I fotoeterotrofi generano ATP usando la luce, in uno dei due modi: usano un centro di reazione basato sulla clorofilla, o usano una rodopsina posteriore. Il meccanismo basato sulla clorofilla è simile a quello usato nella fotosintesi, dove la luce eccita le molecole in un centro di reazione e causa un flusso di elettroni attraverso una catena di trasporto degli elettroni (ETS). Questo flusso di elettroni attraverso le proteine causa il pompaggio di ioni idrogeno attraverso una membrana. L’energia immagazzinata in questo gradiente protonico è usata per guidare la sintesi di ATP. A differenza dei fotoautotrofi, gli elettroni scorrono solo in un percorso ciclico: gli elettroni rilasciati dal centro di reazione scorrono attraverso l’ETS e ritornano al centro di reazione. Non vengono utilizzati per ridurre i composti organici. I batteri viola non solforati, i batteri verdi non solforati e gli eliobatteri sono esempi di batteri che realizzano questo schema di fotoeterotrofia.

Altri organismi, compresi gli alobatteri e i flavobatteri e i vibrioni hanno pompe protoniche basate sulla rodopsina viola che integrano il loro approvvigionamento energetico. La versione arcaica è chiamata bacteriorhodopsin, mentre la versione eubatterica è chiamata proteorhodopsin. La pompa consiste in una singola proteina legata a un derivato della vitamina A, il retinale. La pompa può avere pigmenti accessori (per esempio, carotenoidi) associati alla proteina. Quando la luce viene assorbita dalla molecola di retina, la molecola si isomerizza. Questo spinge la proteina a cambiare forma e a pompare un protone attraverso la membrana. Il gradiente di ioni idrogeno può quindi essere usato per generare ATP, trasportare soluti attraverso la membrana o guidare un motore flagellare. Un particolare flavobatterio non può ridurre l’anidride carbonica usando la luce, ma usa l’energia del suo sistema di rodopsina per fissare l’anidride carbonica attraverso la fissazione anaplerotica. Il flavobatterio è ancora un eterotrofo perché ha bisogno di composti di carbonio ridotti per vivere e non può sussistere solo con luce e CO2. Non può realizzare reazioni nella forma di

n CO2 + 2n H2D + fotoni → (CH2O)n + 2n D + n H2O,

dove H2D può essere acqua, H2S o un altro composto/composti che fornisce gli elettroni e i protoni riducenti; la coppia 2D + H2O rappresenta una forma ossidata.

Tuttavia, può fissare il carbonio in reazioni come:

CO2 + piruvato + ATP (da fotoni) → malato + ADP +Pi

dove il malato o altre molecole utili sono altrimenti ottenute scindendo altri composti da

carboidrato + O2 → malato + CO2 + energia.

Diagramma di flusso per determinare se una specie è autotrofa, eterotrofa, o un sottotipo

Questo metodo di fissazione del carbonio è utile quando i composti di carbonio ridotto sono scarsi e non possono essere sprecati come CO2 durante le interconversioni, ma l’energia è abbondante sotto forma di luce solare.