Tijdens cellulaire ademhaling resulteert de volledige afbraak van één molecuul glucose in de vorming van maximaal 36-38 moleculen adenosinetrifosfaat (ATP). Dit proces vindt plaats in drie hoofdfasen:glycolyse, de Krebs-cyclus (citroenzuur) en oxidatieve fosforylering. Hier is een overzicht van de ATP-opbrengst in elke fase:

1. Glycolyse (in het cytoplasma):

- Glucose wordt afgebroken tot twee pyruvaatmoleculen.

- Elk pyruvaat ondergaat een reeks enzymatische reacties om Acetyl CoA te vormen.

- Tijdens dit proces worden 2 moleculen ATP (netto winst) en 2 moleculen NADH (gereduceerde vorm van nicotinamide-adenine-dinucleotide) geproduceerd.

2. Krebs-cyclus (in de mitochondriale matrix):

- Elke Acetyl CoA komt in de Krebs-cyclus terecht, een reeks chemische reacties die het verder oxideren.

- Voor elke Acetyl CoA genereert de Krebs-cyclus 3 moleculen NADH, 2 moleculen FADH2 (gereduceerde vorm van flavine-adenine-dinucleotide) en 1 molecuul ATP (fosforylering op substraatniveau).

3. Oxidatieve fosforylering (in het binnenste mitochondriale membraan):

- De hoogenergetische elektronen die door NADH en FADH2 worden gedragen, worden doorgegeven langs de elektronentransportketen, een reeks eiwitcomplexen.

- Dit proces genereert een protongradiënt over het binnenste mitochondriale membraan, die de synthese van ATP via ATP-synthase aanstuurt (ook bekend als het chemiosmotische mechanisme).

- Voor elk paar elektronen dat via de elektronentransportketen wordt overgedragen, worden 2-3 moleculen ATP geproduceerd (schattingen variëren afhankelijk van de specifieke route en het organisme).

Rekening houdend met de ATP die in elke fase wordt gegenereerd:

- Glycolyse:2 ATP (netto winst)

- Krebs-cyclus:1 ATP + 3 NADH + 2 FADH2 (per Acetyl CoA)

- Oxidatieve fosforylering:ongeveer 30-32 ATP (per overgedragen elektronenpaar)

Uitgaande van de volledige oxidatie van één molecuul glucose via glycolyse en de Krebs-cyclus, en rekening houdend met het ATP dat wordt gegenereerd door oxidatieve fosforylering, bedraagt ​​de maximale theoretische opbrengst 36-38 ATP-moleculen voor elk glucosemolecuul. Dit vertegenwoordigt de maximale energie die kan worden gewonnen en opgeslagen in de vorm van ATP tijdens cellulaire ademhaling.

Het is belangrijk op te merken dat een deel van ATP wordt gebruikt in de eerste stappen van de glycolyse, en dat een kleine hoeveelheid verloren kan gaan als gevolg van inefficiënties in de elektronentransportketen. Het algehele proces is echter zeer efficiënt in het extraheren van energie uit glucose en het omzetten ervan in ATP, de ‘energievaluta’ van de cel.