生物氧化 - 线粒体氧化体系与呼吸链 - 氧化磷酸化与ATP的生成 - 氧化磷酸化的影响因素 - 其他氧化与抗氧化体系
除了线粒体氧化体系外，细胞内也存在其他的氧化体系，主要参与物质的生物氧化。另外，线粒体呼吸链存在单电子传递过程，单电子也有机会“漏出”直接传递给氧而生成活性氧组分，而不是通过呼吸链传递给氧生成水。因此呼吸链也是产生活性氧、引起细胞氧化损伤的原因之一，机体也有相应的保护防御机制。

微粒体细胞色素P450单加氧酶催化底物分子羟基化

人微粒体细胞色素P450单加氧酶(cytochrome P450 monooxygenase)催化氧分子中的一个氧原子加到底物分子上（羟化），另一个氧原子被NADPH+H⁺还原成水，故又称混合功能氧化酶(mixed function oxidase)或羟化酶(hydroxylase), 参与类固醇激素等的生成以及药物、毒物的生物转化过程，其反应式如下：
RH+NADPH+H⁺+O₂→ROH+NADP⁺+H₂0
单加氧酶类在肝和肾上腺的微粒体中含量最多，是反应最复杂的酶。此酶含细胞色素P450(Cyt P450), 通过血红素中的 Fe 离子进行单电子传递。 Cyt P450 在生物中广泛分布，人 Cyt P450有几百种同工酶，识别各自特异性底物。
单加氧酶催化反应过程如下：NADPH 首先将电子交给黄素蛋白；黄素蛋白将电子传递给以 Fe-S为辅基的铁氧还蛋白；与底物结合的氧化型 Cyt P450 接受铁氧还蛋白的 1 个 e^-后，转变成还原型 Cyt P450, 与O₂结合形成 RH·P450·Fe²⁺·O₂；Cyt P450 血红素中 Fe²⁺ 将电子交给O₂形成 RH·P450·Fe³⁺·O₂^-；再接受铁氧还蛋白的第2个e^-，使氧活化（O₂^2-）。此时1个氧原子使底物(RH)羟化(ROH), 另1个氧原子与来自NADPH的质子结合生成 H₂O。

线粒体呼吸链也可产生活性氧

O₂得到单电子产生超氧阴离子（O_2·^-）, 再逐步接受电子而生成过氧化氢H₂O₂、羟自由基(·OH)。这些未被完全还原的含氧分子，氧化性远远大于O₂，合称为反应活性氧类(reactive oxygen species, ROS)。
线粒体的呼吸链是产生ROS的主要部位，呼吸链在传递电子的过程中，由于将涌出的电子直接交给氧，产生部分被还原的氧，所以得到ROS这样的“副产物”，特别是O_2·^-的产生主要源自呼吸链。复合体Ⅲ中通过Q循环传递电子，接受单电子的QH^·在内膜中自由移动，通过非酶促反应直接将单电子泄漏给O₂而生成O_2·^-。呼吸链末端的细胞色素c氧化酶从金属离子每次转移l个电子、通过4步单电子转移将氧彻底还原生成水，也会有少量氧接受单电子或双电子而生成O_2·^-和H₂O₂。
除呼吸链外，细胞质中的黄嘌呤氧化酶、微粒体中的Cyt P450氧化还原酶等催化的反应，需要氧为底物，也可产生O_2·^-。但这些酶产生的ROS远低于线粒体呼吸链。另外，细菌感染、组织缺氧等病理过程，电离辐射、吸烟、药物等外源因素也可导致细胞产生大量的ROS。
ROS通过不同的方式释放到线粒体基质、膜间隙及细胞质等部位，对细胞的功能产生广泛的影响。少量的ROS能够促进细胞增殖等，但ROS的大量累积会损伤细胞功能、甚至会导致细胞死亡。例如，线粒体基质中的顺乌头酸酶，其Fe-S易被O_2·^-氧化而丧失功能，直接影响三羧酸循环的功能。O_2·^-可迅速氧化一氧化氮(NO)产生过氧亚硝酸盐（ONOO^-，也属于ROS）,后者能使脂质氧化、蛋白质硝基化而损伤细胞膜和膜蛋白。羟自由基等可直接氧化蛋白质、核酸，进而破坏细胞的正常结构和功能。线粒体一方面通过消耗氧用于产生ATP供能，另一方面也会产生ROS而损伤自身及细胞等。因此，生物进化已使机体发展了有效的抗氧化体系及时清除ROS,防止其累积产生有害影响。

抗氧化酶体系有清除反应活性氧的功能

体内存在的各种抗氧化酶、小分子抗氧化剂等，形成了重要的防御体系以对抗ROS的副作用。
广泛分布的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD ) , 可催化1分子O_2·^-氧化生成O₂，另一分子O_2·^-还原生成H₂O₂,2个相同的底物歧化产生了2个不同的产物：
O_2·^-+2H⁺→H₂O₂+O₂
哺乳动物细胞有3种 SOD 同工酶，在细胞质中的 SOD,其活性中心含Cu/Zn离子，称 Cu/Zn-SOD; 线粒体中的 SOD 活性中心含Mn²⁺,称Mn-SOD。 SOD 是人体防御内、外环境中超氧离子损伤的重要酶。Cu/Zn-SOD 基因缺陷使O_2·^-不能及时清除而损伤神经元，可引起肌萎缩性侧索硬化症等疾病。
生成的H₂O₂可被过氧化氢酶(catalase)分解为H₂O和O₂。过氧化氢酶主要存在于过氧化酶体、细胞质及微粒体中，含有4个血红素辅基，催化活性强，每秒种可催化超过40 000 底物分子转变为产物。其催化反应如下：
2H₂O₂→2H₂O+O₂
H₂O₂有一定的生理作用，如在粒细胞和吞噬细胞中，H₂O₂可氧化杀死入侵的细菌；甲状腺细胞中产生的H₂O₂可使2I^-氧化为I₂，进而使酪氨酸碘化生成甲状腺激素。
谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase, GPx)也是体内防止ROS损伤不可缺少的酶，可去除H₂O₂和其他过氧化物类(ROOH)。在细胞胞质、线粒体以及过氧化酶体中，GPx通过还原型的谷胱甘肽将H₂O₂还原为H₂O, 将ROOH 转变为醇，同时产生氧化型的谷胱甘肽。它催化的反应如下：
H₂O₂+2GSH→2H₂O+GS-SG
2GSH+ROOH→GS-SG+H₂O+ROH
氧化型GS-SC经谷胱甘肽还原酶催化，由NADPH+H⁺提供2H, 再转变为还原型的GSH。还原型的GSH也发挥抗氧化作用，抵抗活性氧对蛋白质中巯基的氧化。
体内其他小分子自由基清除剂有维生素C、维生素E、β-胡萝卜素等，它们与体内的抗氧化酶共同组成人体抗氧化体系。