ATP: tä valmistaa ATP-syntaasientsyymi. Sekä tämän entsyymin rakenne että sen taustalla oleva geeni ovat huomattavan samanlaisia kaikissa tunnetuissa elämänmuodoissa. Calvinin kierto on yksi fotosynteesin tärkeimmistä osista.
ATP-syntaasin voimanlähteenä on transmembraaninen sähkökemiallinen potentiaaligradientti, joka on yleensä protonigradientti. Elektroninsiirtoketjun tehtävä on tuottaa tämä gradientti. Kaikissa elävissä eliöissä käytetään sarjaa redox-reaktioita transmembraanisen sähkökemiallisen potentiaaligradientin eli niin sanotun protonimotiivivoiman (PMF) tuottamiseen.
Redox-reaktiot ovat kemiallisia reaktioita, joissa elektroneja siirtyy luovuttajamolekyyliltä vastaanottajamolekyylille. Näitä reaktioita ajava voima on reaganttien ja tuotteiden Gibbsin vapaa energia. Gibbsin vapaa energia on energiaa, joka on käytettävissä (”vapaa”) työn tekemiseen. Mikä tahansa systeemin Gibbsin vapaata kokonaisenergiaa vähentävä reaktio etenee spontaanisti (ottaen huomioon, että systeemi on Isobaarinen ja myös adiabaattinen), joskin reaktio voi edetä hitaasti, jos se on kineettisesti estynyt.
elektronien siirto suurienergiaiselta molekyyliltä (luovuttajalta) pienenergiaiselle molekyylille (vastaanottajalta) voidaan spatiaalisesti erottaa välivaiheen redox-reaktiosarjaksi. Tämä on elektroninsiirtoketju.
se, että reaktio on termodynaamisesti mahdollinen, ei tarkoita, että se todella tapahtuisi. Vetykaasun ja happikaasun seos ei syty itsestään. On tarpeen joko antaa aktivointienergiaa tai alentaa systeemin sisäistä aktivointienergiaa, jotta useimmat biokemialliset reaktiot etenisivät käyttökelpoisella nopeudella. Elävät järjestelmät käyttävät monimutkaisia makromolekyylirakenteita alentamaan biokemiallisten reaktioiden aktivaatioenergioita.
on mahdollista parittaa termodynaamisesti suotuisa reaktio (siirtyminen korkeaenergiatilasta matalaenergiatilaan) termodynaamisesti epäedulliseen reaktioon (kuten varausten erottaminen tai osmoottisen gradientin luominen) siten, että systeemin yleinen vapaa energia pienenee (jolloin se on termodynaamisesti mahdollista), samalla kun tehdään hyödyllistä työtä. Periaate, jonka mukaan biologiset makromolekyylit katalysoivat termodynaamisesti epäsuotuisaa reaktiota, jos ja vain jos termodynaamisesti suotuisa reaktio tapahtuu samanaikaisesti, on kaikkien tunnettujen elämänmuotojen taustalla.
Elektroninsiirtoketjut (tunnetuimpana ETC) tuottavat energiaa transmembraanisena sähkökemiallisena potentiaaligradienttina. Tämä energia käytetään hyödylliseen työhön. Gradientin avulla voidaan kuljettaa molekyylejä kalvojen yli. Sillä voidaan tehdä mekaanista työtä, kuten pyörivää bakteeriflagellaa. Siitä voidaan valmistaa ATP: tä ja NADPH: ta, korkeaenergisiä molekyylejä, jotka ovat välttämättömiä kasvulle.