ATP este produsă de o enzimă numită ATP sintază. Atât structura acestei enzime, cât și gena sa subiacentă sunt remarcabil de similare în toate formele de viață cunoscute. Ciclul Calvin este una dintre cele mai importante părți ale fotosintezei.
ATP sintaza este alimentată de un gradient de potențial electrochimic transmembranar, de obicei sub forma unui gradient de protoni. Funcția lanțului de transport al electronilor este de a produce acest gradient. În toate organismele vii, o serie de reacții redox este utilizată pentru a produce un gradient de potențial electrochimic transmembranar sau o așa-numită forță motrice protonică (pmf).
reacțiile Redox sunt reacții chimice în care electronii sunt transferați de la o moleculă donatoare la o moleculă acceptoare. Forța care stă la baza acestor reacții este energia liberă Gibbs a reactanților și a produselor. Energia liberă Gibbs este energia disponibilă („gratuită”) pentru a lucra. Orice reacție care scade energia liberă Gibbs generală a unui sistem va continua spontan (având în vedere că sistemul este izobaric și, de asemenea, adiabatic), deși reacția poate continua încet dacă este inhibată cinetic.
transferul electronilor de la o moleculă de energie mare (donatorul) la o moleculă de energie mai mică (acceptorul) poate fi separat spațial într-o serie de reacții redox intermediare. Acesta este un lanț de transport de electroni.
faptul că o reacție este posibilă termodinamic nu înseamnă că va avea loc de fapt. Un amestec de hidrogen gazos și oxigen gazos nu se aprinde spontan. Este necesar fie să furnizați o energie de activare, fie să reduceți energia de activare intrinsecă a sistemului, pentru a face ca majoritatea reacțiilor biochimice să se desfășoare într-un ritm util. Sistemele vii folosesc structuri macromoleculare complexe pentru a reduce energiile de activare ale reacțiilor biochimice.
este posibil să se cupleze o reacție favorabilă termodinamic (o tranziție de la o stare de energie înaltă la o stare de energie mai mică) la o reacție nefavorabilă termodinamic (cum ar fi o separare a sarcinilor sau crearea unui gradient osmotic), în așa fel încât energia liberă totală a sistemului să scadă (făcându-l posibil termodinamic), în timp ce munca utilă se face în același timp. Principiul conform căruia macromoleculele biologice catalizează o reacție nefavorabilă termodinamic dacă și numai dacă apare simultan o reacție favorabilă termodinamic, stă la baza tuturor formelor de viață cunoscute.
lanțurile de transport de electroni (cele mai cunoscute sub numele de ETC) produc Energie sub forma unui gradient de potențial electrochimic transmembranar. Această energie este folosită pentru a face o muncă utilă. Gradientul poate fi utilizat pentru transportul moleculelor peste membrane. Poate fi folosit pentru a face lucrări mecanice, cum ar fi flagelul bacterian Rotativ. Poate fi folosit pentru a produce ATP și NADPH, molecule de mare energie care sunt necesare pentru creștere.