Hô hấp tế bào
Hiệu suất tổng hợp ATP

| Bước | coenzyme tạo ra | ATP tạo ra | Nguồn ATP |
| --- | --- | --- | --- |
| Pha chuẩn bị cho đường phân |  | −2 | Phosphoryl hóa glucose và fructose 6-phosphate sử dụng 2 ATP từ bào tương |
| Pha thu hồi năng lượng |  | 4 | Phosphoryl hóa mức cơ chất |
| Pha thu hồi năng lượng | 2 NADH | 3 hoặc 5 | Phosphoryl hóa oxy hóa: Mỗi NADH tạo ra 1.5 ATP thực (khác với bình thường là 2.5), lý do là năng lượng tiêu tốn vận chuyển NADH qua màng ty thể |
| Khử carboxyl oxy hóa pyuvate | 2 NADH | 5 | Phosphoryl hóa oxy hóa |
| Chu trình Krebs |  | 2 | Phosphoryl hóa mức cơ chất |
| Chu trình Krebs | 6 NADH | 15 | Phosphoryl hóa oxy hóa |
| Chu trình Krebs | 2 FADH2 | 3 | Phosphoryl hóa oxy hóa |
| Tổng thu | Tổng thu | 30 hoặc 32 ATP | Từ quá trình oxy hóa hoàn toàn của một phân tử glucose đến carbon dioxide và quá trình oxy hóa của tất cả các coenzym dạng khử. |
Mặc dù theo lý thuyết thì mỗi phân tử glucose có thể tạo ra 38 phân tử ATP trong quá trình hô hấp tế bào, nhưng con số này thường ít hơn trên thực tế do tổn thất năng lượng như chi phí vận chuyển pyruvate (từ đường phân), phosphate và ADP (chất tổng hợp ATP) vào ty thể. Tất cả đều được vận chuyển chủ động bằng các chất mang sử dụng năng lượng được lưu trữ trong gradient điện hóa proton.
Pyruvate được vận chuyển bởi một chất mang đặc hiệu, chỉ số Km thấp giúp đưa nó vào chất nền ty thể để oxy hóa bởi phức hợp pyruvate dehydrogenase.
Chất mang phosphat (PiC) vận chuyển đối cảng (hai chất sẽ vận chuyển ngược chiều nhau) phosphate (H2PO4−; Pi) và OH− hoặc vận chuyển đồng cảng (hai chất sẽ vận chuyển cùng chiều nhau) phosphat và proton (H +) vào màng trong, và động lực để vận chuyển các ion phosphat vào ty thể là lực đẩy proton. Hai quá trình vận chuyển trên là trung hòa về điện
ATP-ADP translocase (còn được gọi là adenine nucleotide translocase, ANT) là một chất mang vận chuyển đối cảng và vận chuyển ADP và ATP ở màng trong ty thể. Động lực là do ATP (−4) có điện tích âm hơn ADP (−3), và do đó nó làm mất một số thành phần điện của gradient điện hóa.
Kết quả của các quá trình vận chuyển bằng cách sử dụng gradient điện hóa proton là cần hơn 3 H+ (như trong lý thuyết) mới có thể tạo ra 1 ATP. Rõ ràng điều này làm giảm hiệu quả lý thuyết của toàn bộ quá trình và tối đa cũng chỉ có thể thu được 28-30 phân tử ATP. Trong thực tế, hiệu quả có thể thậm chí còn thấp hơn vì màng bên trong của ti thể còn "rò rỉ" một lượng nhỏ proton. Các yếu tố khác cũng có thể tác động vào gradient proton làm ti thể "rò rỉ" nhiều proton hơn. Một protein không kết cặp gọi là thermogenin được biểu hiện trong một số loại tế bào và là một kênh có thể vận chuyển proton. Khi protein này hoạt động ở màng trong ti thể, nó làm ngắt mạch nối giữa chuỗi vận chuyển electron và tổng hợp ATP. Thế năng từ gradient proton không được sử dụng để tạo ra ATP nhưng tạo ra nhiệt. Điều này đặc biệt quan trọng cho quá trình sinh nhiệt ở mô mỡ nâu của những động vật có vú sơ sinh hoặc ngủ đông.
Theo một số nguồn thông tin mới hơn, hiệu suất ATP trong hô hấp hiếu khí không phải là 36–38, mà chỉ có khoảng 30–32 phân tử ATP / 1 phân tử glucose , vì:
Tỷ lệ ATP: NADH+H+ và ATP: FADH2 trong quá trình phosphoryl hóa oxy hóa dường như không phải là 3 và 2, mà chỉ là 2,5 và 1,5 tương ứng. Không giống như trong quá trình phosphoryl hóa ở mức cơ chất, quá trình định lượng hóa học ở đây khó thiết lập
ATP synthase tạo ra 1 ATP / 3 H+. Tuy nhiên, việc trao đổi ATP chất nền cho ADP và Pi tế bào chất (vận chuyển đối cảng với OH− hoặc đồng cảng với H+) qua trung gian bởi ATP-ADP translocase và chất mang phosphate tiêu thụ 1 H + / 1 ATP, do đó tỷ lệ thực sự phải là 1 ATP: 4 H+.
1 NADH + H+ có thể chuyển 10 H+ (4 + 2 + 4) và 1 FADH2 có thể chuyển 6 H+ (2 + 4) qua màng trong chuỗi chuyền điện tử.
Vì vậy, định lượng hóa học cuối cùng là
1 NADH+H+: 10 H +: 10/4 ATP = NADH+H+: 2,5 ATP
1 FADH2: 6 H +: 6/4 ATP = 1 FADH2: 1,5 ATP
Tỷ lệ ATP: NADH+H+ trong đường phân trong quá trình phosphoryl hóa oxy hóa là
1,5, như với FADH2, nếu các nguyên tử hydro (2H++ 2e−) được chuyển từ tế bào NADH+H+ từ tế bào chất vào FAD ty thể bằng con thoi glycerol phosphate nằm ở màng trong ty thể.
2,5 nếu con thoi malate-aspartate chuyển các nguyên tử hydro từ NADH+H+ tế bào chất đến NAD+ của ty thể
Vì vậy, cuối cùng chúng ta có, mỗi phân tử glucose:
Phosphoryl hóa mức cơ chất: 2 ATP từ đường phân + 2 ATP (trực tiếp từ GTP) từ chu trình Krebs
Oxy hóa phosphoryl
2 NADH+H+ từ đường phân: 2 × 1.5 ATP (nếu dùng con thoi glycerol phosphate) hoặc 2 × 2.5 ATP (con thoi malate-aspartate)
2 NADH+H+ từ quá trình decarboxyl hóa oxy hóa của pyruvate và 6 từ chu kỳ Krebs: 8 × 2.5 ATP
2 FADH2 từ chu kỳ Krebs: 2 × 1,5 ATP
Tổng cộng tất cả cho 4 + 3 (hoặc 5) + 20 + 3 = 30 (hoặc 32) ATP trên mỗi phân tử glucose
Tổng lượng ATP trong quá trình lên men ethanol hoặc lên men lactic chỉ là 2 phân tử đến từ quá trình đường phân, vì pyruvate không được chuyển vào ty thể để oxy hóa thành carbon dioxide (CO2), mà bị khử thành ethanol hoặc axit lactic trong tế bào chất.