定義
呼吸鏈呼吸鏈又稱電子傳遞鏈，是由一系列電子載體構成的，從NADH或FADH2向氧傳遞電子的系統。
還原型輔酶通過呼吸鏈再氧化的過程稱為電子傳遞過程。其中的氫以質子形式脫下，電子沿呼吸鏈轉移到分子氧，形成粒子型氧，再與質子結合生成水。放出的能量則使ADP和磷酸生成ATP。電子傳遞和ATP形成的偶在線上制稱為氧化磷酸化作用。整個過程稱為氧化呼吸鏈或呼吸代謝。
在葡萄糖的分解代謝中，一分子葡萄糖共生成10個NADH和2個FADH2，其標準生成自由能是613千卡，而在燃燒時可放出686千卡熱量，即90％貯存在還原型輔酶中。呼吸鏈使這些能量逐步釋放，有利於形成ATP和維持跨膜電勢。
原核細胞的呼吸鏈位於質膜上，真核細胞則位於線粒體內膜上。
構成
呼吸鏈包含15種以上組分，主要由4種酶複合體和2種可移動電子載體構成。其中複合體Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、輔酶Q和細胞色素C的數量比為1：2：3：7：63：9。
1.複合體Ⅰ 即NADH：輔酶Q氧化還原酶複合體，由NADH脫氫酶（一種以FMN為輔基的黃素蛋白）和一系列鐵硫蛋白（鐵—硫中心）組成。它從NADH得到兩個電子，經鐵硫蛋白傳遞給輔酶Q。鐵硫蛋白含有非血紅素鐵和酸不穩定硫，其鐵與肽類半胱氨酸的硫原子配位結合。鐵的價態變化使電子從FMNH2轉移到輔酶Q。
2.複合體Ⅱ 由琥珀酸脫氫酶（一種以FAD為輔基的黃素蛋白）和一種鐵硫蛋白組成，將從琥珀酸得到的電子傳遞給輔酶Q。
3.輔酶Q 是呼吸鏈中唯一的非蛋白氧化還原載體，可在膜中迅速移動。它在電子傳遞鏈中處於中心地位，可接受各種黃素酶類脫下的氫。
複合體Ⅲ 輔酶Q：細胞色素C氧化還原酶複合體，是細胞色素和鐵硫蛋白的複合體，把來自輔酶Q的電子，依次傳遞給結合線上粒體內膜外表面的細胞色素C。
細胞色素類 都以血紅素為輔基，紅色或褐色。將電子從輔酶Q傳遞到氧。根據吸收光譜，可分為三類：a,b,c。呼吸鏈中至少有5種：b、c1、c、a、a3(按電子傳遞順序)。細胞色素aa3以複合物形式存在，又稱細胞色素氧化酶，是最後一個載體，將電子直接傳遞給氧。從a傳遞到a3的是兩個銅原子，有價態變化。
複合體IV：細胞色素C氧化酶複合體。將電子傳遞給氧。
組成
NAD的結構呼吸鏈的組成
(一)尼克醯胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)或稱輔酶I(CoI)。
為體內很多脫氫酶的輔酶，是連線作用物與呼吸鏈的重要環節，分子中除含尼克醯胺(維生素PP)外，還含有核糖、磷酸及一分子腺苷酸(AMP)，其結構如右下：
NAD+的主要功能是接受從代謝物上脫下的2H(2H++2e)，然後傳給另一傳遞體黃素蛋白。
NADP的結構在生理pH條件下，尼克醯胺中的氮(吡啶氮)為五價的氮，它能可逆地接受電子而成為三價氮，與氮對位的碳也較活潑，能可逆地加氫還原，故可將NAD+視為遞氫體。反應時，NAD+的尼克醯胺部分可接受一個氫原子及一個電子，尚有一個質子(H+)留在介質中。
此外，亦有不少脫氫酶的輔酶為尼克醯胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)，又稱輔酶Ⅱ(CoⅡ)，它與NAD+不同之處是在腺苷酸部分中核糖的2′位碳上羥基的氫被磷酸基取代而成。
當此類酶催化代謝物脫氫後，其輔酶NADP+接受氫而被還原生成NADPH+H+，它須經吡啶核苷酸轉氫酶(pyridine nucleotide transhydrogenase)作用將還原當量轉移給NAD+，然後再經呼吸鏈傳遞，但NADPH+H+一般是為合成代謝或羥化反應提供氫。
(二)黃素蛋白(flavoproteins)
呼吸鏈黃素蛋白種類很多，其輔基有兩種，一種為黃素單核苷酸(FMN)，另一種為黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)，兩者均含核黃素(維生素B2)，此外FMN尚含一分子磷酸，而FAD則比FMN多含一分子腺苷酸(AMP)，其結構如右：
在FAD、FMN分子中的異咯嗪部分可以進行可逆的脫氫加氫反應。
FAD或FMN與酶蛋白部分之間是通過非共價鍵相連，但結合牢固，因此氧化與還原(即電子的失與得)都在同一個酶蛋白上進行，故黃素核苷酸的氧化還原電位取決於和它們結合的蛋白質，所以有關的標準還原電位指的是特定的黃素蛋白，而不是游離的FMN或FAD；在電子轉移反應中它們只是在黃素蛋白的活性中心部分，而其本身不能作為作用物或產物，這和NAD+不同，NAD+與酶蛋白結合疏鬆，當與某酶蛋白結合時可以從代謝物接受氫，而被還原為NADH，後者可以游離，再與另一種酶蛋白結合，釋放氫後又被氧化為NAD+。
多數黃素蛋白參與呼吸鏈組成，與電子轉移有關，如NADH脫氫酶(NADh dehydrogenase)以FMN為輔基，是呼吸鏈的組分之一，介於NADH與其它電子傳遞體之間；琥珀酸脫氫酶，線粒體內的甘油磷酸脫氫酶(glycerol phosphate dehydrogenase)的輔基為FAD，它們可直接從作用物轉移還原當量H++e reducing equivalent)到呼吸鏈，此外脂肪醯CoA脫氫酶與琥珀酸脫氫酶相似，亦屬於FAD為輔基的黃素蛋白類，也能將還原當量從作用物傳遞進入呼吸鏈，但中間尚需另一電子傳遞體稱為電子轉移黃素蛋白(electrontransferring flavoprotein,ETFP，輔基為FAD)參與才能完成。
鐵流蛋白結構(三)鐵硫蛋白(ironsulfur proteins,Fe-S)
又稱鐵硫中心，其特點是含鐵原子。鐵是與無機硫原子或是蛋白質肽鏈上半胱氨酸殘基的硫相結合，常見的鐵硫蛋白有三種組合方式(a)單個鐵原子與4個半胱氨酸殘基上的巰基硫相連。(b)兩個鐵原子、兩個無機硫原子組成(2Fe-2S)，其中每個鐵原子還各與兩個半胱氨酸殘基的巰基硫相結合。(c)由4個鐵原子與4個無機硫原子相連(4Fe4S)，鐵與硫相間排列在一個正六面體的8個頂角端；此外4個鐵原子還各與一個半胱氨酸殘基上的巰基硫相連。
鐵硫蛋白結構
(a)單個鐵與半胱氨酸硫相連 (b)2Fe-2S (c)4Fe-4S
鐵硫蛋白中的鐵可以呈兩價(還原型)，也可呈三價(氧化型)，由於鐵的氧化、還原而達到傳遞電子作用。
在呼吸鏈中它多與黃素蛋白或細胞色素b結合存在。
血紅素A結構式 (四)泛醌(ubiquinone,UQ或Q)
亦稱輔酶Q(coenzyme Q)，為一脂溶性苯醌，帶有一很長的側鏈，是由多個異戊二烯(isoprene)單位構成的，不同來源的泛醌其異戊二烯單位的數目不同，在哺乳類動物組織中最多見的泛醌其側鏈由10個異戊二烯單位組成。
泛醌接受一個電子和一個質子還原成半醌，再接受一個電子和質子則還原成二氫泛醌，後者又可脫去電子和質子而被氧化恢復為泛醌。
(五)細胞色素體系
1926年Keilin首次使用分光鏡觀察昆蟲飛翔肌振動時，發現有特殊的吸收光譜，因此把細胞內的吸光物質定名為細胞色素。細胞色素是一類含有鐵卟啉輔基的色蛋白，屬於遞電子體。線粒體內膜中有細胞色素b、c1、c、aa3，肝、腎等組織的微粒體中有細胞色素P450。細胞色素b、c1、c為紅色細胞素，細胞色素aa3為綠色細胞素。不同的細胞色素具有不同的吸收光譜，不但其酶蛋白結構不同，輔基的結構也有一些差異。
細胞色素c為一外周蛋白，位於線粒體內膜的外側。細胞色素C比較容易分離提純，其結構已清楚。哺乳動物的Cyt c由104個胺基酸殘基組成，並從進化的角度作了許多研究。Cyt c的輔基血紅素(亞鐵原卟啉)通過共價鍵(硫醚鍵)與酶蛋白相連(見右上圖)，其餘各種細胞色素中輔基與酶蛋白均通過非共價鍵結合。
呼吸鏈細胞色素C的輔基與酶蛋白的聯接方式
細胞色素a和a3不易分開，統稱為細胞色素aa3。和細胞色素P450、b、c1、c不同，細胞色素aa3的輔基不是血紅素，而是血紅素A(見圖6?)。細胞色素aa3可將電子直接傳遞給氧，因此又稱為細胞色素氧化酶。
右下圖 血紅素A結構式
鐵卟啉輔基所含Fe2+可有Fe2+←→Fe3++e的互變，因此起到傳遞電子的作用。鐵原子可以和酶蛋白及卟啉環形成6個配位鍵。細胞色素aa3和P450輔基中的鐵原子只形成5個配位鍵，還能與氧再形成一個配位鍵，將電子直接傳遞給氧，也可與CO、氰化物、H2S或疊氮化合物形成一個配位鍵。細胞色素aa3與氰化物結合就阻斷了整個呼吸鏈的電子傳遞，引起氰化物中毒。
抑制劑
1.魚藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素：阻斷電子從NADH到輔酶Q的傳遞。魚藤酮是極毒的植物物質，可作殺蟲劑。
2.抗黴素A：從鏈黴素分離出的抗生素，抑制從細胞色素b到c1的傳遞。
3.氰化物、疊氮化物、CO、H2S等，阻斷由細胞色素aa3到氧的傳遞。
NADH主要用於糖酵解和細胞呼吸作用中的檸檬酸循環。
NADPH主要在磷酸戊糖途徑中產生，它主要中來合成核酸和脂肪酸。
胞漿中NADH的轉移
磷酸甘油穿梭體內很多物質氧化分解產生NADH，反應發生線上粒體內，則產生的NADH可直接通過呼吸鏈進行氧化磷酸化，但亦有不少反應是線上粒體外進行的，如3-磷酸甘油醛脫氫反應，乳酸脫氫反應及胺基酸聯合脫氨基反應等等。由於所產生的NADH存在於線粒體外，而真核細胞中，NADH不能自由通過線粒體內膜，因此，必須藉助某些能自由通過線粒體內膜的物質才能被轉入線粒體，這就是所謂太空梭制，體內主要有兩種太空梭制。
1.α磷酸甘油穿梭(glycerolα-phosphateshuttle)
該太空梭制主要在腦及骨骼肌中，它是藉助於α-磷酸甘油與磷酸二羥丙酮之間的氧化還原轉移還原當量，使線粒體外來自NADH的還原當量進入線粒體的呼吸鏈氧化，具體過程如圖。
當胞液中NADH濃度升高時，胞液中的磷酸二羥丙酮首先被NADH還原成α磷酸甘油(3－磷酸甘油)，反應由甘油磷酸脫氫酶(輔酶為NAD+)催化，生成的α磷酸甘油可再經位於線粒體內膜近外側部的甘油磷酸脫氫酶催化氧化生成磷酸二羥丙酮。線粒體與胞液中的甘油磷酸脫氫酶為同工酶，兩者不同在於線粒體內的酶是以FAD為輔基的脫氫酶，而不是NADH+，FAD所接受的質子、電子可直接經泛醌、複合體Ⅲ、Ⅳ傳遞到氧，這樣線粒體外的還原當量就被轉運到線粒體氧化了，但通過這種太空梭制果只能生成2分子ATP而不是3分子ATP。
蘋果酸，天冬氨酸穿梭2.蘋果酸，天冬氨酸穿梭(malateaspartateshuttle)：
這種太空梭制主要在肝、腎、心中發揮作用，其太空梭制比較複雜，不僅需藉助蘋果酸、草酸乙酸的氧化還原，而且還要藉助α酮酸與胺基酸之間的轉換，才能使胞液中來的NADH的還原當量轉移進入線粒體氧化，具體過程如圖
當胞液中NADH濃度升高時，首先還原草醯乙酸成為蘋果酸，此反應由蘋果酸脫氫酶催化，胞液中增多的蘋果酸可通過內膜上的二羧酸載體系統與線粒體內的α酮戊二酸交換；進入線粒體的蘋果酸，經蘋果酸脫氫酶催化又氧化生成草醯乙酸並釋出NADH，還原當量從複合體I進入呼吸鏈經CoQ、複合體Ⅲ、Ⅳ傳遞，最image/005061360後給氧，所以仍可產生3分子ATP，與線上粒體內產生的NADH氧化相同。與此同時線粒體內的α酮戊二酸由於與蘋果酸交換而減少，需要補充，於是在轉氨酶作用下由谷氨酸與草醯乙酸進行轉氨基反應，生成α酮戊二酸和天冬氨酸，天冬氨酸借線粒體膜上的谷氨酸天冬氨酸載體轉移系統與胞液的谷氨酸交換，從而補充了線粒體內谷氨酸由於轉氨基作用而造成的損失，進入胞液的天冬氨酸再與胞液中α酮戊二酸進行轉氨基，重新又產生草醯乙酸以補充最初的消耗，從而完成整個穿梭過程。
區別
NADH主要用於糖酵解和細胞呼吸作用中的檸檬酸循環。
NADPH主要在磷酸戊糖途徑中產生，它主要中來合成核酸和脂肪酸
