Phosphorylation oxydative et couplage protonique

Dans la mitochondrie, la chaîne de transport d'électrons transfère des électrons issus notamment du NADH vers un accepteur final et contribue à établir un gradient électrochimique de protons à travers la membrane interne. L'ATP synthase couple le retour des protons à la synthèse d'ATP. L'énergie n'est donc pas transférée par un contact direct universel entre NADH et ADP.

La force proton-motrice associe une différence de potentiel électrique et une différence de concentration en protons. Son maintien nécessite une membrane suffisamment étanche et une chaîne fonctionnelle. Les rapports protons transférés/électrons et protons/ATP dépendent du système et des coûts de transport ; un quotient de modèle doit être annoncé comme tel, pas comme une constante absolue de toutes les cellules.

Un modèle simplifié fournit dix protons déplacés par NADH oxydé et un coût effectif de quatre protons par ATP, transport compris. Il prévoit $10/4=2{,}5$ ATP par NADH. Pour huit NADH dans ce même modèle, le total est 20 ATP. Ce rendement moyen n'affirme pas qu'une molécule d'ATP se coupe en fractions ; il décrit un rapport de flux ou un bilan moyen, susceptible de diminuer en présence de fuites ou d'autres usages du gradient.

Le tableau sépare les protons déplacés et le coût par ATP. La division relie deux flux couplés. Si une fuite détourne une partie des protons, le même débit électronique ne produit plus le même débit d'ATP.