Эта способность электронов переходить от электроотрицательных систем к электроположительным связана с тем, что такой поток сопровождается уменьшением свободной энергии; поток электронов направлен всегда таким образом, чтобы в результате свободная энергия системы уменьшалась. Чем больше разность стандартных потенциалов двух окислительно-восстановительных пар, тем большим оказывается уменьшение свободной энергии при переносе электронов от электроотрицательной пары к электроположительной. Пройдя через всю цепь переносчиков электронов, от NADH 
к кислороду 
, электроны теряют значительное количество свободной энергии, поскольку разность между стандартными потенциалами окислительно-восстановительных пар 
относительно велика.
Определим теперь точно, чему равно количество свободной энергии, высвобождающейся при переносе двух электронов от NADH на кислород. Изменение стандартной свободной энергии в реакции, связанной с переносом электронов, вычисляют по формуле
где 
- изменение стандартной свободной энергии в калориях, 
- число перенесенных электронов, F - константа, называемая числом Фарадея 
- разность стандартных потенциалов электронодонорной и электроноакцепторной систем. Стандартные условия предполагают концентрации всех компонентов 1.0 М, температуру 25°С и pH 7,0. Таким образом, при переходе двух электронов от окислительно-восстановительной пары NADH/NAD 
к окислительно-восстановительной паре 
изменение стандартной свободной энергии равно
Этого количества энергии (52,6 ккал) высвобождающейся при переносе двух электронов в стандартных условиях от NADH на кислород, более чем достаточно для синтеза трех молекул АТР, который в стандартных условиях требует затраты 
.
Рис. 17-4. Направление потока электронов и энергетические соотношения в дыхательной цепи митохондрий. 
означает 
-дегидрогеназу; 
-убихинон; 
. Обратите внимание, что в дыхательной цепи имеется три участка (красные стрелки), в которых перенос электронов сопровождается относительно большим снижением свободной энергии. Эти этапы поставляют свободную энергию для синтеза АТР. Значения 
для переносчиков электронов приведены в табл. 17-1.
С помощью той же формулы, 
можно рассчитать изменение стандартной свободной энергии для любого отрезка цепи переноса электронов по разности между стандартными потенциалами двух окислительно-восстановительных пар - электронодонорной и электроноакцепторной. На рис. 17-4 показаны: 1) стандартные потенциалы некоторых переносчиков электронов дыхательной цепи, 2) направление потока электронов (поток неизменно направлен «вниз», т. е. к кислороду) и 3) относительные величины изменения свободной энергии на каждом из этапов. Обратите внимание, что в дыхательной цепи есть три участка, в которых перенос электронов сопровождается большим снижением свободной энергии. Это те участки, где высвобождающаяся энергия запасается, т. е. используется для синтеза АТР.
различных окислительно-восстановительных пар позволяет предсказать направление потока электронов от одной окислительно-восстановительной пары к другой при стандартных условиях в присутствии катализатора. (Электроны обычно не переходят от одной окислительно-восстановительной пары к другой в отсутствие фермента или какого-нибудь катализатора, способного ускорять процесс; катализатор, однако. не изменяет направления потока и не влияет на положение равновесия.) В таких условиях электроны будут переходить от более электроотрицательной окислительно-восстановительной пары, например от NADH/NAD+ (
), к более электроположительным акцепторам электронов, например к паре восстановленный цитохром с/окисленный цитохром с 
. В силу той же причины они будут переходить и от пары восстановленный цитохром с/окисленный цитохром с 
к паре вода/кислород 
.
