Fosforilasi oksidatif
Rantai transpor elektron prokariotik

Informasi lebih lanjut: Metabolisme mikroba
Berbeda dengan banyaknya kemiripan dalam struktur dan fungsi rantai transpor elektron pada eukariota, bakteri dan arkaea memiliki banyak jenis enzim transfer elektron yang sangat bervariasi. Enzim-enzim yang bervariasi ini pula menggunakan senyawa kimia yang bervaruasi sebagai substrat. Walau demikian, terdapat kesamaan dengan rantai transpor elektron eukarita, yaitu transpor elektron prokariotik juga menggunakan energi yang dilepaskan dari oksidasi substrat untuk memompa ion keluar masuk membran dan menghasilkan gradien elektrokimia. Fosforilasi oksidatif bakteri, utamanya bakteri Escherichia coli telah dipahami secara mendetail, manakala pada arkaea, hal ini masih belum dipahami dengan baik.
Perbedaan utama antara fosforilasi eukariotik dengan fosforilasi oksidatif prokariotik adalah bahwa bakteri dan arkaea menggunakan banyak senyawa-senyawa yang berbeda untuk menerima dan mendonor elektron. Hal ini sebenarnya mengizinkan prokariota untuk hidup dan tumbuh dalam berbagai jenis kondisi dan lingkungan. Pada E. coli, sebagai contohnya, fosforilasi oksidatif dapat didorong oleh sejumlah besar pasangan reduktor dan oksidator (lihat tabel di bawah). Potensial titik tengah suatu senyawa kimia mengukur seberapa banyak energi yang dilepaskan ketika ia dioksidasi maupun direduksi, dengan reduktor memiliki potensial negatif dan oksidator positif.
| Enzim pernapasen | Pasangan redoks |  Potensial titik tengah  (Volt) |
| --- | --- | --- |
|  Format dehidrogenase | Bikarbonat / Format | −0,43 |
|  Hidrogenase | Proton / Hidrogen | −0,42 |
|  NADH dehidrogenase | NAD+ / NADH | −0,32 |
|  Gliserol-3-fosfat dehidrogenase | DHAP / Gly-3-P | −0,19 |
|  Piruvat oksidase |  Asetat + Karbon dioksida / Piruvat   |  ? |
|  Laktat dehidrogenase | Piruvat / Laktat | −0,19 |
|  Asam D-amino dehidrogenase |  2-oksoasam + amonia / Asam D-amino   |  ? |
|  Glukosa dehidrogenase | Glukonat / Glukosa | −0,14 |
|  Suksinat dehidrogenase | Fumarat / Suksinat | +0,03 |
|  Ubikuinol oksidase | Oksigen / Air | +0,82 |
|  Nitrat reduktase | Nitrat / Nitrit | +0,42 |
|  Nitrit reduktase | Nitrit / Amonia | +0,36 |
|  Dimetil sulfoksida reduktase | DMSO / DMS | +0,16 |
|  Trimetilamina N-oksida reduktase | TMAO / TMA | +0,13 |
|  Fumarat reduktase | Fumarat / Suksinat | +0,03 |
Sebagaimana yang ditunjukkan oleh tabel di atas, E. coli dapat tumbuh dengan menggunakan reduktor seperti format, hidrogen, ataupun laktat sebagai donor elektron dan nitrat, DMSO, ataupun oksigen akseptor. Semakin besar perbedaan potensial titik tengah antra reduktor dan oksidator, semakin banyak pula energi yang dilepaskan ketika bereaksi. Dari seluruh pasangan senyawa ini, pasangan suksinat/fumarat tidak lazim karena potensial titik tengahnya mendekati nol. Suksinat oleh karenanya dapat dkoksidasi menjadi fumarat apabila terdapat oksidator kuat seperti oksigen dan fumarat dapat direduksi menjadi suksinat menggunakan reduktor kuat seperti format. Reaksi alternatif ini dikatalisis oleh suksinat dehidrogenase untuk oksidasi suksinat dan fumarat reduktase untuk reduksi fumarat.
Beberapa prokariota menggunakan pasangan redoks yang hanya memiliki perbedaan potensial titik tengah yang kecil. Sebagai contohnya, bakteri yang melakukan nitrifikasi seperti Nitrobakter mengoksidasi nitrit menjadi nitrat dan mendonarkan elektron ke oksigen. Sejumlah kecil energi yang dilepaskan oleh reaksi ini cukup untuk memompa proton dan menghasilkan ATP, namun tidak cukup untuk menghasilkan NADH ataupun NADPH secara langsung untuk digunakan dalam anabolisme. Permasalahan ini diselesaikan dengan menggunakan nitrit oksidoreduktase untuk menghasilkan gaya gerak proton yang cukup untuk menjalankan sebagai rantai transpor elektron secara terbalik, menyebabkan kompleks I memproduksi NADH.
Prokariota mengontrol penggunaan donor dan akseptor elektron ini dengan memproduksi enzim tertentu sesuai dengan kondisi lingkungan. Fleksibilitas ini dimungkinkan karena oksidase dan reduktase yang berbeda menggunakan kolam ubikuinon yang sama. Ini mengizinkan banyak kombinasi enzim untuk bekerja secara bersamaan, yang saling terhubung oleh zat antara ubikuinol.
Selain beranekaragamnya lintasan metabolisme ini, prokariota juga memiliki sejumlah besar isozim, yaitu enzim-enzim berbeda yang mengkatalisis reaksi yang sama. Sebagai contohnya, E. coli memiliki dua jenis ubikuinol oksidase yang berbeda. Di bawah kondisi aerob, sel menggunakan oksidase yang berafinitas rendah terhadap oksigen yang dapat mentranspor dua proton per elektron. Namun, apabila kadar oksigen menurun, sel akan menggunakan oksidase yang hanya mentransfer satu proton per elektron namun berafinitas tinggi terhadap oksigen.