Основою життєдіяльності клітини є обмін речовин і перетворення енергії.
Обмін речовин — сукупність всіх реакцій синтезу та розпаду, що проходять в організмі і характеризуються виділенням або поглинанням енергії. Обмін речовин та енергії являє собою два взаємозалежних і протилежних процеси: асиміляцію і дисиміляцію.
Асиміляція, або пластичний обмін (анаболізм), — сукупність реакцій синтезу високомолекулярних органічних речовин, що супроводжуються поглинанням енергії внаслідок розпаду молекул АТФ.
Дисиміляція, або енергетичний обмін (катаболізм), — сукупність реакцій розщеплення й окиснення органічних речовин, що супроводжуються виділенням енергії і нагромадженням її в синтезованих молекулах АТФ.

Усі реакції обміну речовин та енергії проходять у присутності ферментів. АТФ є основною речовиною, що забезпечує всі енергетичні процеси в клітині, нагромаджує енергію у процесі енергетичного обміну і віддає її у процесі пластичного обміну. Єдиним джерелом енергії на землі є сонце. Клітини рослин за допомогою хлоропластів поглинають енергію сонця, перетворюючи її на енергію хімічних зв’язків молекул синтезованих органічних речовин. У рослинах проходить первинний синтез органічних речовин із неорганічних: вуглекислого газу та води за рахунок енергії сонця. Всі інші організми використовують готові органічні речовини, розщеплюють їх, а енергія, що виділяється, нагромаджується в молекулах АТФ. Накопичена енергія використовується у процесі пластичного обміну на синтез органічних речовин, специфічних для кожного організму. Частина енергії у процесі обміну речовин постійно втрачається у вигляді тепла, тому для систем живих організмів необхідний постійний потік енергії. Таким чином, сонячна енергія акумулюється в органічних речовинах, а потім використовується у процесах життєдіяльності організму.

За характером живлення, джерелом одержання органічних речовин та енергії всі організми поділяються на дві групи: автотрофні і гетеротрофні.

Автотрофні організми поділяють на фототрофи – синтезують органічні речовини у процесі фотосинтезу з неорганічних (вуглекислого газу, води, мінеральних солей), використовуючи енергію сонячного світла. До них відносять усі рослинні організми, синьо-зелені водорості (ціанобактерії). Та хемотрофи, до яких належать бактерії, що хемосинтезують, тобто використовують енергію, яка виділяється при окисненні неорганічних речовин: сірки, заліза, азоту.
Гетеротрофні організми не здатні синтезувати власну органіку із не органіки. Вони одержують готові органічні речовини від автотрофів. Джерелом енергії для них є органічні речовини, що розпадаються й окиснюються у процесі дисиміляції. До них відносяться тварини, гриби, деякі бактерії.

Автотрофи здатні засвоювати неорганічний Карбон та інші елементи.

Гетеротрофи засвоюють тільки органічні речовини, одержуючи енергію при їхньому розпаді, яку потім використовують для будівництва нових органічних сполук, що є необхідними саме для них. Автотрофні та гетеротрофні організми пов’язані між собою процесами обміну речовин та енергії.

• грам білків при розщепленні дає 17,6 кДж
• грам вуглеводів при розщепленні дає 17,6 кДж
• 1 грам жирів при розщепленні дає 38,9 кДж

ЕТАПИ ЕНЕРГЕТИЧНОГО ОБМІНУ

І етап — підготовчий.

На першому етапі відбувається розщеплення високомолекулярних органічних речовин на більш прості у процесі реакцій гідролізу, що проходять за участю води. Він проходить у травному каналі, а на клітинному рівні — в лізосомах. Вся енергія, що виділяється на підготовчому етапі, розсіюється у вигляді тепла.

Білки розпадаються на амінокислоти, вуглеводи розщеплюються до глюкози, ліпіди до гліцерину та жирних кислот.

Процес біологічного окиснення органічних речовин називається диханням.

II етап — гліколіз, безкисневе розщеплення глюкози (гліко-солодкий, лізис-розчиняю)
Глюкоза є основною сполукою в обміні речовин організму. Всі інші речовини на різних стадіях беруть участь у процесах її перетворення. Подальше розщеплення органічних речовин розглядається на прикладі обміну глюкози.
Процес гліколізу проходить у цитоплазмі. Глюкоза розщеплюється на 2 молекули піровиноградної кислоти (ПВК, піруват), яка, залежно від типу клітин і організмів, може перетворюватися на молочну кислоту, спирт або інші органічні речовини. При цьому енергія, що виділяється, частково акумулюється у 2 молекулах АТФ, а частково витрачається у вигляді тепла. Безкисневі процеси називають бродінням.
 Подальша доля ПВК залежить від наявності кисню.

В анаеробних умовах ПВК перетворюється на молочну кислоту або етанол за участю тих самих двох молекул 2 НАД • Н+Н+, які віддають водень. Якщо процес проходить в аеробних умовах, то ПВК і 2НАД • Н+Н+ вступають у реакції біологічного окиснення.

Таким чином, в анаеробних умовах велика кількість піровиноградної кислоти перетворюється на молочну кислоту, яка легко дифундує в позаклітинний простір і навіть всередину деяких менш активних клітин. Отже, молочна кислота являє собою різновид «водостічного колодязя», в якому зникають кінцеві продукти гліколізу, що дозволяє гліколізу здійснюватися довше, ніж це могло бути за відсутності молочної кислоти. Без цього перетворення піровиноградної кислоти гліколіз міг би здійснюватися лише протягом декількох секунд. Замість цього гліколіз триває протягом декількох хвилин, забезпечуючи організм значним додатковою кількістю АТФ навіть за відсутності кисню. Зворотне перетворення молочної кислоти в піровиноградну, відбувається коли кисень стає доступним. Якщо кисень знову стає доступним після періоду анаеробного метаболізму, молочна кислота швидко перетворюється в піровиноградну кислоту, НАД – Н і Н + . Велика кількість цих речовин негайно окислюються, утворюючи значну кількість АТФ. Надлишок АТФ може стати причиною того, що більше 75% піровиноградної кислоти знову перетворюється на глюкозу. Таким чином, велика кількість молочної кислоти, яка утворюється під час анаеробного гліколізу, не губиться організмом, тому що якщо кисень знову стає доступним, молочна кислота може піддатися зворотному перетворенню в глюкозу або безпосередньо використовуватися для отримання енергії. Велика частина цих перетворень здійснюється в печінці, але в невеликих кількостях може відбуватися і в інших тканинах. Використання серцем молочної кислоти для отримання енергії. Серцевий м’яз має здатність перетворювати молочну кислоту в піровиноградну і потім використовувати останню для отримання енергії. У більшості випадків це відбувається при великих фізичних навантаженнях, коли в кров надходять значна кількість молочної кислоти з скелетних м’язів і сумарно дає істотну кількість енергії серцевому м’язі.

III етап — кисневий.

• ЦИКЛ КРЕБСА-відбувається у матриксі мітохондрій
• ОКИСНЕ ФОСФОРИЛЮВАННЯ-відбувається на внутрішній мембрані мітохондрій

Біологічне окиснення проходить у мітохондріях. Піровиноградна кислота надходить до мітохондрій, де перетворюється на оцтову кислоту, з’єднується з ферментом-переносником і вступає у серію циклічних реакцій — цикл Кребса.
ЦИКЛ КРЕБСА проходить у матриксі мітохондрій. В результаті цих реакцій за участю кисню утворюються вуглекислий газ і вода, та 2 АТФ, а на кристах мітохондрій завдяки енергії, що виділяється, під час Окисного фосфорилювання синтезується ще сумарно 34 молекул АТФ, що сумарно, на цьому етапі 36.
Отже, при розщепленні глюкози на двох етапах утворюється сумарно 38 молекул АТФ, причому основна її частина — при кисневому окисненні.

Трикарбонові кислоти: (щавелевооцтова кислота, лимонна кислота, цис-аконітова кислота, ізолимонна кислота, α кетоглутарова кислота, сукцинил-KoA, янтарна кислота, фумарова кислота, яблучна кислота, щавлеоцтова кислота.

Дихальний електронтранспортний ланцюг (Electron transport chain) – система структурно і функціонально пов’язаних трансмембранних білків і переносників електронів. ЕТЛ дозволяє запасти енергію, що виділяється в ході окислення НАД ∙ Н і ФАДН2 молекулярним киснем (у разі аеробного дихання ) чи іншими речовинами (у разі анаеробного).

У прокаріотів ЕТЛ локалізований в цитоплазматичній мембрані, у еукаріот – на внутрішній мембрані мітохондрій.
Іноді у разі відсутності або недостатньої кількості кисню окисне фосфорилювання стає неможливим. 
БРОДІННЯ– це анаеробний метаболічний розпад молекул (наприклад, глюкози) за допомогою мікроорганізмів.
Найчастіше, кажучи про бродіння, мають на увазі перетворення цукру на спирт за допомогою дріжджів, але, наприклад, при виробництві кефіру використовується бродіння за допомогою інших мікроорганізмів — бактерій.
Спиртове бродіння — ферментативний процес неповного окислення гексоз з утворенням спирту.
Молочнокисле бродіння — процес анаеробного окислення вуглеводів, кінцевим продуктом при якому виступає молочна кислота.