结构生物化学/氧化磷酸化循环（电子传递链循环）
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在线粒体基质和膜间隙之间，在内膜内，有 5 种复合物参与氧化磷酸化循环，也称为电子传递链循环。
- 在复合物 I - NADH 脱氢酶：NADH 被氧化为 NAD+：这个过程释放电子，这些电子被 FMN（黄素单核苷酸）运输到 Fe-S 中心（类似于血红蛋白的血红素基团），并将 Q（泛醌）还原为 QH2（泛醇）。此外，还有 4 个质子从基质泵入膜间隙。
- 在复合物 II - 琥珀酸脱氢酶：琥珀酸被氧化为延胡索酸：这个过程释放电子，将 FAD 还原为 FADH2，FADH2 将原始电子传递到 Q（泛醌）并将其还原为 QH2（泛醇）。再次，质子被泵入膜间隙。
- 在复合物 III - 泛醌细胞色素 c 氧化还原酶：Q 循环将电子从 QH2 传递到细胞色素 c（cyt c）。
- 在复合物 IV - 细胞色素氧化酶：cyt c 将电子传递到氧气 O2（在 Cu-S 中心和血红素的帮助下）。在这里，水被释放，证明了氧气在有氧呼吸中的作用。再次，质子被泵入膜间隙。
- 在复合物 V - ATP 合成酶：现在，泵入膜间隙的质子返回基质，一个旋转复合物承担着将线粒体中的 ADP 和无机磷酸结合成 ATP 用于细胞能量的工作。
当电子传递链传递电子并将 H+ 离子泵入膜间隙时，ATP 合成过程直到 ATP 合成酶才开始。氧化磷酸化的另一部分，在电子传递链之后，是 ATP 合成酶。ATP 合成酶是一种转运蛋白，由四个部分组成：定子、转子、内部杆和催化旋钮。
- 电子传递链泵入膜间隙的 H+ 离子首先会沿着它们的浓度梯度流过定子。定子固定在膜中。
- 然后，H+ 离子会结合到转子上，转子的形状有点像水轮。这种结合会导致转子改变形状，从而使其在膜内旋转。
- 转子的旋转会导致内部杆旋转，从而导致催化旋钮旋转。催化杆的旋转会导致杆中的催化位点将线粒体基质中的 ADP 和无机磷酸基团转化为 ATP。
总的来说，ATP 合成酶的功能就像水轮。当膜间隙中 H+ 离子的浓度高于基质中的浓度时，H+ 离子会沿着 ATP 合成酶向下流动并促进 ATP 合成酶的转子旋转。这会导致 ATP 合成酶的其他组分旋转。结果，ATP 可以从催化杆的催化位点生成。
化学渗透是离子跨膜沿其浓度梯度移动的过程。它将电子传递链和化学渗透耦合在一起，以产生 ATP。在电子传递链中，多蛋白结构将 H+ 离子泵出到膜间隙。随着 H+ 离子的泵出，膜间隙中 H+ 的浓度升高。结果，H+ 离子将开始通过 ATP 分子流回染色体基质。通过这种运动，ATP 合成酶的心脏转子将 ADP 转化为 ATP。