V živých organizmoch je vodík viazaný v anorganických a organických zlúčeninách. Prenos vodíka z organických zlúčenín na kyslík je významnou reakciou živých organizmov pri získavaní energie. S touto reakciou sa stretávame pri biologickej oxidácii viazanej na vnútornú membránu mitochondrií – bunkovom dýchaní. Je to viacstupňový dej katalyzovaný enzýmami, ktorých nebielkovinové koenzýmy vo väčšine prípadov slúžia ako akceptory elektrónov a vodíka. Príkladom je koenzým NAD+ (nikotínamidadeníndinukleotid), ktorý viaže vodík (ako vodíkový ión H+ + 2 e−) získaný oxidáciou substrátu (AH2) v cytozole za vzniku NADH a voľného vodíkového iónu H+ (obr. 1). V dýchacom reťazci sa postupne prenášajú vodíky z redukovaných koenzýmov NADH alebo FMNH2 (redukovaný flavoínmononukleotid) a v poslednej fáze elektróny (cez cytochrómy) na kyslík, transportovaný do bunky hemoglobínom.
Kyslíkový ión O2− sa zlučuje s vodíkovým iónom H+ na vodu
Reakcii zodpovedajúca štandardná zmena Gibbsovej energie (−273 kJ⋅mol−1) bunkového dýchania sa uvoľňuje postupne a využíva sa na tvorbu kyseliny adenozíntrifosforečnej. Pri oxidácii NADH sa tvoria tri molekuly ATP a pri oxidácii FMNH2 len dve molekuly ATP. Je to spôsobené rozdielnym pohybom páru elektrónov medzi vnútornou a vonkajšou stenou membrány mitochondrie. Pár elektrónov pri oxidácii NADH sa pohybuje medzi stenami membrány trikrát, pričom umožní prenos troch párov vodíkových iónov H+, resp. pri oxidácii FMNH2 len dvakrát, t. j. prenos len dvoch párov vodíkových iónov H+ za vnútornú membránu mitochondrie. Hromadením vodíkových iónov na jednej strane membrány vzniká protónový gradient. Energia vzniknutého elektrochemického gradientu sa využíva na tvorbu ATP, pri ktorej sa vodíkové ióny H+ transportujú späť do mitochondrie. Pri tvorbe jednej molekuly ATP sa tento gradient znižuje o jeden pár vodíkových iónov H+. Pri bunkovom dýchaní z jednej molekuly glukózy vzniká 38 molekúl ATP. V ATP si organizmus uchováva chemickú formu energie.
Obr. 1 Oxidovaný a redukovaný nikotínamidadeníndinukleotid