L'adenosina difosfato e l'adenosina trifosfato sono molecole organiche, note come nucleotidi, presenti in tutte le cellule vegetali e animali. L'ADP viene convertito in ATP per lo stoccaggio di energia mediante l'aggiunta di un gruppo fosfato ad alta energia. La conversione avviene nella sostanza tra la membrana cellulare e il nucleo, noto come citoplasma, o in speciali strutture che producono energia chiamate mitocondri.
Equazione chimica

La conversione di ADP in ATP può essere scritta come ADP + Pi + energia → ATP o, in inglese, adenosina difosfato più fosfato inorganico più energia dà adenosina trifosfato. L'energia è immagazzinata nella molecola di ATP nei legami covalenti tra il gruppo fosfato, in particolare nel legame tra il secondo e il terzo gruppo fosfato, noto come legame pirofosfato.
Fosforilazione chemioosmotica

La conversione di ADP in L'ATP nelle membrane interne dei mitocondri è tecnicamente noto come fosforilazione chemiosmotica. Le sacche membranose sulle pareti dei mitrocondri contengono circa 10.000 catene di enzimi, che derivano energia da molecole alimentari o fotosintesi - la sintesi di molecole organiche complesse da anidride carbonica, acqua e sali inorganici - nelle piante, attraverso ciò che è noto come il trasporto di elettroni catena.
ATP Synthase

L'ossidazione cellulare in un ciclo di reazioni metaboliche catalizzate da enzimi, noto come ciclo di Krebs, crea un accumulo di particelle cariche negativamente chiamate elettroni, che spinge ioni idrogeno carichi positivamente, o protoni, attraverso la membrana mitocondriale interna nella camera interna. L'energia liberata dal potenziale elettrico attraverso la membrana fa sì che un enzima, noto come ATP sintasi, si leghi all'ADP. L'ATP sintasi è un enorme complesso molecolare e la sua funzione è quella di catalizzare l'aggiunta di un terzo gruppo fosforo per formare l'ATP. Un singolo complesso ATP sintasi può generare oltre 100 molecole di ATP al secondo.
Batteria ricaricabile

Le cellule viventi usano l'ATP come se fosse alimentata da una batteria ricaricabile. La conversione di ADP in ATP aggiunge potenza, mentre quasi tutti gli altri processi cellulari comportano la rottura dell'ATP e tendono a scaricare energia. Nel corpo umano, una tipica molecola di ATP entra nei mitocondri per ricaricarsi come ADP migliaia di volte al giorno, in modo tale che la concentrazione di ATP in una cellula tipica sia circa 10 volte superiore a quella dell'ADP. I muscoli scheletrici richiedono grandi quantità di energia per il lavoro meccanico, quindi le cellule muscolari contengono più mitocondri rispetto alle cellule di altri tipi di tessuti.