В 1905 году известный английский физиолог растений Фредерик Блэкман установил новые законы, по которым проходят процессы фотосинтеза. Он показал, что фотосинтез начинается уже при слабом освещении, а также то, что скорость фотосинтеза пропорциональна величине светового потока до определенного значения. Кроме того, Блэкманом была установлена зависимость скорости фотосинтеза от температуры.

На основании этих экспериментов Блэкман сделал вывод, что происходят два процесса, один из которых в значительной степени зависит от уровня освещения, но не зависит от температуры, а второй зависит от температуры и не зависит от уровня света.

В результате дальнейших исследований, в 1932 году, американскими биохимиками Р. Эмерсоном и В. Арнольдом было установлено, что темновая стадия во много раз длительнее световой.

Ученые пытались объяснить это тем, что во время световой вспышки растение запасает энергию, которая необходима для успешного хода каких-то темновых процессов, видимо, связанных с фиксацией в растении углекислого газа.

Этот процесс (в отличие от светового) идет медленно, и, пока он не завершится, бесполезно вводить в растение новые порции световой энергии. Позже, в 1954 году, американский биохимик Даниель Исраэль Арнон открыл процесс фотосинтетического фосфорилирования, при котором растениями синтезируется аденозинтрифосфат (АТФ), содержащий в себе большое количество энергии, которая затем может быть использована в результате его расщепления путем гидролиза. 

 АТФ состоит из трех фосфатных групп, остатков азотистого основания (аденина) и остатка сахара (рибозы). При разрыве фосфоангидридных и фосфоэфирной связей выделяется энергия. Фосфатные группы могут быть постадийно отщеплены путем растворения в воде (гидролиза) и образования ортофосфата или неорганического фосфата и аденозиндифосфата АДФ, а после расщепления АДФ и аденозинмонофосфата с выделением энергии на каждой стадии:

Фн - неорганический фосфат;   - изменение свободной энергии, выделяемой при отрыве концевой фосфатной группы.

Обычно клетки извлекают энергию из АТФ во время клеточного дыхания, отщепляя от его молекулы только одну фосфатную группу.

Исследования проблем фотосинтеза в основном были направлены на изучение многочисленных узких вопросов в биофизических и биохимических процессах, происходящих в клетках растений. В их числе изучение молекулярных механизмов биологического использования солнечной энергии, практического использования закономерностей соотношений длительностей темных и светлых стадий для повышения урожайности сельскохозяйственных культур и других целей.

Несмотря на большое внимание ученых к проблеме фотосинтеза, она из-за сложности протекающих процессов до конца не изучена, а установлены лишь определенные этапы, из которых два можно считать наиболее существенными:

• Процесс фотосинтеза происходит в виде двух стадий: световой и темновой;
• Конечным результатом фотосинтеза является аденозинтрифосфат (АТФ), обеспечивающийхранение и выделение больших количеств энергии.

Хемосинтез (хемолитоавтотрофия) - тип питания, свойственный некоторым бактериям, способным усваивать CO2 как единственный источник углерода за счёт энергии окисления неорганических соединений, был открыт в 1887 году С.Н.Виноградским. Сущностью этого процесса является то, что необходимая для жизни энергия выделяется в результате различных окислительно-восстановительных реакций. Это открытие в значительной степени изменило представление ученых об обмене веществ, происходящих в живых организмах.

Для получения энергии путем окислительно-восстановительных реакций бактериями окисляется водород, окись углерода, восстановленные соединения серы, железо, аммиак, нитриты, сурьма и другие вещества.

Наиболее многочисленной группой хемосинтезирующих организмов являются водородные бактерии, которые для выделения энергии осуществляют реакцию:

где (CH₂O) — условное обозначение образующихся органических веществ.

Биосинтез органических соединений при хемосинтезе осуществляется точно так же, как и при фотосинтезе, конечным результатом которого является АТФ. Другие живые организмы получают АТФ уже из растений, используя их в качестве продуктов питания.

Поэтому основными биохимическими реакциями, происходящими в живых организмах, следует считать те, которые направлены на обеспечение организма необходимой энергией, то есть синтез и расщепление АТФ.