ATP jest wytwarzana przez enzym zwany syntazą ATP. Zarówno struktura tego enzymu, jak i jego genu są niezwykle podobne we wszystkich znanych formach życia. Cykl Calvina jest jedną z najważniejszych części fotosyntezy.
syntaza ATP jest zasilana przez transbłonowy elektrochemiczny gradient potencjału, zwykle w postaci gradientu protonu. Zadaniem łańcucha transportu elektronów jest wytworzenie tego gradientu. We wszystkich organizmach żywych seria reakcji redoks jest używana do wytworzenia przezbłonowego gradientu potencjału elektrochemicznego lub tak zwanej siły napędowej protonu (pmf).
reakcje redoks to reakcje chemiczne, w których elektrony są przenoszone z cząsteczki donora do cząsteczki akceptora. Podstawową siłą napędzającą te reakcje jest energia swobodna Gibbsa reagentów i produktów. Wolna energia Gibbsa jest energią dostępną („wolną”) do pracy. Każda reakcja, która zmniejsza ogólną energię swobodną Gibbsa układu, będzie przebiegać spontanicznie (biorąc pod uwagę, że układ jest izobaryczny, a także adiabatyczny), chociaż reakcja może przebiegać powoli, jeśli jest kinetycznie hamowana.
przeniesienie elektronów z cząsteczki o wysokiej energii (dawcy) do cząsteczki o niższej energii (akceptora) można podzielić przestrzennie na szereg pośrednich reakcji redoks. To łańcuch transportu elektronów.
fakt, że reakcja jest termodynamicznie możliwa, nie oznacza, że faktycznie nastąpi. Mieszanina wodoru i tlenu nie zapala się samoistnie. Konieczne jest albo dostarczenie energii aktywacji, albo obniżenie wewnętrznej energii aktywacji systemu, aby większość reakcji biochemicznych przebiegała w użytecznym tempie. Żywe systemy wykorzystują złożone struktury makromolekularne do obniżenia energii aktywacji reakcji biochemicznych.
możliwe jest połączenie termodynamicznie korzystnej reakcji (przejście ze stanu o wysokiej energii do stanu o niższej energii) w termodynamicznie niekorzystną reakcję (taką jak oddzielenie ładunków lub utworzenie gradientu osmotycznego), w taki sposób, że ogólna energia swobodna układu zmniejsza się (co czyni ją termodynamicznie możliwą), podczas gdy użyteczna praca jest wykonywana w tym samym czasie. Zasada, że makrocząsteczki biologiczne katalizują termodynamicznie niekorzystną reakcję wtedy i tylko wtedy, gdy termodynamicznie korzystna reakcja zachodzi jednocześnie, leży u podstaw wszystkich znanych form życia.
Łańcuchy transportu elektronów (najbardziej znane jako ETC) wytwarzają energię w postaci przezbłonowego gradientu potencjału elektrochemicznego. Ta energia jest wykorzystywana do użytecznej pracy. Gradient może być używany do transportu cząsteczek przez błony. Może być używany do wykonywania prac mechanicznych, takich jak obracanie wici bakteryjnej. Może być stosowany do produkcji ATP i NADPH, wysokoenergetycznych cząsteczek, które są niezbędne do wzrostu.