ATP tillverkas av ett enzym som kallas ATP-syntas. Både strukturen hos detta enzym och dess underliggande gen är anmärkningsvärt lika i alla kända livsformer. Calvin-cykeln är en av de viktigaste delarna av fotosyntesen.
ATP-syntas drivs av en transmembran elektrokemisk potentiell gradient, vanligtvis i form av en protongradient. Elektrontransportkedjans funktion är att producera denna gradient. I alla levande organismer används en serie redoxreaktioner för att producera en transmembran elektrokemisk potentiell gradient, eller en så kallad protonmotivkraft (pmf).
redoxreaktioner är kemiska reaktioner där elektroner överförs från en givarmolekyl till en acceptormolekyl. Den underliggande kraften som driver dessa reaktioner är Gibbs fria energi från reaktanterna och produkterna. Gibbs free energy är den energi som finns tillgänglig (”gratis”) för att göra arbete. Varje reaktion som minskar den totala Gibbs-fria energin i ett system kommer att fortsätta spontant (med tanke på att systemet är isobariskt och även adiabatiskt), även om reaktionen kan fortsätta långsamt om den kinetiskt hämmas.
överföringen av elektroner från en högenergimolekyl (givaren) till en lägre energimolekyl (acceptorn) kan rumsligt separeras i en serie mellanliggande redoxreaktioner. Detta är en elektrontransportkedja.
det faktum att en reaktion är termodynamiskt möjlig betyder inte att den faktiskt kommer att inträffa. En blandning av vätgas och syrgas antänds inte spontant. Det är nödvändigt att antingen leverera en aktiveringsenergi eller att sänka systemets inneboende aktiveringsenergi för att få de flesta biokemiska reaktioner att fortsätta med en användbar hastighet. Levande system använder komplexa makromolekylära strukturer för att sänka aktiveringsenergierna för biokemiska reaktioner.
det är möjligt att koppla en termodynamiskt gynnsam reaktion (en övergång från ett högenergitillstånd till ett lägre energitillstånd) till en termodynamiskt ogynnsam reaktion (såsom en separation av laddningar eller skapandet av en osmotisk gradient) på ett sådant sätt att systemets totala fria energi minskar (vilket gör det termodynamiskt möjligt), medan användbart arbete görs samtidigt. Principen att biologiska makromolekyler katalyserar en termodynamiskt ogynnsam reaktion om och endast om en termodynamiskt gynnsam reaktion inträffar samtidigt ligger till grund för alla kända livsformer.
Elektrontransportkedjor (mest kända som ETC) producerar energi i form av en transmembran elektrokemisk potentiell gradient. Denna energi används för att göra användbart arbete. Gradienten kan användas för att transportera molekyler över membran. Det kan användas för att göra mekaniskt arbete, såsom roterande bakteriell flagella. Det kan användas för att producera ATP och NADPH, högenergimolekyler som är nödvändiga för tillväxt.