ATP wordt gemaakt door het enzym ATP synthase. Zowel de structuur van dit enzym als zijn onderliggende gen zijn opmerkelijk gelijkaardig in alle bekende vormen van leven. De Calvijncyclus is een van de belangrijkste onderdelen van fotosynthese.
ATP synthase wordt aangedreven door een transmembrane elektrochemische potentiaalgradiënt, meestal in de vorm van een protongradiënt. De functie van de elektronentransportketen is om deze gradiënt te produceren. In alle levende organismen, wordt een reeks redoxreacties gebruikt om een transmembrane elektrochemische potentiële gradiënt, of een zogenaamde Proton motive force (PMF) te produceren.
redoxreacties zijn chemische reacties waarbij elektronen worden overgebracht van een donormolecuul naar een acceptormolecuul. De onderliggende kracht die deze reacties drijft is de Gibbs vrije energie van de reagentia en producten. De vrije energie van Gibbs is de beschikbare energie (“vrij”) om te werken. Elke reactie die de totale Gibbs vrije energie van een systeem vermindert zal spontaan verlopen (gezien het feit dat het systeem is isobarisch en ook adiabatisch), hoewel de reactie langzaam kan verlopen als het kinetisch wordt geremd.
de overdracht van elektronen van een hoog-energetisch molecuul (de donor) naar een laag-energetisch molecuul (de acceptor) kan ruimtelijk gescheiden worden in een reeks redoxreacties. Dit is een elektronentransportketen.
het feit dat een reactie thermodynamisch mogelijk is, betekent niet dat deze daadwerkelijk zal optreden. Een mengsel van waterstofgas en zuurstofgas ontbrandt niet spontaan. Het is noodzakelijk om ofwel een activeringsenergie te leveren ofwel de intrinsieke activeringsenergie van het systeem te verlagen, om de meeste biochemische reacties in een nuttig tempo te laten verlopen. Levende systemen gebruiken complexe macromoleculaire structuren om de activeringsenergieën van biochemische reacties te verlagen.
Het is mogelijk om een thermodynamisch gunstige reactie (een overgang van een hoge energietoestand naar een lagere energietoestand) te koppelen aan een thermodynamisch ongunstige reactie (zoals een scheiding van ladingen, of het creëren van een osmotische gradiënt), zodanig dat de totale vrije energie van het systeem afneemt (waardoor het thermodynamisch mogelijk is), terwijl tegelijkertijd nuttig werk wordt gedaan. Het principe dat biologische macromoleculen een thermodynamisch ongunstige reactie katalyseren dan en slechts als een thermodynamisch gunstige reactie gelijktijdig optreedt, ligt ten grondslag aan alle bekende levensvormen.
Elektronentransportketens (meest bekend als ETC) produceren energie in de vorm van een transmembraanelektrochemische potentiaalgradiënt. Deze energie wordt gebruikt om nuttig werk te doen. De gradiënt kan worden gebruikt om moleculen over membranen te vervoeren. Het kan worden gebruikt om mechanisch werk te doen, zoals roterende bacteriële flagella. Het kan worden gebruikt om ATP en NADPH, high-energy molecules te produceren die voor de groei noodzakelijk zijn.