呼吸作用

在糖解作用中，一分子葡萄糖经过一系列反应，最终生成了两分子的丙酮酸（CH₃COCOOH），以及两分子ATP。此反應在細胞質中進行，並不需氧氣參與。糖解作用又可粗略分為兩階段，第一階段是葡萄糖轉變成3-磷酸甘油醛，過程中消耗了2分子ATP，此為投資階段。第二階段是甘油醛三磷酸轉變成丙酮酸，過程中產生了4分子ATP和兩分子NADH，是為放能階段，最後反應淨得2分子ATP和2分子NADH。

${\displaystyle \mathrm {Glucose+2\ NAD^{+}+2\ ADP+2\ P_{i}\longrightarrow } }$ ${\displaystyle \mathrm {2\ Pyruvate+2\ NADH+2\mathbb {H} ^{+}+2\ ATP+2\ H_{2}O} }$[3]

在这一过程中，一分子的丙酮酸（CH₃COCOOH）脱去一个羧基，生成一分子的二氧化碳和一分子的乙酰辅酶A。

${\displaystyle \mathrm {2\ Pyruvate+2\ NAD^{+}+2\ CoA\longrightarrow } }$ ${\displaystyle \mathrm {2\ Acetyl{\text{-}}CoA+2\ CO_{2}+2\ NADH+2\ H^{+}} }$

二碳的乙酰辅酶A与四碳的草酰乙酸结合，生成了六碳的柠檬酸。柠檬酸经过一系列脱羧和脱氢的酶促反应，最终仍变成四碳的草酰乙酸。草酰乙酸不被消耗，仅仅用于生成中间产物而已。

${\displaystyle \mathrm {2\ Acetyl{\text{-}}CoA+6\ NAD^{+}+2\ FAD+2\ GDP+2\ P_{i}+4\ H_{2}O\longrightarrow } }$ ${\displaystyle \mathrm {4\ CO_{2}+6\ NADH+6\ H^{+}+2\ FADH_{2}+2\ GTP+2\ CoA} }$[3]

经过上述的分解过程，产生的能量只是很少的一部分，还有大量能量随着分解过程被转移到几种辅酶所携带的质子也就是还原性氢上。这些携带还原性氢的辅酶在细胞线粒体内膜上经过一系列被称做电子传递链的酶，将氢经过不同的细胞色素最终传递给氧原子生成水分子。

線粒體穿梭

電子傳遞鏈是细胞线粒体内膜上一系列通道蛋白和酶的总称，在某些原核细胞中，细胞以细胞质膜内褶完成类似的活动。 電子傳遞鏈的实质是将高能电子经过一系列受体传递，电位逐渐降低，最后与质子和氧原子结合生成水。化学渗透假说较好的解释了ATP合成：电子通过线粒体内膜被传递的同时，导致了膜内外的电势差，引起质子的穿膜移动推动ATP合成酶合成ATP，这一过程通过内膜上的通道蛋白和一个ADP磷酸化的过程耦联，当电子被传递，可以导致生成ATP，这一过程被称为氧化磷酸化。

${\displaystyle \mathrm {10\ NADH+10\ H^{+}+2\ FADH_{2}+26\ ADP+26\ P_{i}+6\ O_{2}\longrightarrow } }$ ${\displaystyle \mathrm {10\ NAD^{+}+2\ FAD+12\ H_{2}O+26\ ATP} }$

某些细菌（例如：放線菌）電子傳遞鏈最終的電子接受者並非氧氣，而是硝酸根或硫酸根之类的氧化態物質，以氧化磷酸化合成ATP。因發酵作用也沒有氧氣參與，在台灣國中與高一基礎生物的教科書中，皆將無氧呼吸與發酵作用混為一談。

細胞行無氧呼吸的其中一條路徑，丙酮酸（CH₃COCOOH）在脱羧过程后不生成乙酰辅酶A，而是生成乙醛，乙醛接受还原性氢被还原为酒精。在該過程中，糖酵解將一分子的葡萄糖分解成兩分子的丙酮酸，丙酮酸在酶的作用下釋放出二氧化碳後轉變成乙醛，乙醛再被NADH還原成乙醇（酒精）。

這裡的NAD⁺之再生可供應糖酵解作用所需。

過程：

1. C₆H₁₂O₆（葡萄糖） + 2 NAD⁺ → 2 CH₃COCOOH（丙酮酸） + 2 NADH + 2 ATP + 2 H⁺
2. 2CH₃COCOOH（丙酮酸） → 2 CO₂ + 2 CH₃CHO（乙醛）
3. 2CH₃CHO（乙醛） + 2 NADH + 2 H⁺ → 2 C₂H₅OH（乙醇） + 2 NAD⁺

一些生物的呼吸过程，典型的是我们熟知的乳酸菌，是細胞行無氧呼吸的另一條路徑。在乳酸发酵中，丙酮酸直接生成乳酸，这是一个被還原的过程，同時間使NADH被氧化為NAD⁺，這樣糖解作用才有材料進行。人体内也存在这一过程，剧烈运动时肌肉供氧不足，便会通过这一过程還原作用所需材料，再透過糖解得到持續的能量，生成的乳酸可以在人体里短時間累积，等到又有氧气了，乳酸会被再次转化为丙酮酸盐，然后通过有氧的方式释放出全部的能量。

過程：

1. C₆H₁₂O₆（葡萄糖） + 2 NAD⁺ → 2 CH₃COCOOH（丙酮酸） + 2 NADH + 2 ATP + 2 H⁺
2. 2 CH₃COCOOH（丙酮酸） + 2 NADH + 2 H⁺ → 2 CH₃CHOHCOOH（乳酸） + 2 NAD⁺

過程中，糖酵解將一分子的葡萄糖分解成兩分子的丙酮酸，丙酮酸直接被NADH還原形成乳酸鹽（lactate）暫存，而沒有二氧化碳釋出。

脂類物質水解生成脂肪酸和甘油。其中，甘油經磷酸基的活化和酶促反應轉化為磷酸二羥丙酮，後脫水變為丙酮酸，丙酮酸參加上述的呼吸過程。脂肪酸長鏈分子則是反覆被脫去一端的兩個碳原子生成乙醘輔酶A，參加克氏循環。

各種氨基酸可以分別經過脫氨基或脫羧基作用被氧化，脫氨基生成的氨對細胞有毒害作用，必須被排出體外或轉化為其他無害物質。含碳部分的轉化根據氨基酸的不同而各異，但最終都是通過某些途徑成為檸檬酸循環中的物質參與循環。 可見，各種營養物質的氧化路線到最後都是相同的。生物體內的諸多能量代謝具有相當高的一致性。