Energie (FBLT)
Výhodou použití kyslíku jako finálního akceptoru elektronů je množství energie, které se následně nabízí k dispozici. Také velký nárůst redukčního potenciálu mezi NADH (či FADH2) a kyslíkem a jemu odpovídající změna volné energie (ΔG) se nepromrhá. Použije se na pumpování protonů (H+) z matrix mitochondrie do mezimembránového prostoru.
Tok elektronů přes Komplexy I, III a IV je spojený s přečerpáním určitého množství protonů na jeden pár elektronů. Komplex II žádné protony nepřenáší. Protože je vnitřní mitochondriální membrána vysoce nepropustná pro protony, dochází na ní k tvorbě protonového gradientu (množství protonů je větší v mezimembránovém prostoru než v matrix). Vyšší koncentrace protonů znamená nižší pH a pozitivní elektrický potenciál. Mezimembránový prostor má proto kyselejší prostředí a je pozitivně nabitý vůči matrix. Membránový potenciál mitochondrie je obvykle vyjádřen jako napětí.
V mitochondrii se energie protonového gradientu na vnitřní membráně použije na výrobu jiného druhu energie – chemické energie uložené v molekulách ATP.
Syntéza ATP je katalyzována enzymem F1·F0-ATP syntáza. F0 podjednotka tvoří kanál přes vnitřní membránu mitochondrie, a umožňuje tak návrat protonů z mezimembránového prostoru zpět do matrix. Tok protonů po elektrochemickém gradientu se využívá k otáčení části enzymu. Rotace je následně přenášena na centrální osu (stopku) F1 podjednotky enzymu, která tlačí na vnější podjednotky. Ty jsou drženy nehybným spojením s periferní stopkou (osou), a tím je na nich poháněna fosforylace ADP na ATP. Podjednotka F1 má tři místa syntézy ATP, tudíž jedna kompletní otočka umožní tvorbu tří molekul ATP.
Specifický přenašeč (ANT – adenine nucleotide translocator) následně přenáší nově nasyntetizované molekuly ATP výměnou za ADP ven z matrix do cytoplazmy.
