細胞呼吸
酵素による約25の反応がこの代謝には関わっており、グルコースの持つエネルギーの有効利用に役立っている。グルコースの酸化反応(C6H12O6+ 6O2 (g) → 6CO2 (g) + 6H2O (l))における標準反応ギブズ自由エネルギー(ΔG ́°)は–2873.4 kJ/molであるのに対し、ATPの加水分解反応(ATP + H2O → ADP + Pi, pMg = 3)ではΔG ́° = –31.56 kJ/molであり、38 ATPの生成により約41.7%の効率でグルコースの自由エネルギーを変換していることになる。
ただし、近年の測定結果や理論面からは、グルコース1分子から38当量のATPが合成されるとする解釈は支持されていない。以下問題点を列挙すると:
心筋や肝臓などの細胞では、解糖系で合成されたNADHはリンゴ酸アスパラギン酸シャトル(Glu/Aspシャトル)を通じてミトコンドリア内での当量のNADH合成に利用されるが、通常の細胞では、NADHはグリセロリン酸シャトル(αGPシャトル)を通じてミトコンドリア内での当量のFADH2合成に利用される。そのため最終的に合成されるATPが2当量少なくなる。
電子伝達系(4種類の呼吸鎖複合体による3段階の酸化還元反応が関与する) 10 NADH + 10 H + + 2 FADH 2 + 6 O 2 ⟶ 10 NAD + + 2 FAD + 12 H 2 O {\displaystyle {\ce {10NADH + 10H+ {+}2FADH2 + 6O2 -> 10NAD+ + 2FAD + 12H2O}}} ATP合成酵素によるATP合成反応 (10 NADH由来): 30 ADP + 30 Pi ⟶ 30 ATP {\displaystyle {\ce {30ADP + 30Pi -> 30ATP}}} (2 FADH2由来): 4 ADP + 4 Pi ⟶ 4 ATP {\displaystyle {\ce {4ADP + 4Pi -> 4ATP}}} NADHからは約3当量、FADH2からは約2当量のATPが合成されるとされてきた。
以上の反応をすべてまとめると
グルコース ( C 6 H 12 O 6 ) + 6 O 2 + 38 ADP + 38 Pi ⟶ 6 CO 2 + 6 H 2 O + 38 ATP {\displaystyle {\ce {(C6H12O6) + 6O2 + 38ADP + 38Pi -> 6CO2 + 6H2O + 38ATP}}}
この式は高校生物で学習する呼吸の収支式と呼ばれる。