Fotoheterotrofii generează ATP folosind lumina, într-unul din două moduri: folosesc un centru de reacție bazat pe bacterioclorofilă sau folosesc o bacteriodopsină. Mecanismul bazat pe clorofilă este similar cu cel utilizat în fotosinteză, în care lumina excită moleculele dintr-un centru de reacție și determină un flux de electroni printr-un lanț de transport al electronilor (ETS). Acest flux de electroni prin proteine face ca ionii de hidrogen să fie pompați prin intermediul unei membrane. Energia stocată în acest gradient de protoni este utilizată pentru a stimula sinteza ATP. Spre deosebire de fotoautotrofe, electronii circulă doar pe o cale ciclică: electronii eliberați din centrul de reacție trec prin ETS și se întorc la centrul de reacție. Aceștia nu sunt utilizați pentru a reduce niciun compus organic. Bacteriile purpurii fără sulf, bacteriile verzi fără sulf și heliobacteriile sunt exemple de bacterii care realizează această schemă de fotoheterotrofie.
Alte organisme, inclusiv halobacteriile și flavobacteriile și vibrionii, au pompe de protoni pe bază de rodopsină purpurie care le completează alimentarea cu energie. Versiunea arheală se numește bacteriorhodopsină, în timp ce versiunea eubacteriană se numește proteorhodopsină. Pompa este formată dintr-o singură proteină legată de un derivat al vitaminei A, retinal. Pompa poate avea pigmenți accesorii (de exemplu, carotenoizi) asociați cu proteina. Atunci când lumina este absorbită de molecula de retinal, molecula se izomerizează. Acest lucru determină proteina să își schimbe forma și să pompeze un proton peste membrană. Gradientul de ioni de hidrogen poate fi apoi utilizat pentru a genera ATP, pentru a transporta soluturi prin membrană sau pentru a acționa un motor flagelar. O anumită flavobacterie nu poate reduce dioxidul de carbon cu ajutorul luminii, dar folosește energia din sistemul său de rodopsină pentru a fixa dioxidul de carbon prin fixare anaplerotică. Flavobacteria este încă heterotrofă, deoarece are nevoie de compuși de carbon redus pentru a trăi și nu poate subzista doar cu lumină și CO2. Ea nu poate efectua reacții de forma
n CO2 + 2n H2D + fotoni → (CH2O)n + 2n D + n H2O,
unde H2D poate fi apă, H2S sau un alt compus/compuși care furnizează electronii reducători și protonii; perechea 2D + H2O reprezintă o formă oxidată.
Cu toate acestea, poate fixa carbonul în reacții ca:
CO2 + piruvat + ATP (de la fotoni) → malat + ADP +Pi
unde malatul sau alte molecule utile sunt altfel obținute prin descompunerea altor compuși prin
carbohidrat + O2 → malat + CO2 + energie.
Această metodă de fixare a carbonului este utilă atunci când compușii cu carbon redus sunt puțini și nu pot fi irosiți sub formă de CO2 în timpul interconversiilor, dar energia este abundentă sub formă de lumină solară.
.