Metabolismo celular é um termo geral que abrange todas as reações químicas que convertem energia ou usam energia dentro de uma célula. As células humanas e muitos outros organismos multicelulares usam o processo de respiração aeróbica para converter alimentos em energia. Plantas e alguns microorganismos realizam o processo de fotossíntese. Outros organismos usam respiração anaeróbica ou fermentação, tipos de metabolismo celular que não requerem oxigênio.
Dois tipos de reações químicas ocorrem no metabolismo celular, reações catabólicas e reações anabólicas. As reações catabólicas produzem energia para a célula usar, enquanto as reações anabólicas requerem energia para criar moléculas necessárias para a célula continuar funcionando. As células armazenam energia na forma de trifosfato de adenosina (ATP), que é criado por reações catabólicas e usado por reações anabólicas.
A respiração aeróbica decompõe fontes orgânicas de carbono, como carboidratos, proteínas e gorduras. Primeiro, o processo de glicólise decompõe uma molécula de glicose – um açúcar com seis átomos de carbono – em duas moléculas de piruvato, duas moléculas de nicotinamida adenina dinucleotídeo (NADH) reduzida e duas moléculas de ATP. O ciclo de Kreb, também chamado de ciclo do ácido cítrico (CAC) ou ciclo do ácido tricarboxílico (TCA), divide ainda mais o piruvato criado durante a glicólise em dióxido de carbono e água, criando mais duas moléculas de ATP no processo. Um mecanismo chamado cadeia de transporte de elétrons transfere átomos de hidrogênio do NADH para o oxigênio. Essa transferência libera energia, que é usada para criar mais 34 moléculas de ATP.
A glicólise e o ciclo de Kreb ocorrem da mesma maneira na respiração anaeróbica que na respiração aeróbica. Na cadeia de transporte de elétrons, no entanto, moléculas inorgânicas – moléculas que não contêm carbono – são usadas como aceitadoras de elétrons no lugar do oxigênio. O tipo de molécula inorgânica utilizada depende do organismo. Por exemplo, alguns organismos usam compostos contendo enxofre e outros usam compostos contendo nitrogênio. A respiração anaeróbica produz um total de 36 moléculas de ATP, em oposição a 38 para a respiração aeróbica.
A fermentação é outra forma de metabolismo anaeróbico, mas, diferentemente da respiração anaeróbica, não envolve uma cadeia de transporte de elétrons ou o ciclo de Kreb. A glicólise decompõe moléculas orgânicas para criar energia. Como a glicólise é a única reação que ocorre na fermentação, produz apenas duas moléculas de ATP por molécula de glicose.
As plantas e alguns microorganismos, todos classificados como fotoautotróficos, ganham sua energia de uma forma de metabolismo celular chamada fotossíntese, em vez de respiração. Os fotoautotróficos obtêm energia da luz e a convertem em energia química na forma de ATP. As células então usam o ATP para converter dióxido de carbono em glicose e outros nutrientes necessários ao organismo.