电子传递链（ETC）由一系列蛋白质和其他电子载体组成，通过相互衔接的氧化还原反应，将电子从供体传递给受体。在生物能量转换过程中，这些电子传递过程与离子跨膜移动相耦联，形成电化学梯度，进而驱动三磷酸腺苷（ATP）的生成。电子传递链参与细胞呼吸和光合作用，但两者的电子来源、末端受体及组织方式有所不同。(ncbi.nlm.nih.gov)
分布位置与能量学原理
在大多数进行呼吸作用的真核生物细胞中，呼吸链位于线粒体内膜上。这层膜将线粒体基质与膜间隙分隔开来。电子传递驱动氢离子——即质子——从基质移向膜间隙。在进行呼吸作用的细菌中，类似的系统在细胞膜上运作，在细胞内外建立离子梯度。(ncbi.nlm.nih.gov)
呼吸过程中的电子通常依次传向电子亲和力逐渐增大的载体，这种亲和力可通过还原电势定量表示。由此产生的自由能下降，可为原本在能量上不利的质子转运提供动力。因此，电子传递是将化学反应的能量转化为电化学形式，而不是在每个载体处直接生成ATP。这一梯度包含两个组成部分：电势差，以及以酸碱度（pH）表示的质子浓度差。两者共同构成质子动力势。(ncbi.nlm.nih.gov)
线粒体呼吸链
典型的线粒体呼吸链包含四个主要的酶复合体，通常编号为I至IV，由可移动的载体连接。还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）向复合体I提供电子。其他代谢反应则通过不同的入口提供电子，其中尤以复合体II为代表。(nature.com)
- 复合体I，即NADH：泛醌氧化还原酶，氧化NADH，并将其电子经黄素单核苷酸和铁硫中心传递给泛醌。这一反应与质子泵送相耦联。
- 复合体II，即琥珀酸脱氢酶，在柠檬酸循环中将琥珀酸氧化为延胡索酸。电子经与酶结合的FAD和铁硫中心传递给泛醌。与复合体I、III和IV不同，复合体II不泵送质子。还原型FAD是复合体内部的中间体，而不是可自由扩散的电子供体。
- 复合体III，即细胞色素bc₁复合体，将电子从还原型泛醌传递给细胞色素c，同时通过Q循环参与质子转运。
- 复合体IV，即细胞色素c氧化酶，从细胞色素c接收电子，并将其传递给分子氧，生成水。它也会泵送质子。(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)
泛醌又称辅酶Q，具有脂溶性，可在膜内移动。其还原形式称为泛醇，可携带两个电子和两个质子。细胞色素c是位于内膜朝向膜间隙一侧的小分子蛋白质，每次在复合体III与IV之间传递一个电子。因此，以NADH为起点的主要电子传递路径为：NADH → I → 泛醌 → III → 细胞色素c → IV → 氧。(ncbi.nlm.nih.gov)
与ATP合成的耦联
ATP合酶为质子返回基质提供了一条受控通道。质子顺电化学梯度移动，驱动该酶的旋转机制，使ADP与无机磷酸合成为ATP。ATP合酶常被称为复合体V，但它并不是电子传递复合体，而是利用呼吸链建立的梯度发挥作用。电子传递与ATP合成共同构成氧化磷酸化的核心系统。(ncbi.nlm.nih.gov)
在典型的线粒体途径中，每氧化一个NADH会传递两个电子，并支持约十个质子的转运。由琥珀酸氧化进入呼吸链的电子绕过复合体I，可支持约六个质子的转运。ATP产量并不是固定的整数，因为它取决于ATP合酶的化学计量关系、代谢物转运和质子泄漏。常用的近似估算值是：每个线粒体NADH产生2.5个ATP，而每对经琥珀酸氧化进入呼吸链的电子产生1.5个ATP。(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)
这种间接耦联称为化学渗透。彼得·米切尔于1961年提出化学渗透学说，并因其对理解生物能量传递所作的贡献，于1978年获得诺贝尔化学奖。(nobelprize.org)
呼吸系统的多样性
氧是有氧呼吸的末端受体，但并非所有电子传递链都需要氧。无氧呼吸系统可以利用硝酸盐、延胡索酸或含硫化合物等作为受体。细菌的呼吸链可能具有多条电子输入途径和不同的末端酶，而不是只有一条固定不变的传递路径。一些微生物利用钠离子梯度而非质子梯度进行能量耦联。这些不同形式的呼吸电子传递均有别于发酵，后者不需要呼吸链。(ncbi.nlm.nih.gov)
光合作用中的电子传递
在叶绿体中，光合作用的电子载体位于类囊体膜上。光系统中由光驱动的激发过程，使电子能够从水传递至NADP⁺。在线性电子流中，光系统II从水中提取电子并释放氧；质体醌、细胞色素b₆f复合体和质体蓝素等载体将光系统II与光系统I连接起来。第二次由光驱动的激发使NADPH得以生成。(ncbi.nlm.nih.gov)
这些反应使质子在类囊体腔内积累。质子经ATP合酶返回，在膜朝向叶绿体基质的一侧生成ATP。随后，ATP和NADPH为碳固定提供支持，包括卡尔文循环。有氧呼吸链消耗氧，而产氧型光合电子传递则释放氧，并利用光能维持电子从水向NADP⁺的传递。(ncbi.nlm.nih.gov)