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生体膜における溶質の輸送やATP合成の直接のエネルギー源として，膜を隔てたH+の電気化学ポテンシャル(プロトン駆動力)が用いられる(→化学浸透説)．H+輸送はプロトン-ATPase (→プロトンポンプ)によるほか，電子伝達系においては酸化還元エネルギーを利用しても行われる．シトクロムb6f複合体(ミトコンドリアや光合成細菌ではシトクロムbc1複合体)，複合体Ⅰ(NADH-ユビキノンレダクターゼ)，シトクロムcオキシダーゼ，光化学系Ⅱなどがその例である．
一般に，H+輸送の機構には，ループ機構とポンプ機構がある．ループ機構では，一連の酸化還元反応によって膜の一方でH+が吸収され，反対側でH+が放出されることにより，H+輸送が起こる．ポンプ機構では，光吸収や酸化還元に伴うタンパク質の構造変化によりH+が輸送される．
ループ機構でプロトン輸送を行うタンパク質の代表は光化学系Ⅱである．チラコイド内腔でH+を発生し(2H2O→4H+ + O2 + 4e-)，外側でプラストキノンの還元にH+を消費する(PQ + 2H+ + 2e-→PQH2)ことにより，ループ機構でH+を輸送している．また，シトクロムb6f複合体(bc1複合体)によるH+輸送も，
典型的なループ機構によることが明らかになっており，Qサイクルモデルと呼ばれている．
ポンプ機構で光依存的にプロトンを輸送するタンパク質としては，バクテリオロドプシンがある．バクテリオロドプシンはレチナール色素を結合したレチナールタンパク質で，光エネルギーを利用してH+を輸送する．これは光エネルギーにより色素が異性化し，これに伴ってタンパク質のコンホメーション変化が起こることによるもので，ポンプ機構の代表例である．その他に，シトクロムcオキシダーゼや複合体IによるH+輸送もポンプ機構によると考えられている．(→ATP合成酵素）
