酸素を用いて有機物を完全に分解し、ATP合成（エネルギーを取り出す過程）を呼吸と言います。細胞質基質で行われる解答系、ミトコンドリアで行われるクエン酸回路、そして電子伝達系の３つからなります。

呼吸全体の式

C₆H₁₂O₆＋6H₂O＋6O₂　→　6CO₂＋12H₂O＋38ATP

解糖系

細胞質基質で1分子のグルコースが２分子のピルビン酸に分解されます。この過程で2分子のATPと2分子のNADPが生じます。2分子のATPを消費してリン酸化が行われ、脱水素反応によって2NADH、脱リン酸化によって4ATPが合成されます。つまり、ATP2つとNADH2つを生産したことになります。

解糖系の式

C₆H₁₂O₆＋6NAD⁺　→　2C₃H₆O₃＋2NADH＋2H⁺＋2ATP

2分子のピルビン酸はミトコンドリアのマトリックスに入り、脱水素反応や脱炭素反応の作用をうけながら酸化され、8分子のNADH、2分子のFADH2と6分子の二酸化炭素に分解されます。この過程で2分子のATPが合成されます。この回路反応をクエン酸回路と言います。

クエン酸回路の式（グルコース1分子あたり）

2C₃H₄O₃＋6H₂O＋8NAD⁺＋2FAD　→　6CO₂＋8NADH＋8H⁺＋2FADH₂＋2ATP

解糖系やクエン酸回路で生じたNADHやFADH2は、ミトコンドリアの内膜（クリステ）で酸化されます。この一連の過程を酸化的リン酸化と言います。

この過程で、1分子のNADHあたり3分子のATPが、1分子のFADH2あたり2分子のATPが合成され、合計34分子のATPが合成されます。呼吸全体では34ATPが合成されます。

電子伝達系の式（グルコース1分子あたり）

10NADH＋10H⁺＋2FADH₂＋6O₂　→　10NAD⁺＋2FAD＋12H₂O＋34ATP

酸素を用いずに、有機物を酸化してATPを合成する過程を発酵と言います。発酵では、有機物の酸化が不十分であり、完全に無機物にまで酸化することができません。このため、ATPの合成効率が悪いです。乳酸が生成される発酵を乳酸発酵、エタノールが生成される発酵をアルコール発酵と言います。

乳酸発酵

乳酸菌が行います。筋肉や赤血球など動物細胞でも行われますが、この場合は解糖と言います。乳酸発酵では解糖系で生じたピルビン酸をNADHによって還元することで乳酸を生じます。このとき、NADHはNAD＋に戻るので、解糖系は継続して行われます。

乳酸発酵の式

酵母菌が行います。酸素が十分にある時は呼吸を、酸素が不足するとアルコール発酵を行います。アルコール発酵ではピルビン酸が脱炭素酵素の作用によって アセトアルデヒドになります。その後、NADHによって還元されてエタノールを生じます。

アルコール発酵の式