์ธํฌํธํก(cellular respiration)์ ๋ง์ง๋ง ๋จ๊ณ๋ ์ฐํ์ ์ธ์ฐํ(oxidative phosphorylation)์ธ๋ฐ, ์ด๋ (1) ์ ์์ ๋ฌ๊ณ(electron transport chain)์ (2) ํํ์ผํฌ(chemiosmosis)๋ก ๊ตฌ์ฑ๋ฉ๋๋ค.
์ ์์ ๋ฌ๊ณ๋ ์งํต์ธํฌ(eukaryotic cell)์ ๋ฏธํ ์ฝ๋๋ฆฌ์ ๋ด๋ง๊ณผ ์ํต์ธํฌ(prokaryotic cell)์ ์ํ์ง๋ง(plasma membrane)์ ์๋ ๋จ๋ฐฑ์ง๊ณผ ๊ธฐํ ์ ๊ธฐ ๋ถ์๋ก ๊ตฌ์ฑ๋์ด ์์ต๋๋ค. ์ ์์ ๋ฌ๊ณ๋ ๋ ๊ฐ์ง ์ฃผ์ ๊ธฐ๋ฅ์ ํฉ๋๋ค. ํ๋๋ ํํ์ผํฌ ์ค ATP๋ฅผ ์์ฑํ๋ ๋ฐ ์ด์ฉ๋๋ ์์ฑ์ ๊ตฌ๋ฐฐ(proton gradient)๋ฅผ ์์ฑํ๋ ๊ฒ์ด๊ณ , ๋ค๋ฅธ ํ๋๋ ํด๋น๊ณผ์ (glycolysis)๊ณผ ์ํธ๋ฅด์ฐํ๋ก(citric acid cycle)์ ์ฌ์ฉ๋๋ ์ ์์ด๋ฐ์ฒด(electron carrier; ์: NAD+์ FAD)๋ฅผ ์์ฑํ๋ ๊ฒ์ ๋๋ค.
์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ์ ์์ ๋ฌ๊ณ์ ๋ถ์๋ ๋ค ๊ฐ์ ๋ณตํฉ์ฒด(I, II, III, IV)๋ก ๊ตฌ์ฑ๋ฉ๋๋ค. ๋ถ์๋ ์ฌ๋ฌ ๋ฒ์ ์ฐํํ์๋ฐ์(redox reaction)์ ํตํด ์๋ก์๊ฒ ์ ์๋ฅผ ์ ๋ฌํ๋๋ฐ, ์ด๋ ์ฐํํ์๋ฐ์์ ์ ์์ ๋ฌ๊ณ๋ฅผ ํตํด ์ ์๋ฅผ ๋์ ์๋์ง ๋ ๋ฒจ์์ ๋ฎ์ ์๋์ง ๋ ๋ฒจ๋ก ์ฎ๊น๋๋ค. ์ด๋ฐ ๋ฐ์์ ๋ณตํฉ์ฒด๊ฐ ๋ด๋ง์ ๊ฐ๋ก์ง๋ฌ(์ฆ ๊ธฐ์ง(matrix)์์ ๋ง๊ฐ๊ณต๊ฐ(intermembrane space)์ผ๋ก) H+๋ฅผ ํํ์งํ๋ ๋ฐ ์ฌ์ฉํ๋ ์๋์ง๋ฅผ ๋ฐฉ์ถํฉ๋๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ์ด๋ ๋ด๋ง ์ ์ฒด์ ์์ฑ์ ๊ตฌ๋ฐฐ๋ฅผ ํ์ฑํฉ๋๋ค.
NADH์ FADH2๋ ์ด์ ์ธํฌํธํก ๋จ๊ณ์์ ์์ฑ๋์ด ์ด๋ฏธ ํ์๋ ์ํ์ ์ ์์ด๋ฐ์ฒด์ ๋๋ค. NADH๋ ๋ฐฉ์ถ๋ ์๋์ง๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์์ฑ์๋ฅผ ๋ง๊ฐ ๊ณต๊ฐ์ผ๋ก ํํ์งํ๋ ๋ณตํฉ์ฒดI์ ์ง์ ์ ์๋ฅผ ์ ๋ฌํ ์ ์์ต๋๋ค. FADH2๋ ์ ์๋ฅผ ๋ณตํฉ์ฒดII์ ์ ๋ฌํ์ง๋ง, ์ด ๋ณตํฉ์ฒด๋ ๋ณตํฉ์ฒด ์ค ์ ์ผํ๊ฒ ์์ฑ์๋ฅผ ๋ง๊ฐ ๊ณต๊ฐ์ผ๋ก ํํ์งํ์ง ์์ต๋๋ค. ๋ฐ๋ผ์ FADH2๋ NADH๋ณด๋ค ์์ฑ์ ๊ตฌ๋ฐฐ์ ๋ ๊ธฐ์ฌํฉ๋๋ค. ์ดํ NADH์ FADH2๋ ๊ฐ๊ฐ ์ ์์ด๋ฐ์ฒด์ธ NAD+์ FAD๋ก ๋ณํ๋ฉ๋๋ค.
NADH์ FADH2 ๋ชจ๋ ์ ์๋ฅผ ๋ณตํฉ์ฒดIII์ ์ ๋ฌํ๋ ์ด๋ ์ ์์ด๋ฐ์ฒด(mobile electron carrier)์ธ ์ ๋นํด๋ ผ(ubiquinone)์ ์ ์๋ฅผ ์ ๋ฌํฉ๋๋ค. ๊ฑฐ๊ธฐ์๋ถํฐ ์ ์๋ ์ด๋ ์ ์์ด๋ฐ์ฒด ์ํ ํฌ๋กฌc (cytochrome c, ์ค์ฌ์ cyt c)๋ก ์ ๋ฌ๋ฉ๋๋ค. cyt c๋ ์ ์๋ฅผ ๋ณตํฉ์ฒดIV์ ๋ณด๋ด๊ณ , ๋ณตํฉ์ฒดIV๋ ์ ์๋ฅผ O2์ ์ ๋ฌํฉ๋๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ฉด ์ฐ์๋ ๋ถํดํ์ฌ 2๊ฐ์ ์ฐ์ ์์๋ฅผ ํ์ฑํ๊ณ , ๊ฐ๊ฐ 2๊ฐ์ ์์ฑ์๋ฅผ ์์ฉํ์ฌ ๋ฌผ์ ํ์ฑํฉ๋๋ค.