Ląstelių kvėpavimas yra procesas, kurio metu maisto molekulės naudojamos ląstelių energijai gaminti. Jis gali būti aerobinis, kai yra deguonies, arba anaerobinis, kai deguonies nėra, o procesui skatinti reikalingas cukrus, pvz., gliukozė. Aerobinis ląstelių kvėpavimas paprastai vyksta eukariotinėse ląstelėse, ląstelėse, kurios randamos augaluose ir gyvūnuose. Dalyvaujantys medžiagų apykaitos procesai vyksta mažytėse ląstelės viduje esančiose struktūrose, vadinamose mitochondrijomis. Pradedant nuo gliukozės ir tęsiant cheminių reakcijų seriją, ląstelių kvėpavimas leidžia gaminti biocheminę energiją, vadinamą adenozino trifosfatu (ATP).
Mitochondrijos, mažyčiai ląstelių organai arba organelės, kuriose vyksta aerobinis ląstelių kvėpavimas, yra beveik visose eukariotinėse ląstelėse. Ląstelėse, kurioms reikia didesnių energijos poreikių, pavyzdžiui, smegenų ląstelėse, yra daugiau mitochondrijų. Prieš prasidedant ląsteliniam kvėpavimui, pradinis etapas, žinomas kaip glikolizė, vyksta už mitochondrijos ribų, ląstelės citoplazmoje. Citoplazma yra gelio pavidalo medžiaga, kuri užpildo ląstelę ir kurioje yra organelės, tokios kaip mitochondrijos.
Glikolizė yra metabolinė reakcija, kurios metu suskaidoma gliukozė ir susidaro dvi piruvinės rūgšties ir dvi redukuoto nikotinamido adenino dinukleotido (NADH) molekulės. Šis procesas yra pradinis etapas, vykstantis ląstelėse prieš anaerobinį arba aerobinį ląstelių kvėpavimą. Glikolizei nereikia deguonies ir, nors proceso metu naudojamos dvi ATP molekulės, susidaro keturios, todėl gaunama dviejų ATP molekulių grynoji prieaugis. Tada piruvo rūgštis ir NADH patenka į mitochondrijas, kur piruvo rūgštis paverčiama medžiaga, vadinama acetil CoA. Norint pernešti NADH į mitochondrijas, reikia energijos, todėl prarandami du ATP.
Tada vyksta du aerobinio ląstelių kvėpavimo etapai, žinomi kaip Krebso ciklas arba citrinos rūgšties ciklas ir elektronų transportavimo grandinė. Acetil CoA patenka į Krebso ciklą, kuris gamina redukuotą flavino adenino dinukleotidą (FADH2) ir NADH kartu su ATP. Tada FADH2 ir NADH perneša elektronus į elektronų transportavimo grandinę, kur jie oksiduojami ir susidaro daugiau ATP. Apskritai, atsižvelgiant į pradinį dviejų ATP praradimą, mitochondrijose vykstančios reakcijos gamina 36 ATP molekules.
Vanduo ir anglies dioksidas yra aerobinio ląstelių kvėpavimo atliekos. Anglies dioksidas jungiasi su vandeniu, kad susidarytų anglies rūgštis, todėl kraujas tampa rūgštesnis. Tai atlieka svarbų vaidmenį palaikant kraujo pH. Kvėpavimas nuolat šalina iš organizmo anglies dvideginį, neleidžiant kraujui per daug rūgštėti.