Mitochondria wydzielają wodę, dwutlenek węgla i energię w postaci cząsteczek ATP podczas oddychania komórkowego. Mitochondria produkują je poprzez łączenie cząsteczek glukozy i tlenu, co tworzy cząsteczki i uwalnia duże ilości energia. Jest to główny proces, w którym większość organizmów spełnia ich potrzeby energetyczne.
Istnieją dwa główne etapy tworzenia dwutlenku węgla, wody i energii z glukozy i tlenu. Pierwszym krokiem jest glikoliza, która nie zachodzi w mitochondriach, ale w cytoplazmie poza nimi. Komórka wykorzystuje enzymy do rozbicia glukozy, która ma sześć atomów węgla, na dwie cząsteczki pirogronianu, które mają po trzy atomy węgla. Ten proces uwalnia niewielką ilość energii, ale nie wymaga tlenu.
W przypadku braku tlenu niektóre komórki, takie jak komórki mięśniowe, mogą same wykorzystywać glikolizę do wytwarzania energii, ale są one bardzo nieefektywne w stosunku do pełnego oddychania komórkowego. Proces ten zwykle wytwarza kwas mlekowy lub etanol, a nie wodę i dwutlenek węgla.
Jeśli obecny jest tlen, pirogronian przenosi się do mitochondriów w celu połączenia z tlenem w procesie znanym jako fosforylacja oksydacyjna. Ta nazwa odnosi się do faktu, że mitochondria używa reakcji z tlenem do przyłączenia jonów fosforu do ADP, produkując ATP.
