Posljednji stadijum aerobne respiracije se zove oksidativna fosforilacija i tu se energija za fosforilaciju ADP-a u ATP dobija preko aktivnosti lanca prenosa elektrona. U suštini, to je lanac reakcija oksidacije i redukcije u kojima jedinjenja koja se lako mogu reverzibilno oksidirati i reducirati prenose jedna na drugo elektrone. Da podsjetim na post iz serije postova o fotosintezi: oksidacija je svako gubljenje elektrona, a ne samo primanje kisika, dok je redukcija svako primanje elektrona. Također, dodavanje vodika je također redukcija (sjetimo se da NAD i FAD primanjem vodika postaju redukovana jedinjenja).

Oksidativna fosforilacija se dešava na unutrašnjoj membrani mitohondrija. Mitohondriji imaju naboranu membranu koja ovim organelama daje veliku površinu za odvijanje biohemijskih reakcija.

Reducirane forme NADH i FADH  predaju svoje vodik i to tako da se odvajaju kationi vodika (H+) i elektroni e-. Sjećate se – NADH i FADH su nastali u Krebsovom ciklusu.

Lanac prenosa elektrona
Sad nam je zanimljiva sudbina tog elektrona. On ide na protein koji je prvi u nizu lance prenosa elektrona. Svi ovi proteini u lancu su membranski proteini i to  – ne zaboravite – membranski proteini unutrašnje membrane mitohondrija. Ima ih nekoliko, a njihova struktura je zapravo takva da se elektroni prenose sa jednog na drugi prekog gradijenta energije.Elektroni si kreću sa mjesta veće energije na mjesto manje energije, a logika je slična kao za osmozu – čestice se kreću sa mjesta manje kocentracije na mjesto veće koncentracije, samo što ovdje nisu u pitanje koncentracije, nego energije. Dakle, sa česticama, pa i elektronima je kao i sa nama u gradskom prevozu – jednostavno nam je ući ako je prevoz praza nego ako je dupke pun: onda moramo uložiti energiju, guramo se, da bismo ušli.Dakle pri ovom prelasku elektrona sa jednog na drugi proteini respiratornig kompleksa membrane mitohondrija energija se ne troši, nego se oslobađa. Ovo je shema procesa:
 

Jedan dio proizvedene energije se koristi i za transfer protona H+ iz matriksa mitohondrija u prostor između vanjske i unutrašnje membrane mitohondrija tzv. intermembranski prostor. Na taj se način povećava koncentracija protona u intermembranskom prostoru i stvara gradijent protona. Zatim se ti protoni “izguravaju” u matriks mitohondrija, mjesto gdje ih je manje. Zapravo, to vam je kao da ste izašli iz prepunog busa. Kreću se kroz proteinske kanale, ali povezan sa ovim kanalima nalazi se i enzim ATP-sintaza. Kako protoni prolaze kroz ove kanale, ta energija gradijenta omogućava ATP-sintazi da proizvodi ATP iz ADP-a u procesu hemiosmoze.

Hemiosmoza se bazira na istom principu kao i osmoza, samo se ovdje ne radi o česticama nego o jonima, preciznije protonima H+.

Posljednji akceptor elektrona u ovom lancu je kisik. Krajnji ishod ovih reakcija je da kisik prihvti jedan elektron i jedan proton H+ i reducira se u vodu. Jeste li zaboravili da izdišemo vodu?

U oksidativnoj fosforilaciji se proizvede u totalu 28 molekula ATP-a. U Krebsovom ciklusu se proizvedu 2 molekule ATP-a, a u glikolizi 4, što je ukupno 34 molekule ATP-a u disanju. Ipak, 2 molekule se u glikolizi i potroše. Ovo je finalni energetski saldo disanja