ATP synthase
Механизм окислительного фосфорилирования основан на использовании реакций, в ходе которых энергия высвобождается (экзергонических), для проведения реакций, которые протекают с затратой энергии (эндергонических). Переход электронов по электрон-транспортной цепи от доноров электронов (например, НАДН) к акцепторам (например, кислороду) является экзергоническим процессом: в ходе него выделяется энергия. Напротив, синтез АТФ — эндергонический процесс, для него необходим приток энергии. Белковые комплексы ЭТЦ и АТФ-синтаза располагаются в мембране, и энергия переносится от ЭТЦ к АТФ-синтазе опосредованно благодаря переносу протонов через мембрану в ходе хемиосмоса. По сути, этот механизм напоминает электрическую цепь, в которой протоны переносятся с отрицательно заряженной стороны мембраны (N-сторона) на положительно заряженную под действием ферментов ЭТЦ, выполняющих роль источника тока и функционирующих как протонные помпы, а АТФ-синтаза выполняет роль полезной нагрузки в цепи. Ферменты ЭТЦ могут быть образно описаны как батарейка, поддерживающая электрический ток в цепи и вращающая моторчик АТФ-синтазы, штампующий молекулы АТФ. Перекачка протонов через мембрану создаёт электрохимический градиент, который часто также называют "протонодвижущей силой". Этот градиент слагается из двух составляющих: разницы в концентрации протонов (Н+-градиент, ΔpH) и разности электрических потенциалов, причём N-сторона заряжена отрицательно.