電子伝達系
ほとんどの真核生物細胞はミトコンドリアを持ち、クエン酸回路、β酸化、タンパク質代謝の生成物(NADHやFADH2)からATPを合成する。ミトコンドリア内膜では、NADHとコハク酸由来の電子が電子伝達系を通って酸素に渡され、酸素は水に還元される。電子伝達鎖には、電子供与体と電子受容体に関わる一連の酵素が含まれる。各々の電子供与体は、電気陰性度がより低い電子受容体に電子を渡し、この電子は次の電子受容体に与えられ、この一連のプロセスは、この鎖で最も電気陰性度が低い酸素に電子が届くまで続く。電子供与体から電子受容体に電子が渡されるとエネルギーが放出され、このエネルギーによりプロトンポンプを動かすことで、ミトコンドリア膜の内外にプロトン勾配が形成される。この全体のプロセスでは、水素の酸化エネルギーを用いてADPがATPにリン酸化されるため、酸化的リン酸化と呼ばれる。
ミトコンドリアの電子伝達系では、4つの膜結合複合体が同定されており、各々が非常に複雑な膜貫通構造によって内膜に埋め込まれている。この構造は電気的に、脂質可溶電子キャリア、水可溶電子キャリアと繋がっている。
複合体I - NADH:ユビキノン還元酵素 (水素イオン輸送型)(EC 1.6.5.3)
複合体II - コハク酸デヒドロゲナーゼ(EC 1.3.5.1)
複合体III - 補酵素Q-シトクロムcレダクターゼ(EC 1.10.2.2)
複合体IV - シトクロムcオキシダーゼ(EC 1.9.3.1)、
呼吸鎖複合体(こきゅうさふくごうたい)とは、細胞呼吸(好気呼吸、嫌気呼吸関わらず)を行うほとんどの生物に見られる膜(ミトコンドリア内膜、チラコイド膜、原核生物の細胞膜)に存在する分子量10万から100万程度の巨大タンパク質である。呼吸鎖複合体 I, II, III, IV からなり、ATP合成酵素を呼吸鎖複合体 V とする事もある。
フラビンタンパク質(NADH を酸化)
鉄-硫黄(以後 Fe-S)タンパク質(電子伝達を仲介する)
一般的な細菌の電子伝達鎖は、以下のようなものである。
電子は、脱水素酵素、キノンプール、シトクロム電子キャリアの3つの位置から電子伝達鎖に入ることができる。この3つの位置は、その後のより小さな、酸化還元反応全体に対するギブス自由エネルギーの変化に対応する。
個々の細菌は、しばしば同時に複数の電子伝達鎖を用いる。細菌は、多くの異なる電子供与体、脱水素酵素、オキシダーゼやレダクターゼ、電子受容体を用いることができる。例えば、大腸菌は(グルコースをエネルギー源として好気的に育てると)、2種類の異なるNADH脱水素酵素と2種類の異なるキノールオキシダーゼを用い、合計で4種類の異なる電子伝達鎖が同時に動いている。
全ての電子伝達鎖の共通の特徴は、プロトン勾配を作るためのプロトンポンプの存在である。細菌の電子伝達鎖には、ミトコンドリアと同様に3つか、または1ないし2つのプロトンポンプを持つ。