Ο μεταβολισμός των κυττάρων είναι ένας γενικός όρος που καλύπτει όλες τις χημικές αντιδράσεις που μετατρέπουν την ενέργεια ή χρησιμοποιούν ενέργεια μέσα σε ένα κύτταρο. Τα κύτταρα των ανθρώπων και πολλών άλλων πολυκυτταρικών οργανισμών χρησιμοποιούν τη διαδικασία της αερόβιας αναπνοής για να μετατρέψουν τα τρόφιμα σε ενέργεια. Τα φυτά και ορισμένοι μικροοργανισμοί εκτελούν τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Άλλοι οργανισμοί χρησιμοποιούν αναερόβια αναπνοή ή ζύμωση, τύποι κυτταρικού μεταβολισμού που δεν απαιτούν οξυγόνο.
Δύο τύποι χημικών αντιδράσεων συμβαίνουν στο μεταβολισμό των κυττάρων, οι καταβολικές αντιδράσεις και οι αναβολικές αντιδράσεις. Οι καταβολικές αντιδράσεις παράγουν ενέργεια για τη χρήση του κυττάρου, ενώ οι αναβολικές αντιδράσεις απαιτούν ενέργεια για τη δημιουργία μορίων που είναι απαραίτητα για να συνεχίσει τη λειτουργία του κυττάρου. Τα κύτταρα αποθηκεύουν ενέργεια με τη μορφή τριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP), η οποία δημιουργείται από καταβολικές αντιδράσεις και χρησιμοποιείται από αναβολικές αντιδράσεις.
Η αερόβια αναπνοή διασπά οργανικές πηγές άνθρακα, όπως υδατάνθρακες, πρωτεΐνες και λίπη. Πρώτον, η διαδικασία της γλυκόλυσης διασπά ένα μόριο γλυκόζης – ένα σάκχαρο με έξι άτομα άνθρακα – σε δύο μόρια πυροσταφυλικού, δύο μόρια μειωμένου νικοτιναμιδίου αδενινικού δινουκλεοτιδίου (NADH) και δύο μόρια ATP. Ο κύκλος του Kreb, που ονομάζεται επίσης κύκλος κιτρικού οξέος (CAC) ή κύκλος τρικαρβοξυλικού οξέος (TCA), διασπά περαιτέρω το πυροσταφυλικό που δημιουργήθηκε κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό, δημιουργώντας δύο ακόμη μόρια ATP στη διαδικασία. Ένας μηχανισμός που ονομάζεται αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων μεταφέρει άτομα υδρογόνου από το NADH στο οξυγόνο. Αυτή η μεταφορά απελευθερώνει ενέργεια, η οποία χρησιμοποιείται για τη δημιουργία 34 ακόμη μορίων ΑΤΡ.
Η γλυκόλυση και ο κύκλος του Kreb λαμβάνουν χώρα με τον ίδιο τρόπο στην αναερόβια αναπνοή όπως συμβαίνει στην αερόβια αναπνοή. Στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων, ωστόσο, ανόργανα μόρια – μόρια που δεν περιέχουν άνθρακα – χρησιμοποιούνται ως δέκτης ηλεκτρονίων αντί οξυγόνου. Ο τύπος του ανόργανου μορίου που χρησιμοποιείται εξαρτάται από τον οργανισμό. Για παράδειγμα, ορισμένοι οργανισμοί χρησιμοποιούν ενώσεις που περιέχουν θείο και ορισμένοι χρησιμοποιούν ενώσεις που περιέχουν άζωτο. Η αναερόβια αναπνοή παράγει συνολικά 36 μόρια ATP, σε αντίθεση με τα 38 για αερόβια αναπνοή.
Η ζύμωση είναι μια άλλη μορφή αναερόβιου μεταβολισμού, αλλά σε αντίθεση με την αναερόβια αναπνοή, δεν περιλαμβάνει αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων ή τον κύκλο του Kreb. Η γλυκόλυση διασπά οργανικά μόρια για να δημιουργήσει ενέργεια. Δεδομένου ότι η γλυκόλυση είναι η μόνη αντίδραση που λαμβάνει χώρα κατά τη ζύμωση, παράγει μόνο δύο μόρια ΑΤΡ ανά μόριο γλυκόζης.
Τα φυτά και ορισμένοι μικροοργανισμοί, που όλοι ταξινομούνται ως φωτοαυτοτροφία, αποκτούν την ενέργειά τους από μια μορφή μεταβολισμού των κυττάρων που ονομάζεται φωτοσύνθεση και όχι από την αναπνοή. Οι φωτοαυτότροφοι παίρνουν ενέργεια από το φως και τη μετατρέπουν σε χημική ενέργεια με τη μορφή ATP. Τα κύτταρα στη συνέχεια χρησιμοποιούν το ATP για να μετατρέψουν το διοξείδιο του άνθρακα σε γλυκόζη και άλλα θρεπτικά συστατικά που χρειάζεται ο οργανισμός.