Oddychanie komórkowe, przebiegające w każdej komórce procesy enzymatyczne, w wyniku których cząsteczki węglowodanów, kwasów tłuszczowych i aminokwasów zostają ostatecznie rozłożone na dwutlenek węgla i wodę, a powstająca w ich przebiegu energia zostaje zachowana i zmagazynowana w postaci użytecznej biologicznie. Oddychanie jako proces biochemiczny może występować w dwóch postaciach - jako oddychanie tlenowe i beztlenowe. W pierwszym z nich wyróżnia się trzy zasadnicze etapy: glikolizę - zachodzącą w cytoplaźmie komórkowej, cykl Krebsa i łańcuch oddechowy, zachodzące w mitochondrium. Oddychanie beztlenowe (fermentacja) to beztlenowy, enzymatyczny rozkład węglowodanów. W zależności od końcowych produktów wyróżnia się fermentację: alkoholową, mlekową, octową, masłową itp. Proces fermentacji zaczyna się od glikolizy, która przebiega podobnie jak w oddychaniu tlenowym do momentu wytworzenia kwasu pirogronowego, a następnie zachodzi redukcja produktu glikolizy.
Glikoliza, wieloetapowy, beztlenowy proces enzymatycznego rozszczepienia glukozy zgodnie z sumarycznym schematem: D-glukoza + 2HPO4 2- + 2ADP- + 2NAD → 2CH3CH(OH)COO- (pirogronian) + 2 H2O + 2ATP + 2NADH + 2H+.Glikoliza stanowi główną drogę przemian glukozy w komórkach. Dzięki glikolizie organizm uzupełnia niedobór energii oraz otrzymuje szereg ważnych metabolitów, zużywanych w innych reakcjach. U ssaków glikoliza jest stymulowana przez adrenalinę i glukagon. Kolejne etapy cyklu przedstawiają się następująco: glukoza → glukozo-6-fosforan (+ ADP) → fruktozo-6-fosforan → fruktozo-1,6-bifosforan + ADP → aldehyd 3-fosfoglicerynowy + NADH + H+ → 1,3-bifosfoglicerynian → 3-fosfoglicerynian + ATP → 2-fosfoglicerynian → fosfoenolopirogronian + H2O → pirogronian + ATP. Łańcuch oddechowy, ostatni etap oddychania wewnątrzkomórkowego, przebiegający na wewnętrznych błonach mitochondrium i polegający na przenoszeniu elektronów i protonów na kolejne przenośniki. Kolejnym etapom tej wędrówki elektronów towarzyszy wydzielanie się energii, która zostaje wykorzystana do syntezy ATP z ADP. Ostatecznym akceptorem elektronów i protonów jest tlen, a reakcja ta prowadzi do utworzenia cząsteczki wody. Tworzenie wody jest podstawową reakcją dostarczającą energii komórkom w warunkach tlenowych. W reakcje łańcucha oddechowego wchodzą cząsteczki NADH i FADH, syntezowane w poprzednich etapach oddychania (glikoliza i cykl Krebsa). Przejściu jednej cząsteczki NADH w NAD i przebiegowi elektronów przez łańcuch oddechowy towarzyszy synteza 3 cząsteczek ATP. Głównymi składnikami łańcucha oddechowego są poza tym: dwa kompleksowe enzymy flawoproteinowe zawierające żelazo niehemowe - dehydrogenaza nukleotydów pirydynowych i dehydrogenaza bursztynianowa, ubichinon (Q) oraz cytochromy b, c1, c i a. Ostatnim ogniwem łańcucha oddechowego jest enzym oksydaza cytochromowa, odpowiedzialny za wytworzenie jonu tlenowego O2, który łączy się z dwoma protonami i tworzy cząsteczkę wody.
Oksydaza cytochromowa, enzym z grupy oksydaz zawierający żelazo i miedź, będący ostatnim ogniwem łańcucha oddechowego, gdzie przenosi elektrony z układu cytochromowego na tlen cząsteczkowy. Oksydaza cytochromowa należy do cytochromów i określana jest jako kompleks cytochromu a i cytochromu a3. Występuje prawie we wszystkich organizmach, którym tlen jest niezbędny do życia.