroneja yhdestä molekyylistä toiseen ja muuttavat siten molempien varausta. Tätä toimintojen sarjaa kutsutaan elektroninsiirtoketjuksi, koska sen avulla solu voi siirtää energiaa elektronien muodossa varastosta paikkaan, jossa sitä voidaan helposti käyttää. Nikotiiniamidiadeniinidinukleotidi (NAD+) on yleinen vaihe tämän prosessin lopussa. “+” Edustaa positiivista varausta, jonka avulla se voi helposti hyväksyä elektroneja ja tulla pelkistyneeksi muotoksi nimeltä NADH.
NADH: n elektronien energiaa käytetään kemioosmoosiksi kutsutun prosessin käynnistämiseen. Kemiosmoosi keskittää elektronien energian potentiaaliseksi energiaksi siirtämällä vetyioneja – protoneja – kalvon poikki. Tämä liike luo energiagradientin kalvon poikki toiselle puolelle kertyneen positiivisen varauksen ansiosta. Tätä energiagradienttia kutsutaan protonivoimavoimaksi. Tässä vaiheessa voi tapahtua viimeinen ja yleismaailmallinen hapetusfosforylaation vaihe.
ATP -syntaasi on entsyymi, joka viime kädessä vastaa ADP: n muuttamisesta ATP: ksi. Osa proteiinista on upotettu kalvoon, jonka läpi protonit on ajettu. ATP-syntaasi tarjoaa reitin, jonka kautta protonit voivat palata soluun, mutta hyödyntää sen aikana syntyvää energiaa. Tämä toiminto muistuttaa tapaa, jolla tuulimyllyt hyödyntävät paine- ja vesipyörien eroja painovoiman aiheuttamien potentiaalienergian muutosten hyödyntämisessä. Protonin liikettä takaisin kalvon poikki käytetään entsyymin muodon muuttamiseen. Jos ADP -molekyyli on jo sitoutunut ATP -syntaasiin tämän tapahtuman sattuessa, muutos tuo siihen lisää fosforiatomia. Äskettäin tuotetun ATP -molekyylin annetaan poistua entsyymistä ja vapauttaa energiaa muualla solussa.