電子傳遞鏈（Electron Transport Chain, ETC）是氧化磷酸化的電子傳遞組件，由嵌在粒線體內膜（inner mitochondrial membrane, IMM）的四個多亞基蛋白質複合體和兩個流動電子載體組成。Peter Mitchell 於 1961 年提出的化學滲透假說（chemiosmotic hypothesis, Nobel Prize 1978）統一解釋了電子傳遞如何驅動 ATP 合成。
結構與機制
Complex I（NADH:ubiquinone oxidoreductase）：分子量約 1 MDa，含45個亞基（人類），呈L型構造。NADH 在 flavin mononucleotide（FMN）位點被氧化，電子經一系列7個 Fe-S clusters（N1a → N1b → N3 → N4 → N5 → N6a → N6b → N2）傳至結合在膜臂遠端的 UQ。電子傳遞驅動膜臂中四個 antiporter-like 亞基的構象變化，泵出 4H⁺/2e⁻。Complex I 是 ROS 的主要來源之一，特別是在反向電子傳遞（reverse electron transport, RET）條件下（高 QH₂/Q 比值 + 高 Δp 時），超氧化物（O₂⁻·）在 FMN 位點產生（Hirst, 2018）。臨床上，metformin 部分透過溫和抑制 Complex I 降低肝臟糖質新生。
Complex II（succinate:ubiquinone oxidoreductase / SDH）：唯一同時參與 TCA 循環和 ETC 的酶，含4個亞基（SDHA-D）。SDHA 含共價結合的 FAD，SDHB 含三個 Fe-S clusters，SDHC/D 為膜錨定亞基含 heme b 和 UQ 結合位。不泵質子。Germline 突變（特別是 SDHB）導致遺傳性副神經節瘤/嗜鉻細胞瘤（Baysal et al., Science 2000），機制為 succinate 累積抑制 PHD → HIF-1α 穩定化。
Complex III（cytochrome bc₁ complex）：透過 Q 循環（Q cycle, Mitchell 1975）放大質子泵送效率。UQH₂ 在 Qo 位點被氧化：一個電子經 Rieske Fe-S protein 和 cyt c₁ 傳給 cyt c（高電位路徑），另一個電子經 cyt bL → cyt bH 傳給 Qi 位點的 UQ（低電位路徑），分兩輪完成：淨結果為 UQH₂ + 2H⁺(matrix) + 2cyt c(ox) → UQ + 4H⁺(IMS) + 2cyt c(red)。Q 循環中 Qo 位點的 semiquinone 中間體是 Complex III 產生 O₂⁻· 的來源。Antimycin A 結合 Qi 位點阻斷低電位路徑。
Complex IV（cytochrome c oxidase, CcO）：13個亞基（人類），催化中心含 binuclear center（heme a₃ 和 CuB）進行四電子還原 O₂ → 2H₂O，避免部分還原產生 ROS。電子路徑：cyt c → CuA → heme a → heme a₃-CuB → O₂。每對電子泵出 2H⁺（加上 2H⁺ 被消耗於水的形成，經 K-pathway 和 D-pathway 傳輸）。CN⁻、CO 和 H₂S 與 heme a₃ 的 Fe²⁺ 結合而抑制。
超複合體（Supercomplexes / Respirasomes）
Cryo-EM 結構（Letts et al., Nature 2016）揭示 Complex I、III₂ 和 IV 形成超複合體（respirasome），可能藉由 substrate channeling 提高電子傳遞效率並減少 ROS 產生。Cardiolipin（雙磷脂醯甘油）是維持超複合體穩定性的關鍵脂質，Barth syndrome 患者因 tafazzin 突變導致 cardiolipin 重塑缺陷，引起粒線體心肌病。
質子動力（Proton-Motive Force, Δp）
Δp = Δψ − (2.303RT/F)ΔpH，正常條件下約 180-200 mV（Δψ 約 150 mV，ΔpH 貢獻約 30-50 mV）。Δp 的大小決定 ATP synthase 的驅動力和 ROS 產生速率。