Это сложный олигомерный белок, включающий

2 протомера-гемопротеина: цитохром a и цитохром a₃, каждый из которых содержит центр связывания с O₂.

Цитохромы a и a₃ содержат гем (Fe³⁺), а также ионы Cu²⁺.

Ионы Fe³⁺ гема, а также ионы Cu²⁺ участвуют в переносе электронов на O₂:

Fe³⁺ + ® Fe²⁺

Cu²⁺ + ® Cu⁺

Кислород, поступающий в митохондрии из крови, связывается с атомом Fe в геме цитохрома a₃ в форме молекулы O₂ (подобно тому, как он связывается с гемоглобином).

Цитохромоксидаза имеет гораздо более низкую К_м

(т.е. более высокое сродство) к O₂, чем Hb, и поэтому клетки «высасывают» O₂ из крови.

Электроны от цитохрома c последовательно присоединяются сначала к ионам Fe³⁺ цитохромов a и a₃, затем к ионам Cu²⁺ и, затем, попадают на O₂.

При этом также происходит присоединение к кислороду H⁺ из матрикса => образуется метаболическая вода:

½ O₂ + 2 + 2H⁺ ® H₂O