Situatie in de mitochondriën waarbij de elektronentransportketen, gedreven door de citroenzuurcyclus, normaal verloopt en zuurstof verbruikt wordt, maar weinig of geen ATP, alleen warmte, geproduceerd wordt
De elektronentransportketen zorgt voor een scherpe protonengradiënt over de binnenmembraan van de mitochondriën (bij prokaryoten over de celmembraan). Deze gradiënt wordt door ATP-synthase gebruikt om ATP te genereren, waarbij de protonen door het eiwit terugstromen en daarmee het ATP-synthase aandrijven. Het netto aantal ATPs dat zo gemaakt kan worden uit één glucosemolecuul (inclusief glycolyse en citroenzuurcyclus) is 29-32 (waarvan 25-28 uit elektronentransport). Echter, deze situatie geldt alleen als elektronentransport en oxidatieve fosforylering volledig gekoppeld zijn. Protonen kunnen ook weglekken buiten ATP-synthase, vooral als de membraan beschadigd is.
De mate van koppeling wordt uitgedrukt in het aantal ATP-moleculen dat geproduceerd wordt per gereduceerd zuurstofatoom. De verhouding duidt men aan met de P/O-ratio. Volgens biofysische modellen maakt ATP-synthase één ATP voor elke 4,3 protonen die door het molecuul stromen. De elektronentransportketen transporteert 10 protonen om één zuurstofatoom te reduceren. Dat betekent dat maximaal 10/4,3 = 2,3 ATP geproduceerd kan worden per zuurstofatoom.
De maximale waarde voor P/O wordt echter ook wel hoger gesteld (2,5 tot zelfs 3,0). Bij P/O = 0 spreekt men van volledige ontkoppeling. Dit kan veroorzaakt worden door vergiften die in de membraan gaan zitten en protonen geleiden doordat ze zwak zuur zijn (zogenaamde ontkoppelaars, zoals organotin-biociden). Ontkoppeling kan ook gecontroleerd plaatsvinden via het ontkoppelingseiwit UCP1, dat werkt als protonenpoort. Als UCP1 open staat blijft de elektronentransportketen lopen, er wordt zuurstof verbruikt, maar er wordt geen ATP gemaakt, alleen warmte geproduceerd. UCP1 is specifiek voor gewervelde dieren en is bij zoogdieren betrokken bij de evolutie van endothermie (zie het lemma UCP1).
