以分子氧作为最终电子受体，底物被全部氧化为CO2和H2 O，并产生ATP的过程叫好氧呼吸。在好氧呼吸过程中，能源释放出的电子首先转移给NAD，使NAD还原为NADH2。NADH2再氧化释放电子成为氧化型的NAD，电子转移给电子传递体系。电子传递体系再将电子转移给最终电子受体——O2，O2被还原为H2O。
以葡萄糖为例，通过EMP途径和TCA循环被彻底氧化成二氧化碳和水，生成38个ATP，化学反应式为：
C6H12O6+6O2+38ADP+38Pi—→6CO2+6H2O+38ATP
第一阶段葡萄糖经过EMP途径酵解在发酵中已经述及，下面介绍第二阶段的三羧酸循环。
2.3.2.1 三羧酸循环（TCA）
三羧酸循环也称柠檬酸循环或者克雷布斯循环，是体内所有营养物质最终氧化的主要途径。其循环过程如图2.7所示。
如果从丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA开始，三羧酸循环由以下11步反应组成。
（1）丙酮酸在丙酮酸氧化脱羧酶系的催化下，通过NAD经呼吸链被氧化、脱羧成乙酰CoA，反应生成的乙酰CoA含一个高能硫酯键。
（2）乙酰CoA与草酰乙酸在柠檬酸合成酶催化下生成柠檬酸。
（3）在顺—乌头酸酶的催化下，柠檬酸转化为顺—乌头酸。
（4）在柠檬酸酶的作用下，顺—乌头酸转化为异柠檬酸。
（5）异柠檬酸脱氢酶催化异柠檬酸脱氢生成草酰琥珀酸，同时还原1分子的NADP。
（6）在草酰琥珀酸脱氢酶催化下，草酰琥珀酸脱去1分子CO2，生成α—酮戊二酸。
（7）α—酮戊二酸脱氢生成琥珀酰CoA，还原1分子的NAD，并放出1分子CO2。(www.xing528.com)
（8）琥珀酰CoA被分解为琥珀酸和辅酶A，反应中合成1分子的GTP。
（9）琥珀酸脱氢生成延胡索酸，还原1分子的FAD。
（10）延胡索酶催化延胡索酸转变为苹果酸。
（11）在苹果酸脱氢酶催化下，苹果酸脱氢生成草酰乙酸，并还原1分子的NAD。
从上面的反应可以看出，循环（1）、（7）步不可逆，故整个循环只能顺行。循环每转动一周，1分子的丙酮酸被完全氧化产生3分子的CO2[（1）、（6）、（7）步]和2分子的H2O[反应的（1）、（3）、（5）、（7）、（9）、（11）步各脱2个H，传给[O]生成5个H2O，反应的第（3）步放出1个H2O，但是反应的（2）、（4）、（8）、（10）步各消耗1分子的H2O，故剩余2分子H2O]，总反应式表示为：
CH3COCOOH+5[O→—]3CO2+2H2O
2.3.2.2 三羧酸循环中的能量平衡
1分子的丙酮酸被完全氧化生成3分子CO2和2分子H2O的同时，生成4分子的NADH2，1分子的NADH2通过电子传递体系重新氧化为NAD，同时可生成3分子的ATP，则4分子的NADH2生成12分子的ATP。在琥珀酰CoA氧化成延胡索酸时生成1分子的GTP，随后1分子的GTP转变成1分子的ATP。这个过程包含不经NAD而直接将电子传给FAD生成FADH2。FADH2经过电子传递体系被氧化成2分子的ATP。则1分子的丙酮酸经过一次三羧酸循环可生成15分子的ATP。1分子的葡萄糖可生成2分子的丙酮酸，则共生成30分子的ATP。在丙酮酸之前的糖酵解中生成2分子的NADH2，借电子传递体系被氧化成6分子的ATP。加上葡萄糖转变成丙酮酸时底物水平磷化生成的2分子ATP，氧化1分子的葡萄糖总共可以生成38个ATP。
好氧呼吸可分为外源性呼吸和内源性呼吸。在正常情况下，细菌利用外界供给的能源进行呼吸，叫外源呼吸。外界没有供给能源，利用自身内部储存的能源物质（如糖、脂肪等）进行呼吸，叫内源呼吸。在没有外源性能源供给时，内源呼吸的速度取决于细胞内原有的营养水平：营养丰富的细胞具有高度的内源呼吸，饥饿细胞的内源呼吸速度低。在有外源性能源供给时，这两种细胞可能进行同等程度的呼吸反应。
好氧呼吸能否进行取决于O2的体积分数能否达到0.2%，O2的体积分数低于0.2%，好氧呼吸不能发生。
图2.7 三羧酸循环
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