Молекулы НАДН и ФАДН2, образуемые в реакциях окисления углеводов, жирных кислот, спиртов и аминокислот, далее поступают в митохондрии, где ферментами дыхательной цепи (цепи переноса электронов) осуществляется процесс окислительного фосфорилирования.
Окислительное фосфорилирование — это многоэтапный процесс, происходящий во внутренней мембране митохондрий и заключающийся в окислении восстановленных эквивалентов (НАДН и ФАДН2) ферментами дыхательной цепи и сопровождающийся синтезом АТФ.
Впервые в 1961 году механизм окислительного фосфорилирования был предложен Питером Митчеллом в виде хемиосмотической теории. Согласно этой гипотезе перенос электронов, происходящий на внутренней митохондриальной мембране, сопровождается переносом ионов Н+ из матрикса митохондрий в межмембранное пространство (протонный насос), что создаёт трансмембранный градиент концентрации ионов Н+ между цитозолем и замкнутым внутримитохондриальным пространством. Ионы водорода в норме способны возвращаться в матрикс митохондрий только одним способом — через специальный фермент, образующий АТФ — АТФ-синтазу.
По современным представлениям внутренняя митохондриальная мембрана содержит ряд мультиферментных комплексов, включающих множество ферментов. Эти ферменты называют дыхательными ферментами, а последовательность их расположения в мембране — цепью тканевого дыхания или цепью переноса электронов (англ. electron transport chain).
