Ląstelių metabolizmas yra bendras terminas, apimantis visas chemines reakcijas, kurios paverčia energiją arba naudoja energiją ląstelės viduje. Žmonių ir daugelio kitų daugialąsčių organizmų ląstelės naudoja aerobinio kvėpavimo procesą, kad maistą paverstų energija. Augalai ir kai kurie mikroorganizmai atlieka fotosintezės procesą. Kiti organizmai naudoja anaerobinį kvėpavimą arba fermentaciją – ląstelių metabolizmo tipus, kuriems nereikia deguonies.
Ląstelių metabolizme vyksta dviejų tipų cheminės reakcijos: katabolinės reakcijos ir anabolinės reakcijos. Katabolinės reakcijos gamina energiją ląstelei panaudoti, o anabolinėms reakcijoms reikia energijos, kad būtų sukurtos molekulės, reikalingos ląstelei toliau funkcionuoti. Ląstelės kaupia energiją adenozino trifosfato (ATP) pavidalu, kuris susidaro vykstant katabolinėms reakcijoms ir naudojamas anabolinėms reakcijoms.
Aerobinis kvėpavimas suardo organinius anglies šaltinius, tokius kaip angliavandeniai, baltymai ir riebalai. Pirma, glikolizės procesas suskaido gliukozės molekulę – cukrų, turintį šešis anglies atomus – į dvi piruvato molekules, dvi redukuoto nikotinamido adenino dinukleotido (NADH) molekules ir dvi ATP molekules. Krebo ciklas, dar vadinamas citrinos rūgšties ciklu (CAC) arba trikarboksirūgšties (TCA) ciklu, toliau skaido piruvatą, susidarantį glikolizės metu, į anglies dioksidą ir vandenį, taip sukuriant dar dvi ATP molekules. Mechanizmas, vadinamas elektronų transportavimo grandine, perkelia vandenilio atomus iš NADH į deguonį. Šis perdavimas išskiria energiją, kuri naudojama dar 34 ATP molekulėms sukurti.
Anaerobinio kvėpavimo metu glikolizė ir Krebo ciklas vyksta taip pat, kaip ir aerobinio kvėpavimo metu. Tačiau elektronų transportavimo grandinėje neorganinės molekulės – molekulės, kuriose nėra anglies – yra naudojamos kaip elektronų akceptorius vietoj deguonies. Naudojamos neorganinės molekulės tipas priklauso nuo organizmo. Pavyzdžiui, kai kurie organizmai naudoja sieros turinčius junginius, o kiti – azoto turinčius junginius. Anaerobinio kvėpavimo metu iš viso susidaro 36 ATP molekulės, o aerobinio kvėpavimo atveju – 38.
Fermentacija yra kita anaerobinio metabolizmo forma, tačiau skirtingai nei anaerobinis kvėpavimas, joje nėra elektronų transportavimo grandinės ar Krebo ciklo. Glikolizė skaido organines molekules, kad sukurtų energiją. Kadangi glikolizė yra vienintelė fermentacijos reakcija, ji gamina tik dvi ATP molekules vienoje gliukozės molekulėje.
Augalai ir kai kurie mikroorganizmai, kurie visi priskiriami fotoautotrofams, energiją gauna iš ląstelių metabolizmo formos, vadinamos fotosinteze, o ne kvėpuodami. Fotoautotrofai gauna energiją iš šviesos ir paverčia ją chemine energija ATP pavidalu. Tada ląstelės naudoja ATP, kad anglies dioksidą paverstų gliukoze ir kitomis organizmui reikalingomis maistinėmis medžiagomis.