A fosforilação oxidativa produz em média 28 ATPs por molécula de glicose. Os mecanismos que compõem a fosforilação oxidativa são a cadeia de transporte de elétrons e a síntese de ATP pela ATP sintase. Na cadeia de transporte de elétrons, ocorre a transferência de elétrons de moléculas energéticas, como NADH e FADH2, para o oxigênio, gerando um gradiente de prótons através da membrana mitocondrial interna. Esse gradiente é utilizado pela ATP sintase para produzir ATP a partir de ADP e fosfato inorgânico.
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