Oksüdatiivne fosforüülimine on keemiliste reaktsioonide kogum, mida kasutatakse adenosiintrifosfaadi (ATP) tootmiseks. Aeroobse hingamise oluline osa, see on võib-olla kõige põhilisem metaboolne operatsioon maa peal. Erinevat tüüpi organismidel on oksüdatiivse fosforüülimise korraldamiseks palju erinevaid viise, kuid lõpptulemus on alati sama: seeria järgmisest kuni viimase etapi energiat kasutatakse fosfori aatomi sidumiseks adenosiindifosfaadiga (ADP), muutes selle ATP-ks. . Selles reaktsioonis molekulile lisatud potentsiaalne energia on just see, mis teeb ATP-st rakus universaalselt kasuliku energiaallika.
Oksüdatiivse fosforüülimise viimase etapi juurde viimine hõlmab mitmeid redutseerimis-oksüdatsiooni- või redoksreaktsioone. Need reaktsioonid kannavad elektrone ühelt molekulilt teise, muutes seeläbi mõlema laengut. Seda toimingute kogumit nimetatakse elektronide transpordiahelaks, kuna see võimaldab rakul liigutada energiat elektronide kujul salvestusruumist kohta, kus seda saab hõlpsasti kasutada. Nikotiinamiidadeniindinukleotiid (NAD+) on tavaline samm selle protsessi lõpus. “+” tähistab positiivset laengut, mis võimaldab tal kergesti vastu võtta elektrone ja saada redutseeritud vormiks, mida nimetatakse NADH-ks.
NADH-s olevate elektronide energiat kasutatakse protsessi, mida nimetatakse kemosmoosiks, käivitamiseks. Kemiosmoos koondab elektronide energia potentsiaalseks energiaks, liigutades vesinikioone – prootoneid – läbi membraani. See liikumine loob energia gradiendi üle membraani ühel küljel akumuleerunud positiivse laengu tõttu. Seda energiagradienti nimetatakse prootoni-motiivijõuks. Sel hetkel võib toimuda oksüdatiivse fosforüülimise viimane ja universaalsem etapp.
ATP süntaas on ensüüm, mis vastutab ADP ATP-ks muutmise eest. Osa valgust on põimitud membraani, mille kaudu prootonid on juhitud. ATP süntaas pakub teed, mille kaudu prootonid saavad rakku uuesti siseneda, kuid kasutavad ära genereeritud energiat. See toiming sarnaneb sellele, kuidas tuuleveskid kasutavad rõhuerinevusi ja vesirattad kasutavad gravitatsioonist tulenevaid potentsiaalse energia muutusi. Prootoni liikumist tagasi läbi membraani kasutatakse ensüümi kuju muutmiseks. Kui ADP molekul on selle sündmuse toimumise ajal juba seotud ATP süntaasiga, sunnib muudatus sellele täiendava fosfori aatomi. Äsja toodetud ATP molekulil lastakse ensüümist lahkuda ja ta saab vabaks, et pakkuda energiat mujal rakus.