A biológiai oxidáció (más néven sejtlégzés) során a sejtek bizonyos anyagok „elégetésével” képesek energiához jutni, melyet különböző életfolyamataikhoz használnak fel.

A glükóz (szőlőcukor) lebontásának végtermékei a szén-dioxid és a víz, valamint a folyamat során energia is keletkezik. A sejtek az energiát az ún. ATP-molekula kötéseiben raktározzák.

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + ATP

Mennyi energia szabadul fel?

Az ATP → ADP + P átalakuláskor (vagyis amikor egy foszfátcsoport leválik az ATP-ről) körülbelül 30 kJ/mol energia szabadul fel.

A tápanyagok fő lebontási útvonala a szénhidrátok, vagyis a glükóz lebontási útvonala, ugyanis végső soron a többi szerves molekula lebontása is ide kapcsolódik be.

A glükóz lebontásának első lépése a glikolízis (más néven glükolízis), mely a citoplazmában játszódik le. A glükóz több lépésen keresztül piroszőlősavvá bomlik. Mindeközben energia is felszabadul. Majd szén-dioxid kilépésével két szénatomos molekulák keletkeznek.

A citrát-ciklus (más néven citromsavciklus vagy Szent-Györgyi–Krebs-ciklus) a mitokondrium plazmaállomá-nyában zajlik le. A ciklusba két szénatomos molekulák lépnek be, melyeket koenzim-A-molekula szállít. Ez egy olyan körfolyamat, melyből szén-dioxid-molekulák távoznak, illetve hidrogének, melyeket NADH-molekulák szállítanak el.

A mitokondriumok saját DNS-sel és fehérjeszintetizáló apparátussal (riboszómákkal) is rendelkeznek; képesek a sejttől függetlenül, önmagukban is osztódni.

Ezek a tulajdonságok, valamint az, hogy kettős membrán burkolja őket, arra engednek következtetni, hogy talán ősi prokarióta szervezetek voltak, melyeket bekebelezett egy ősi eukarióta sejt, de nem bontotta le őket, hanem szimbiózisban élt velük. 

A citrát-ciklusból az NADH-molekulák által ideszállított hidrogének elektronjai az elektronszállító rendszerre kerülnek, a membrán két oldala között pedig protonkoncentráció-különbség alakul ki.

Az elektronszállító rendszeren keresztül haladó elektronok (hidrogénionokkal egyetemben) oxigén molekulákhoz kapcsolódnak, így a folyamat végterméke a víz.

Energia (ATP) akkor keletkezik, amikor a hidrogénionok a nagyobb koncentrációjú hely felől a kisebb koncentrációjú hely felé áramlanak az ATP-szintázon keresztül. (1 mol NADH-molekula által szállított hidrogének felhasználásával 3 mol ATP állítható elő. 1 mol FADH₂-ből 2 mol ATP, 1 mol GTP-ből pedig 1 mol ATP keletkezik.)

1 mol glükóz lebontásával összesen 38 mol ATP keletkezik.