電子伝達系
これらの膜上に存在する呼吸鎖複合体に電子が流れることによってプロトンポンプおよびスカラー反応がおこり、プロトンが膜の内側から外側に汲み出されプロトン濃度勾配が生じる。
電子伝達鎖の機能は、酸化還元反応の結果として、膜の内外にプロトン勾配を作り出すことである。プロトンが膜を通して戻れば、細菌の鞭毛の回転等の機械的な仕事を行うことができる。ATP合成酵素はこの機械的な仕事を化学エネルギーに変換し細胞のエネルギー源とするもので、全ての生物で高い保存性を持つ。
また、光合成でも電子伝達系は存在しており、これは葉緑体のチラコイド膜に存在するシトクロムb6/f複合体にて行われる。葉緑体では、光が水から酸素、NADP+からNADPHへの変換を駆動し、細胞膜を通してプロトンを移動させる。ミトコンドリアでは、プロトン勾配の形成に必要な酸素から水、NADHからNAD+、コハク酸からフマル酸への変換が起こる。
電子伝達鎖は、酸素に電子が渡る主な場となって超酸化物を生じ、酸化ストレスを増加させる。
電子伝達系のポイントとなるのは、解糖系やクエン酸回路で生じた還元型補酵素NADH+H^+とFADH2がもっている水素イオンH+と電子e-である。これらがミトコンドリアを包む二重膜で働くことで、最終的にたくさんのATPとH2Oになる。
6O2 + 10(NADH+H^+)+ 2FADH2 + 34(ADP+リン酸)→12H2O+10NAD+ + 2FAD + 34ATP
キノンは、膜に埋め込まれた大きく比較的不動の分子複合体を通して電子とプロトンを運ぶ脂質可溶キャリアである。細菌は、ミトコンドリアが使うキノンと同じユビキノンと、関連するメナキノン等の関連するキノンを用いる。