ATP収量

細胞呼吸では、グルコース1分子あたり30〜32個のATP分子が生成されます。このATPの大部分は酸化的リン酸化と電子伝達系（ETC）によるものですが、あらかじめ4個のATPが得られています（解糖系から2個、クエン酸回路から2個）。

ETCはミトコンドリアの内膜にあり、4つの主要なタンパク質複合体とATP合成酵素から構成されています。NADHとFADH₂はこれらの複合体に電子を渡し、複合体はプロトンを膜間に送り込みます。このプロトンの分配により、膜の上に濃度勾配が生じます。この濃度勾配によって、プロトンがATP合成酵素を介してミトコンドリアマトリックスに戻ってきて、ATPが生成されます。

NADHが複合体Iに2個の入力電子を渡すごとに、複合体IとIIIがそれぞれ4個のプロトンを、複合体IVが2個のプロトンを、合計10個のプロトンを送り出します。複合体IIは、NADHによって開始される電子伝達系には関与しません。しかし、FADH₂は複合体IIに2個の電子を渡すので、FADH₂1個あたり、複合体IIIを介して4個、複合体IVを介して2個、合計6個のプロトンが送り出されることになります。

1分子のATPを合成するのに4つのプロトンが必要です。NADH の場合、1分子に対して10個のプロトンが送り込まれるので、NADH1分子あたりで2.5(10/4)分子のATPが得られます。一方FADH₂の場合、1個に対して6個のプロトンが送り込まれるので、FADH₂1分子あたり1.5(6/4)個のATPが得られます。

細胞呼吸では、グルコース1分子あたり最大10個のNADHと2個のFADH₂が生成されます。1個のNADHで2.5個のATP、1個のFADH₂で1.5個のATPが生成されるので、酸化的リン酸化によって25個のATP+3個のATPが生成されることになります。酸化的リン酸化の前に4つのATPが生成されるので、グルコース1分子あたり最大32分子のATPが得られます。

重要なことは、解糖は細胞質で行われ、ETCはミトコンドリアにあるということです（真核生物の場合）。ミトコンドリアの膜はNADHに対して透過性がないため、解糖で生成された2個のNADHの電子をミトコンドリア内にシャトルする必要があります。ミトコンドリア内では、電子はNAD⁺やFADに渡されます。電子伝達体によってATPの収量が異なることを考えると、細胞呼吸の総収量はグルコース1分子あたり30〜32ATPとなります。