À la fin du cycle de Krebs, les coenzymes réduits NADH et FADH₂ produits renferment de l’énergie extraite de l’oxydation des substrats. Ils transmettent alors leurs électrons à la chaîne respiratoire, composée d’une série de complexes enzymatiques situés dans la membrane interne de la mitochondrie.
Ce transfert des électrons libère progressivement de l’énergie qui est utilisée pour pomper des protons (H⁺) depuis la matrice mitochondriale vers l’espace intermembranaire, créant ainsi un gradient électrochimique.
Les protons reviennent ensuite vers la matrice en passant à travers une enzyme spécialisée, l’ATP synthase. Ce flux de protons fournit de l’énergie qui est utilisée à la synthèse d’ATP à partir d’ADP et de phosphate inorganique.
Ce mécanisme de couplage entre l’oxydation des coenzymes et la phosphorylation de l’ADP constitue la phosphorylation oxydative , étape ultime de la respiration cellulaire aérobie et principale source d’ATP dans la cellule.
