8.14: Wydajność ATP

Oddychanie komórkowe wytwarza 30 – 32 ATP na cząsteczkę glukozy. Chociaż większość ATP wynika z fosforylacji oksydacyjnej i łańcucha transportu elektronów (ETC), 4 ATP są uzyskiwane wcześniej (2 z glikolizy i 2 z cyklu kwasu cytrynowego).

ETC jest osadzony w wewnętrznej błonie mitochondrialnej i składa się z czterech głównych kompleksów białkowych i syntazy ATP. NADH i FADH₂ przekazują elektrony do tych kompleksów, które pompują protony do przestrzeni międzybłonowej. Taki rozkład protonów generuje gradient stężeń w poprzek membrany. Gradient napędza produkcję ATP, gdy protony wracają do macierzy mitochondrialnej za pośrednictwem syntazy ATP.

Na każde dwa elektrony, które NADH przechodzi przez kompleks I, pompowanych jest w sumie 10 protonów: kompleks I i kompleks III pompują po 4 protony, podczas gdy kompleks IV pompuje 2 protony. Kompleks II nie bierze udziału w łańcuchu elektronowym zainicjowanym przez NADH. FADH₂ natomiast przekazuje 2 elektrony do kompleksu II, więc w sumie na FADH₂ pompowanych jest 6 protonów (4 protony przez kompleks III i 2 protony przez kompleks IV).

Do syntezy 1 ATP potrzebne są cztery protony. Ponieważ na każdy NADH pompowanych jest 10 protonów, 1 NADH daje 2,5 (10/4) ATP. Na każdy FADH₂ pompowanych jest sześć protonów, więc 1 FADH₂ daje 1,5 (6/4) ATP.

Oddychanie komórkowe wytwarza maksymalnie 10 NADH i 2 FADH2 na cząsteczkę glukozy. Ponieważ pojedynczy NADH wytwarza 2,5 ATP, a pojedynczy FADH₂ wytwarza 1,5 ATP, 25 ATP + 3 ATP są wytwarzane przez fosforylację oksydacyjną. Cztery ATP są wytwarzane przed fosforylacją oksydacyjną, co daje maksymalnie 32 ATP na cząsteczkę glukozy.

Co ważne, glikoliza zachodzi w cytozolu, a ETC znajduje się w mitochondriach (u eukariontów). Błona mitochondrialna nie jest przepuszczalna dla NADH. W rezultacie elektrony 2 NADH, które są wytwarzane przez glikolizę, muszą być transportowane do mitochondriów. Po wejściu do mitochondrium elektrony mogą zostać przekazane do NAD ⁺ lub FAD. Biorąc pod uwagę różną wydajność ATP w zależności od nośnika elektronów, całkowita wydajność oddychania komórkowego wynosi od 30 do 32 ATP na cząsteczkę glukozy.